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新浸银工艺:可靠的解决方案
  2022-07-26      35

文章来源:PCB007中文线上杂志

约30年前,硝酸盐基浸银工艺在PCB表面涂层领域占有很大市场份额。与ENIG相比,浸银涂层更经济,具备更好的平整性、可焊性、导电性,但在恶劣环境中的耐腐蚀性不佳。

微空洞也是问题之一,随之而来的是线宽减少。但最严重的是蠕变腐蚀,随着时间的推移,该特性会使部件短路。接触富含硫的环境后,硫化铜盐累积,热量和水分将导致现场故障。这足以抵消该工艺的优点。

如今,银作为表面涂层的市场份额相当低,因此没有理由进行太多研究。幸运的是,有一种最初是为其他应用开发的替代浸银工艺,已被证明是可靠的解决方案。新浸银不含硝酸盐,呈微碱性,沉积速度慢,可形成无孔隙的纯银沉积层。我有一种强烈的感觉,这种新工艺将是硝酸盐基化学药水的有力替代品,既有优势,又没有缺点。

该产品的研发工作开始于10年前,但基础非常有限,因为如前所述,人们对银有成见。一位客户提出他们的银有某种电流作用,使一些隔离的走线宽度减少。客户的产品应用于射频领域,这是他们面临的主要问题。我主动提出测试这种新镀液,认为它可以解决这个问题。

不含硝酸盐的银可在5分钟内形成10~15微英寸厚的银,所以我们用它做样品测试。令人惊讶的是,它解决了客户的所有问题,包括微空洞和线宽减少问题。

基于成功,我们在其他类似问题的公司进行了试验。如前所述,银市场发展缓慢,我们没有推进市场营销,因为尚不知其在腐蚀方面的优势。硝酸盐基工艺在1分钟内可沉积20~30微英寸厚度,对我们来说,这是主要问题。我们认为较薄的无孔隙银一定会比较厚的快速沉积银更好。

我们想对比这两种银。硝酸盐基银仍占据市场的主导地位,也与银作为表面涂层的微小市场份额直接相关。疫情袭来后,我有很多空闲时间参与到渴望已久的实验对比研究中。

一些材料制造商已经分享他们关于5G要求的研究结果,根据高频PCB的要求,看起来银是一种解决方案。长话短说,在防止信号损耗方面,银几乎与铜一样好。信号损耗是5G应用需要克服的主要问题。

补偿插入损耗需要更复杂的材料、耐热元件或信号增强器,所有这些都会导致采用ENIG的成本更高。

或者可以使用无硝酸盐的碱性浸银工艺,无需额外成本。在PCB领域,由于ENIG具有的厚度和磁性,它是最差的导体(图1)。

image.png

图1:各种表面涂层的对比

这是研究的基础。在内部研究中,我们对比了不同类型腐蚀对ENIG、硝酸盐基银和无硝酸盐银的影响。以此证明我们的理念是解决腐蚀问题的正解,并且优于硝酸盐基化学药水。我们相信能做到更好,于是用破坏性测试来证明这一点!

采用3种工艺电镀相同的试样。试验都尽可能接近最佳方法,我们已经测试了两种银的有机后浸。然后,我们对比了所有部件的外观、附着力、可焊性、硝酸浸没、可焊性、水平微腐蚀循环和蠕变腐蚀。正如我们所料,外观和附着力都很好。甚至在3次测试中,硝酸浸没也良好;硝酸盐基涂层略显黄色,但仍可焊接。在接下来的两项测试中,我们收获了大惊喜。

如我们所料,ENIG表现完美。但令人惊讶的是,紧随ENIG之后的是使用浸后无硝酸盐工艺。结果非常接近!

水平微蚀每次都要去除约15微英寸的铜。我们对部件进行了检测和胶带测试,通过后进入下一轮,共10次测试。蠕变腐蚀测试涉及将冷部件置于热粘土、硫酸环境中循环24小时。

当我们查看结果时,ENIG是完美的,浸后无硝酸盐工艺非常接近ENIG。传统的硝酸银远远落后(图2)。

image.png

图2:ENIG、硝酸盐基银和无硝酸盐银涂层的腐蚀性测试

由于这些发现,我们重新设计了工艺,并为5G提供了表面涂层解决方案。新解决方案成本合理、导电性佳、可焊性高(事实上是多个周期可焊),有益于解决腐蚀导致浸银出现的所有问题。

这种新的浸银工艺具有成本、速度和性能优势,改变了市场。如今,ENIG仍占据表面涂层市场的主导地位,但这种方法在不久的将来会出现问题。目前,5G只开发出其全部潜力的十分之一,随着信号速度的提高,能够保持低成本和高性能的方案将成为新的标准。

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