化學鍍銀板剝銀后銅面產(chǎn)生微空洞的研究

邱成偉 覃事杭 李小海 王曉檳

（惠州中京電子科技有限公司，廣東 惠州 519029）

1 背景

我公司客戶對化學鍍銀板新增可靠性管控要求：“剝銀后銅面微空洞在60 μm×60 μm范圍內數(shù)量≤30個，且不允許連續(xù)”。據(jù)實驗室監(jiān)控數(shù)據(jù)反饋，化學鍍銀板剝銀后銅面微空洞實際個數(shù)達100個以上，超出客戶規(guī)格，（以下“褪銀后銅面微空洞”簡稱“微空洞”）（如圖1）。

圖1 微空洞數(shù)

圖2為微空洞圖，空洞應≤20個，且微空洞不能呈連續(xù)狀。

圖2 微空洞

2 原因分析與驗證

原因分析與驗證項目見表1所示。

3 試驗過程

3.1 不同銅面來料對微空洞影響

選用覆銅基材板、有機抗氧化表面處理類型報廢板和化學銀表面處理報廢板做在線層別實驗，結果（如圖3）。

表1 原因與驗證分析

圖3 不同銅面微空洞

從選不同銅面來料測試發(fā)現(xiàn)：覆銅基材板、抗氧化類型報廢板、化學銀類型報廢板均存在微空洞，故可以判定不同銅面來料對微空洞的影響確定為非主因。

3.2 剝銀藥水過期對微空洞影響

選用新配剝銀藥水、放置1天、7天、15天的藥水進行層別實驗，結果（如圖4）。

選不同放置時間的剝銀藥水：新配剝銀藥水、放置1天、7天、15天均存在嚴重微空洞，故可以判定剝銀藥水過期對微空洞的影響確定為非主因。

3.3 預浸槽溫度對微空洞影響

設定不同的預浸溫度進行層別測試，結果（如圖5）。

圖4 剝銀藥水放置期對微空洞影響

圖5 預浸溫度對微空洞影響

從設定不同的預浸溫度均存在嚴重微空洞，故可以判定預浸槽溫度異常確定為非主因。

3.4 除油槽、微蝕槽、預浸槽、銀槽藥水異常對微空洞影響

線外燒杯實驗分別新配除油槽、微蝕槽、預浸槽、銀槽液層別對微空洞影響，結果（見表2和圖6）。從線外燒杯實驗測試發(fā)現(xiàn)：新配除油槽、微蝕槽、銀槽對微空洞無直接影響；線外新配預浸槽微空洞無，故可以判定預浸槽藥水異常確定為主要原因。

表2 各種槽藥水對微空洞影響

圖6 各種槽藥水對微空洞影響

3.5 預浸槽藥水異常對微空洞有直接影響關系，是主要原因

不同銅面來料對微空洞無直接影響關系，非主要原因；剝銀藥水過期對微空洞無直接影響關系，是非主要原因；預浸槽溫度異常對微空洞無直接影響關系，是非主要原因；預浸槽藥水異常對微空洞影響確認為主要原因，針對預浸藥水異常從藥水分析及異常離子析出進行排查。（1）預浸槽藥水分析排查結果排查結果（見表3）；（2）異常離子析出化驗為燒杯新配預浸槽液對比在線預浸槽液異常離子分析（見表4）；（3）預浸缸產(chǎn)生鐵離子原因排查對預浸缸滾輪、加熱管、冷卻管材質進行確認，發(fā)現(xiàn)24根片狀滾輪軸心異常生銹，存在嚴重的腐蝕現(xiàn)象。

4 改善方案和效果

4.1 改善方案

對預浸缸24根滾輪異常及Fe離子偏高擬定對策并實施：更換預浸缸內24根異常生銹軸心為全新不銹鋼軸心;清洗預浸槽并新配預浸槽藥水。

4.2 改善效果驗證

更換預浸槽滾輪后，目前預浸槽鐵離子監(jiān)控改善結果，改善后微空洞狀態(tài)（如圖7、圖8）。

表3 預浸槽藥水分析

表4 異常離子比較

圖7 預浸槽鐵離子變化

圖8 預浸槽改善后微空洞變化

小結：硝酸銀遇鐵時置換出黑色的銀單質，硝酸銀與鐵的反應：Fe+2AgNO3=Fe(NO3)2+2Ag；硝酸鐵與銅的反應：Cu+2Fe（NO3）=Cu（NO3）2+2Fe(NO3)2。從反應機理得出鐵離子在化銀制程中屬于危害性的金屬離子污染，無論是預浸槽還是沉銀槽均不能有鐵離子的存在。

5 結論

5.1 剝銀方法

（1）配置1 L剝銀藥水：分別稱取固體氫氧化鈉10 g和高錳酸鉀15 g放入1 L的容量瓶中，加入800 mL的去離子水攪拌均勻，量取2 mL的氨水（25%濃度），混合均勻，加水至刻度線，混合均勻；

（2）配置1 L剝銀后酸洗藥水：加入500 mL去離子水于1 L的容量瓶中，量取50 mL硫酸并混合均勻，加入去離子水至刻度線，混合均勻；

（3）剝銀步驟：將沉銀板浸入剝銀藥水中，用軟毛刷輕輕刷洗銀面，目視檢查是否銀面被完全剝除，用去離子水清洗板面，將剝銀后的板子浸泡入剝銀后酸洗藥水中30 s，直到新鮮的銅面顯露出來，用去離子水沖洗板面，熱風烘干板面；

（4）在電子掃描顯微鏡5000倍下觀察，在60 μm×60 μm范圍內微空洞數(shù)量≤30個，且不允許呈現(xiàn)連續(xù)；

（5）銀層下空洞標準：通過離子切割的方式縱向切片，在電子掃描顯微鏡5000倍下觀察，25 μm范圍內，空洞數(shù)量≤5，不允許出現(xiàn)連續(xù)的空洞，空洞長度/焊盤長度要求≤20%。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，預浸槽對產(chǎn)生微空洞的影響關系最大，而控制預浸槽中的鐵離子含量是關鍵，預浸槽中的鐵離子需控制在0.0001%以內，并每周對預浸槽藥水進行取樣分析，硝酸銀遇鐵時置換出黑色的銀單質，從反應機理得出鐵離子在化銀制程中屬于危害性的金屬離子污染，無論是預浸槽還是沉銀槽均不能有鐵離子的存在。