PCB廠家賈凡尼效應的基本概念、原因分析和改善方法
PCB廠家的賈凡尼現象或賈凡尼效應是指兩種金屬由于電位差的緣故,通過介質產生了電流,繼而產生了電化學反應,電位高的陽極被氧化。
一、沉銀板的生產流程
除油→水洗→微蝕 →水洗→預浸→沉銀→抗氧化→水洗 →水平烘干
二、化學銀及賈凡尼效應原理
眾所周知,化學沉銀的反應機理非常簡單,即為簡單的金屬置換反應,其反應過程可以表達為:
Ag++e-=Ag E=0.799
Cu+++ 2e-=Cu E=0.340
2Ag++Cu=2Ag+Cu++ E=0.459
在正常條件下,由于銀與銅能發生置換反應,由于不同金屬元素化學置換電動勢差異,低電勢元素會被高電勢元素所氧化(丟電子),而高電動勢元素得到電子而還原,在沉銀缸中,Ag離子在此反應得到電子還原(2Ag+ + 2e →2Ag,半反應電動勢E0=0.799volts),銅被氧化丟電子(Cu-→Cu2++2e-,半反應電動勢=0.340volts),這樣銅的氧化和銀離子的還原同時進行,形成均勻的鍍銀層,如上反應式及圖1所示。然而,如果阻焊層和銅線路之間出現“縫隙”,縫隙里銀離子的供應就會受限,阻焊層下面的銅可以被腐蝕為銅離子,為裂縫外的銅焊盤上的銀離子還原反應提供電子(如圖2所示)。由于所需的電子數量與還原的銀離子數量成比例,賈凡尼效應的強度隨暴露銅焊盤表面積及鍍銀層厚度而增加。
化學銀層經過一定厚度的沉積,就可以實現對銅面的保護,順利完成焊接保護的使命,但是往往事與愿違。沉銀過程中并非一帆風順,我們都知道PCB表面經過油墨印刷后才進行表面涂覆處理,而油墨印刷后PCB的銅面將會呈現另外一種景象。阻焊制程中由于顯影的作用油墨或多或少的存在側蝕,因此加工出來的油墨往往呈現下圖的形態:
這種形態的油墨結構就提供了化銀所謂的“賈凡尼效應”發生的良好環境。這種油墨的undercut 通常會形成狹小的裂縫,而裂縫中溶液無法交換,無法提供足夠的Ag離子。但是在電解質溶液中Cu不斷的失去電子變成Cu離子,而與此同時溶液中的Ag離子又不斷的得到電子,沉積在裸露的銅面。直至溶液中Ag離子得到電子與Cu失去電子水平達到平衡,反應才會終止。因此“賈凡尼”出現的位置表現為銀的厚度比正常位置厚。
三、沉銀板的賈凡尼效應造成的主要缺陷及改善措施
沉銀板的賈凡尼效應造成的主要缺陷為由于銅厚不足造成的開路,主要有以下兩種:
1.0.焊盤和被阻焊覆蓋的線路連接的頸部位置開路
對于此種賈凡尼效應的風險可以通過以下方法防止或減少:
(1)控制浸銀微蝕在要求的微蝕量內;
(2)在設計中避免大的銅面和細小銅線路結合,增加淚滴設計;
(3)通過優化阻焊前處理、曝光、固化、顯影工藝及使用抗化學阻焊油墨來提高阻焊油的結合力,避免出現側蝕或阻焊油墨脫落的現象;
2.0.盲孔在浸銀后出現空洞導致開路
對于此種線路板賈凡尼效應的風險可以通過以下方法防止或減少:
(1)提高電鍍孔銅層均勻性和孔銅厚度;
(2)在保證客戶正常沉銀品質的情況下,盡量減少沉銀前處理微蝕時間和沉銀時間;
(3)在前處理和沉銀槽液中安裝超聲波或噴流器也有很大改善作用。
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