通过工艺优化消除PCB沉银层缺陷

文章摘要：三、预防措施 预防措施的制订需要考量实际生产中化学品和设备对各种缺陷的贡献度,才能避免或消除缺陷并提升良品率。 贾凡尼效应的预防可以追溯到前制程的镀铜工序,对高纵横比孔和微通孔而言,均匀的电镀层厚度有助于消除贾凡尼效应的隐患。剥膜,蚀刻以及剥锡工序中的过度腐蚀或侧蚀都会促使裂缝的形成,裂缝中会残留微蚀溶液或其他溶液。尽管如此,阻焊膜的问题仍是发生贾凡尼效应的最主要原因,大多数发生贾凡尼效应的缺陷板都有侧蚀或阻焊膜脱落现象,这种问题主要来自于曝光显影工序。因此如果阻焊膜显影后都呈“正向脚”同时阻焊膜也被完全固化,那么贾凡尼效应问题就几乎可以被消除。要得到好的沉银层,在沉银的位置必须是100%金属

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三、预防措施
　
　　预防措施的制订需要考量实际生产中化学品和设备对各种缺陷的贡献度,才能避免或消除缺陷并提升良品率。
　
　　贾凡尼效应的预防可以追溯到前制程的镀铜工序,对高纵横比孔和微通孔而言,均匀的电镀层厚度有助于消除贾凡尼效应的隐患。剥膜,蚀刻以及剥锡工序中的过度腐蚀或侧蚀都会促使裂缝的形成,裂缝中会残留微蚀溶液或其他溶液。尽管如此,阻焊膜的问题仍是发生贾凡尼效应的最主要原因,大多数发生贾凡尼效应的缺陷板都有侧蚀或阻焊膜脱落现象,这种问题主要来自于曝光显影工序。因此如果阻焊膜显影后都呈“正向脚”同时阻焊膜也被完全固化,那么贾凡尼效应问题就几乎可以被消除。要得到好的沉银层,在沉银的位置必须是100%金属铜,每个槽溶液都有良好的贯孔能力,而且通孔内溶液能够有效交换。若是非常精细的结构,如HDI 板,在前处理和沉银槽液中安装超声波或喷射器非常有用。对于沉银工艺生产管理而言,控制微蚀速率形成光滑、半光亮的表面也可以改善贾凡尼效应。对于原始设备商(OEM)而言,应尽量避免大铜面或高纵横比的通孔与细线路相连接的设计,消除发生贾凡尼效应的隐患。对化学品供应商而言,沉银液不能有很强的攻击性,要保持适当pH值,沉银速度受控并能生成预期的晶体结构,能以最薄银厚达到最佳的抗蚀性能。

　　腐蚀 可以通过提高镀层密度,降低孔隙度来减小。使用无硫材料包装,同时以密封来隔绝板与空气的接触,也防止了空气中夹带的硫接触银表面。最好将包装好的板存放在温度30℃、相对湿度40%的环境中。虽然沉银板的保存期很长,但是存储时仍要遵循先进先出原则。

　　露铜 可以通过优化沉银的前工序来降低或消除。为了达到这个目的,可在微蚀后通过“破水”实验或“亮点”实验来检查铜表面,清洁的铜表面可以保持水膜至少40秒。定期维护保养设备以确保溶液循环均匀稳定,通过DOE优化时间、温度、搅拌来获得最佳的沉银操作参数,进而确保得到理想的厚度和高品质的银层。根据需要使用超声波或喷射器来提高沉银液对微通孔、高纵横比孔及厚板的润湿能力,同时也为生产HDI板提供可行的解决方案,这些辅助的机械方法可被应用在前处理和沉银液中来确保孔壁完全被润湿。

　　离子污染 可通过降低沉银溶液的离子浓度来降低。基于这个原因,在不影响溶液性能的条件下,沉银液的离子含量应尽可能保持在较低水平。通常最后的清洗段要用去离子水清洗至少1分钟,同时还必须定期检测离子含量(阴离子和阳离子)是否符合工业标准。区别主要污染的来源,这些测试的结果必须记录并保留。

　　微空洞 是最难预防的一种缺陷,因为它产生的真正原因尚未明确。诚如前面所述,我们已经知道有些因素似乎会引发微空洞或伴随微空洞而出现,可以通过消除或尽量减少这些因素来达到控制出现微空洞问题。其中沉银厚度是引发微空洞的最显著因素,所以控制沉银层厚度是首要步骤。其次还应该调整微蚀速度和沉银速度以获得光滑均匀的表面结构。还要通过测试槽液在使用周期内不同时间点的沉银层的纯度,来监控沉银层中的有机物含量,合理的银含量应控制在90% (原子比) 以上。

四、理想工艺- AlphaSTAR
　
　　一个“理想工艺”除了是性能优异之外,还必须满足2006年7月1日公布的电子工业对于安全、环保以及可靠性的要求。虽然早在1994年乐思化学就拥有AlphaLEVEL产品系列的专利权,但是乐思化学依旧持续不断的进行着工艺的改善和研发,现已成功研发出应用于印制线路板的第三代沉银技术—AlphaSTAR。AlphaSTAR工艺特别为满足当今日益严格的最终表面处理的要求而设计,它解决了以上探讨的几个导致线路板报废、成本增加、环保和安全等问题，并且符合现在和未来可能影响印制线路板工业的相关法规。本工艺共有7个步骤(其中三个为水洗步骤),其性能及优点如下所述:
　
　　前处理 分为以下四个步骤:除油、水洗、微蚀及水洗。除油溶液的表面张力非常低，能够润湿所有的铜表面，这样既消除了露铜问题，又促进了银层在高纵横比孔和微通孔内的沉积。独特的微蚀配方可产生微粗化，半光亮的表面结构，这样的表面结构有利于形成具有精细而且致密的晶体结构的银层,因此即使在银层厚度很低时也可获得高密度、低孔隙的沉银层。这就大大提高了银层的抗蚀性能。

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