SMT貼片加工中無(wú)鉛焊接的種類(lèi)繁多，前面介紹了OSP，這里再為大家介紹另一種常見(jiàn)的處理方式浸鍍銀。
在酸性溶液中各種元素電動(dòng)次序(ElectromotivesSeries)的排列中，銀的電位是+0.80V，而銅的電位是+0.52V；其間銅要比銀活潑了0.279V之多。故知要配製成銅溶解而令銀沉積的浸鍍銀槽液并不困難。而且在焊接的瞬間，銀層會(huì )很快就會(huì )溶入高溫的銲點(diǎn)中，6》是在錫與銅得以瞬間全面接觸下，也很快形成良性IMC的CL16Sn；，故沾錫時(shí)間很短焊錫性也很好，而且后續焊點(diǎn)強度更是十分可靠。由此可知銀層根本未參加焊點(diǎn)的結構，只是在保護銅面免于生銹而已。
一、有機銀概要
採硝酸銀為配方的新式有機浸鍍銀，其主要流程約有四站，即：對銅面的預清洗，微蝕，適況處理，及浸鍍銀等；可採水平自動(dòng)輸送方式進(jìn)行連續性的雙面處理。綠漆后浸鍍銀之現行商品制程頗多，在臺知名者如MacDermid的SterlingTMSilver,Cockson的Alpha-Level，以及Atotech的Silver Finish ST等品牌，臺灣PCB業(yè)者只有在客戶(hù)特別指定下才會(huì )進(jìn)行浸鍍銀的加工，實(shí)在是因為種種擔當不起也解決不掉的焊錫性問(wèn)題！客戶(hù)要指定當然責任就不在我了。
銀雖然亦列名于貴金屬的族群，但純銀表面卻非常容易在常溫環(huán)境中產(chǎn)生硫化與氧化的難看皮膜，亦即出現所謂Tarnish（污化或變色）或Passivation（鈍化）的頑強劣質(zhì)薄膜。在免洗助焊劑無(wú)能為力之下，將立即會(huì )對焊錫性發(fā)生不良的影響。因而針對銀面的Anti-Tarnish抗污化或抗變色之各種處理，一直是金屬表面處理業(yè)者多年來(lái)所努力不懈的目標。
現行各種商品化的”浸鍍銀”槽液中，一定要加入某些有機抑制劑( Inhibitor)，使共同沉積于鍍層中，才可協(xié)肋防止銀面的變色。然而實(shí)際操作中，第一次高溫熔焊幾乎都沒(méi)有瑕疵，但第二次熔焊或波焊時(shí)，則視其已變色的程度而定。一旦變成棕褐色時(shí)，即使活性很強的水溶性助焊性，對過(guò)度的變色照樣是無(wú)動(dòng)于衷依然故我。故而在做第一次焊接時(shí)，也必須小心翼翼不敢稍有污染，避免其嬌貴的焊錫性遭到污損變質(zhì)。
此為板面銅墊上完成浸鍍銀制程后電子掃描放大五千倍的外觀(guān)情形

圖1、此為板面銅墊上完成浸鍍銀制程后電子掃描放大五千倍的外觀(guān)情形。
一般浸鍍銀的厚度約在0.2-0.3μm之間且平坦性極佳，皮膜中所共同沉積的有機抑制劑，從歐杰式深度分析( Auger depth profile)中可看出一些端倪。此等有機物會(huì )均勻的分佈在0.075 μm的表面深度內。此種浸鍍銀層中之純銀量，有機物，與微銅量三者的分配比例，與皮膜厚度的縱深直接有關(guān)。下圖即為三者之比例與其縱深的關(guān)系。
至于A(yíng)lpha-Level所推出浸鍍銀，其厚度平均為4-5μin(0.125μm)，，完工時(shí)表面會(huì )出現一層很薄的（5A）透明的有機保護膜，與前述銅面的OSP保護膜堪稱(chēng)系出同門(mén)功能相仿。其假想組成可由下列剖面示意圖中得以瞭解。
改制后的有機銀表面處理層

