2.6 化学银、化学镀银 (I-Ag)

 

 

 

 

图 2.46：浸镀银表面焊点

 

化学银具有很多优点，使其成为近年来最重要的可焊表面之一。这种表面成本低廉、平整，具有较好的可焊性和耐热性（图 2.46）。

根据 Hagedorn [2.40] 的研究，浸镀银表面在一定范围内（铝线）可粘合，且可采用导电粘合剂粘合。银容易受腐蚀性气体腐蚀（失去光泽），而且其移动电位也是人们经常讨论的问题。Hillman 等人 [2.41] 进行了关于腐蚀性气体和湿气对浸镀银影响的综合性研究。腐蚀性气体的影响会导致银表面受到腐蚀（形成 AgCl和Ag2S 层，使其失去光泽，见图 2.50）；在受到湿气影响时，就必须考虑移动电位的风险。在以前，这种剩余风险阻碍了浸镀银在欧洲的广泛应用。

作者在其论文中未说明受到腐蚀性气体腐蚀后的可焊性问题。在 Arra 等人 [2.16] 以前的论文中，也未发现硫化物层对可焊性的影响。在受到热应力时，不仅硫化物层厚度会增加，铜也会扩散到银层，并在表面发生氧化（见图 2.47）。

 

图 2.47：浸镀银表面的硫化物和铜实体，[2.51]

 

新一代浸镀银的耐腐蚀性气体和耐电化腐蚀的性能有了显著提高，因此可使印刷电路板浸镀后的保存期延长到 6 个月以上。据 Roberts 等人 [2.42] 的报告，进行电迁移试验后，未发现枝状晶体的形成。400 小时后，只出现了红棕色锈蚀。Norwood 和 Swanson 也得出了相同的结果 [2.43]，因此，对于新一代浸镀银表面，这一问题已不再紧迫。保护层可减少银表面出现的锈蚀，因此，也能够显著改善润湿性（见图 2.48）。

 

图 2.48：浸镀银采取防锈保护和未采取防锈保护时的润湿力，[2.43]

 

不同电位之间的材料转移会导致枝状晶体的出现（见图 2.49）。

 

 

 

印刷电路板通过化学交换反应涂覆，交换反应的亲合力用铜与银之间的电位差表示。在最低槽温（低于 50℃）下，镀层厚度达到 0.1 至 0.4 μm（见图 2.52）。

由于银的电化学势（0.8 伏）与铜的电化学势（0.34 伏）相差很大，因此应加强对浸镀液的管理，因为阻焊膜边缘的铜腐蚀可能会加重（咬边）。可接受的咬边程度取决于对相应印刷电路板的要求。图 2.51 所示为一处约 10 μm 的咬边。

 

 

图 2.51：浸镀银后，阻焊膜边缘的咬边

 

在镀银的同时，形成有机保护层，用于防止银的锈蚀和氧化。

Wessling 等人 [2.44] 描述了一种采用有机金属的新型纳米涂层（50 nm 以下），其中仅含有少量的银。它主要由一种导电聚合物构成，含银量仅相当于 4 nm 的涂层厚度。据推测，这种纳米涂层也适用于多重焊接。

 

 

图 2.52：非常平整的银表面

 

通过润湿试验可以很容易地证明浸镀银的耐热性。早在 1997 年，CCAMTF报告中就证实了回流应力和热老化对润湿性的影响非常小（见图 2.53）。当然，这些结果也对浸镀银在北美的广泛应用起到了一定的推动作用。

 

 

图 2.53：浸镀银表面的锡铅润湿，[2.45]

 

Walz [2.46] 最近用无铅锡银铜焊料进行的试验再次证实了对于多重焊接的良好

适用性（见图 2.54）。

 

 

图 2.54：浸镀银表面的锡银铜润湿（在氮气环境中），[2.46]

 

在这些试验中，浸镀银经过热老化后的润湿时间也极短

在焊接过程中，通过形成典型的锡-铜金属间区域 (IMP) 可以实现焊料与铜基材之间的接合（见图 2.50）。富银相分布于焊料晶粒结构中。银层厚度对球栅阵列焊球的抗剪强度不会有影响。Yau 等人 [2.48] 对不同厚度银层（0.05、0.2 和0.5 μm）上的球状焊点在经受三次回流应力前后进行了检验，未发现剪力发生显著变化。

在 Roberts 等人 [2.42] 进行的浸镀银和浸镀锡比较试验中，未发现 R2512 和 C1812 元件的两种加工表面在经受振动（0、10、20 和 30 G）后出现明显的剪力差异。

 

图 2.55：锡铅和 SAC 焊料在各种加工表面的延展性，[2.47]

 

来源：Rehm

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