结果及讨论 生产经验 以一个完整槽液寿命周期的生产经验为例，在9周的时间里，700 L的沉银槽共处理板面积12,200 m2，单位耗量为17.5 m2/L。其中包括7000 m2的“厚银板”（0.225–0.3μm）和5,200 m2的“薄银板”（0.15–0.2μm）。在尺寸为2 mm x 2 mm的焊盘上的平均银层厚度为0.203μm。在槽液寿命的前期及后期，分别测试沉银层的厚度、外观、结合力、贾凡尼效应、IR回流处理（260°C/2次）后的抗蚀性、湿老化（85°C/85% RH，12小时）后和干烘（155°C，4小时）后的抗蚀性以及可焊性，结果都满足客户的要求。另外在整个槽液寿命周期里的日常品质测试结果，包括干烘后的可焊性和抗蚀性以及离子污染度等，也均表明品质稳定可靠。 沉银工艺是基于溶液中的银离子和印刷电路板上金属铜之间的置换反应。由于沉银速率是取决于银离子的还原速度[2]，因而沉银速率随银离子浓度、溶液搅拌以及温度的增加而增加。对不同银厚度的要求可以很容易通过改变线速度（沉银槽中的停留时间）和槽液温度获得。此置换反应的结果是需要不断的补充银离子，同时铜离子含量在银溶液中逐渐增加。所以铜离子含量也是影响溶液寿命的一个因素。 如图2所示，银的添加量随产量直线增加。平均来说，1 m2的印刷电路板消耗0.53 g的银。也就是0.53 g/m2。根据已知的平均沉银厚度0.203μm，可计算出印刷电路板表面有效沉银面积为13%。基于置换反应原理，铜离子的“理论”积聚率为0.156 g/m2，如圖中虚线所示。然而，实际的铜离子积聚率逐渐偏离“理论积聚率”并在1.6 g/L達到稳定状态。这是因为铜离子不断的被印制电路板从沉银槽带出。随着铜离子浓度的不断增加，铜离子的带出量和置换反应产生的量最终会达到平衡。这最终平衡状态的铜离子浓度随着生产线的设备而异。一般而言，2 g/L的铜负载力足以应付正常的生产。 沉银工艺的一个独特的现象是银厚随焊盘尺寸的增加而减少。由于沉银性能直接受厚度的影响，对厚度的要求因每个沉银工艺而异。IPC-4553规定了尺寸为1.5 mm x 1.5 mm焊盘为测试沉银厚度的标准焊盘尺寸[4]。如图3所示，当焊盘面积从1 mm2（1 mm x 1 mm的焊盘）增加到25 mm2（5 mm x 5 mm的焊盘）时，平均银厚逐渐从0.23μm降到0.16μm。大焊盘和小焊盘的沉银厚度差异约为30%，这个差异比通常在其它沉银工艺里观察到的要小，这也意味着当小焊盘上的银厚符合要求时，这样的差异仍可确保大焊盘上的银厚及性能。
贾凡尼效应 铜线路“贾凡尼效应”的机理与“缝隙”腐蚀机理类似[5]。在正常条件下，铜既是阳极也是阴极，这样，铜的氧化和银离子的还原同时进行，在铜面上形成均匀的镀银层。然而，如果阻焊膜和铜线路之间出现“缝隙”，缝隙里银离子的供应就会受限，阻焊膜下面缝隙里的铜就变成牺牲阳极，为暴露在外的铜焊盘上发生的银离子还原反应提供电子（如图4所示）。由于所需的电子数量与还原的银离子数量成比例，贾凡尼效应的强度随暴露铜焊盘的表面积及镀银层厚度增加而增加。
在正常生产条件下(即2.5分钟、0.25μm)，贾凡尼效应发生的情况如图5中的扫描电子显微镜照片所示。在阻焊膜剥离前，可以看到铜焊盘完全被银覆盖，甚至在阻焊膜侧蚀下的铜线上也同样被银层覆盖。阻焊膜剥离后，在左边和中间的样品中，铜线路上看不出任何贾凡尼效应，但在右图中可看到轻微的咬蚀。需要注意的是咬蚀不是发生在阻焊膜侧蚀下面，而是发生在阻焊膜/铜分界面之后的区域里。如果将停留时间特意加倍至5分钟以形成0.48μm厚的镀银层，那么贾凡尼效应会变得更强。如图6所示，阻焊膜下面铜线路上形成宽约为20μm、深为10μm的咬蚀凹槽。
因此，发生贾凡尼效应的风险可以通过以下方法防止或减少：（1）选择一个腐蚀性较小的沉银工艺（有适当的pH）而且不需要通过提高银厚来满足抗蚀性的要求；（2）控制微蚀在要求的微蚀量内；（3）在设计中避免大的铜面和细小铜线路连接；（4）通过优化前处理、成像、固化、显影工艺以及使用抗化学阻焊膜来提高阻焊膜与铜表面的结合力。 |