圖2、此為改制后的有機銀表面處理層。
此為Cockson公司的浸鍍銀結構圖，其鍍層表面會(huì )存在很薄卻可抗變色的有機皮膜

圖3、此為Cockson公司的浸鍍銀結構圖，其鍍層表面會(huì )存在很薄卻可抗變色的有機皮膜
浸鍍銀的表面光澤度與底銅面的微蝕粗化，有著(zhù)直接的關(guān)系。底銅面粗糙度較大時(shí)則銀面會(huì )呈現霧狀外觀(guān)。沉積的厚度則與處理時(shí)間，溫度，pH，及銀離子濃度都有關(guān)。從置換的原理來(lái)看，溶出一個(gè)銅原子而成為一價(jià)銅離子的瞬間，將會(huì )有一個(gè)銀原子的同步沉積，而Cu+將會(huì )繼續氧化成為藍色的Cu++并進(jìn)入溶液成為污染。不過(guò)卻也可被絡(luò )合劑抓牢，暫時(shí)不會(huì )對鍍銀層產(chǎn)生不良效應：
此為銅面浸鍍銀銀層的反應示意圖

圖4、此為銅面浸鍍銀銀層的反應示意圖
此種“有機銀”式的I-Ag槽液現役者有酸性配方（麥特的SterlingSilver)，及中性配方（阿托的Silver Finish ST）等商品，除了主劑硝酸銀或有機酸（MSA甲基磺酸）銀外，筒須添加有機銅之絡(luò )合劑（防止槽液中的溶銅對反應所產(chǎn)生不良效果），有機抑制劑（防止槽液對光線(xiàn)的敏感及加強鍍層的均勻性），表面潤濕劑（防止銀層后續之不良電遷移并抑制變色的發(fā)生）與緩衝劑（調節pH）等。因而所置換出來(lái)的I-Ag皮膜，已不再是簡(jiǎn)單的金屬銀層，而是混合了有機物在內所謂”有機銀”的鍍層了。而且水平量產(chǎn)線(xiàn)中也配備了”銅結晶析出器”，以除去太多的溶銅而延長(cháng)槽液的壽命‘
二、有機銀封遷移的改善
由于浸鍍銀層中已滲入有機抑制劑，故令業(yè)界長(cháng)久以來(lái)所擔心受怕快速”銀遷移”( Silver Migration)的后患，似乎可以鬆一口氣了。麥特公司的研究者曾按TelcordiaTR-78之ElectroMigrationResistanceTest，針對浸鍍銀層在85 0C/8 5%RH及偏壓(Bias)10VDC的條件下，分別經(jīng)過(guò)9 6小時(shí)及5 9 6小時(shí)的放置老化后，發(fā)現其浸鍍銀的電阻值，比起裸銅及噴錫處理還要高一些。電隕值的居高當然就顯示遷移現象已減少的表徵，因而可證明浸鍍之有機銀層，似將不再會(huì )發(fā)生密線(xiàn)之間電性遷移的Dendrites問(wèn)題了，下二圖即為試樣及試驗結果。
此圖為密線(xiàn)路浸鍍銀后的外觀(guān)

圖5、此圖為密線(xiàn)路浸鍍銀后的外觀(guān)
此圖為老化后三種金屬導線(xiàn)見(jiàn)的絕緣電阻劑的比較

圖6、此圖為老化后三種金屬導線(xiàn)見(jiàn)的絕緣電阻劑的比較
此外Motorola研究者也曾就”表面絕緣電阻”(SIR)另對浸鍍銀做過(guò)試驗，其結果也能通Telcordia TR-78在通訊產(chǎn)品方面的規格，并證明即使在高濕度中也不致發(fā)生電遷移性Dendrites的后患了。
三、有機銀的焊錫性
至于焊錫性方面則經(jīng)過(guò)多位業(yè)者的研究，似乎都要比OSP好，且相對于噴錫板而書(shū)也毫不遜色，甚至連蒸氣老化( Steam Aging)之后的樣板也仍然展現良好的焊錫性。也有人刻意使之經(jīng)過(guò)三次高溫熔焊( Reflow)后，從沾錫天平( WettingBalance)試驗中發(fā)現，其沾錫力量( Wetting Force)也幾乎與全新試樣不分軒輊。此外還有許多業(yè)者也證實(shí)過(guò)，浸鍍銀在各種可靠度試驗的結果方面也十分優(yōu)良。
浸鍍銀除了可供焊接之外，筒可做為半導體打線(xiàn)( Wire Bond)的表面處理，一般對于直徑lOmil超音波式打鋁線(xiàn)，其效果已相當不錯。有時(shí)還可做為接觸導通( Contact connection)之用，但這都將與厚度直接有關(guān)。當底銅面的微蝕粗化到了相當程度時(shí)，其浸銀厚度常達10μm，以上，于是即可用以執行Contact的任務(wù)了。
然而此等優(yōu)良的焊錫性與耐老化折磨的本領(lǐng)，全都是針對最純潔最乾淨的槽液與試樣而書(shū)，一旦操作槽液發(fā)生少許污染，或組裝焊接的周連環(huán)境不盡理想時(shí)，則浸鍍銀所呈現的焊錫性將會(huì )大為走樣?，F行浸鍍銀的焊錫性，會(huì )受到水氣中微量的氨氣，二氧化硫氣(SO2)以及二氧化氮(N02)等氣體的嚴重影響。浸鍍流程中的水質(zhì)也極其重要，少許氯離子污染就會(huì )帶來(lái)惡劣的反效果。而且出貨包裝也要採用特殊的”無(wú)硫紙”，此種嬌貴的紙類(lèi)不但很貴而且只能用一次，到了客戶(hù)端時(shí)必須逐片板子拆紙封，還須立即在板面”打上零件”及焊接，現場(chǎng)環(huán)境放置太久者，焊錫性又恐將橫生問(wèn)題。到了第二次或第三次再行焊接時(shí)，其劣焊拒焊的災難場(chǎng)面實(shí)在是慘不忍睹，此時(shí)之Sales talk也只好啞口無(wú)言了
四、浸鍍銀的工藝管理
已商業(yè)化的浸鍍銀，知名者只有德商ATO的”Silver Finish ST”與美商麥特的Sterling，以及Cockson的Alpha Level。下列五站即為“Silver Finish ST”的水平流程。
其中微蝕及適況( Conditioner)等兩種關(guān)鍵性前處理，對于起始的鍍銀有減速作用，并對整體銀層有降低疏孔(Pores)，及增加結晶組織緊密的效果。此種非硝酸銀槽液中的銀雕子，是以(AgX2)— 之鹵化絡(luò )合物的姿態(tài)出現，故不再畏懼光線(xiàn)與對氯離子的敏感，所置換出來(lái)的銅離子也可被特定的絡(luò )合劑( Complexer)所抓住，而得以抑制銅金屬的共沉積以免影響焊錫此五圖即為Atoteck浸鍍銀的生產(chǎn)流程，其中之適況處理(Conditioner)為有機金屬之絡(luò )合處理，，將可使先期浸鍍銀的置換速率減慢，降低槽液中銅離子的增加，減少疏孔  與增密結晶等功能。浸鍍銀之操作在pH 7.5-8.5，溫度60℃時(shí)間2-3分鐘可得厚度0.2-0.4μm，全流程平均僅6-7分鐘而已

圖7、此五圖即為Atoteck浸鍍銀的PCB生產(chǎn)流程，其中之適況處理(Conditioner)為有機金屬之絡(luò )合處理，，將可使先期浸鍍銀的置換速率減慢，降低槽液中銅離子的增加，減少疏孔  與增密結晶等功能。浸鍍銀之操作在pH 7.5-8.5，溫度60℃時(shí)間2-3分鐘可得厚度0.2-0.4μm，全流程平均僅6-7分鐘而已。