贾凡尼效应分析及改善

1、Page1表面處理賈凡尼效應分析與控制表面處理賈凡尼效應分析與控制Page21.案例目的案例目的 探討賈凡尼效應產生以及造成品質不良的機理; 對客訴不良品解析,分析廠內製程變異; 針對”賈凡尼效應”此一特定不良,建立案例以利於工程師工作教導以及後續品質不良的預防及控制.Page33.名詞定義名詞定義&原理原理賈凡尼效應賈凡尼效應: 賈凡尼式腐蝕即是“電解式腐蝕”之同義字。賈凡尼為18世紀之義大利解剖學家，曾利用銅與鐵等不同金屬鉤去鉤住生物體(電解質)，而發現電池性的電流現象。Page4PlatinumIridium PalladiumMercuryRuthenium BismuthAn

2、timonyTungstenHydrogen0.0 VoltsLeadTinMolybdenumNickel - 0.25 賈凡尼次序賈凡尼次序:其在上位者可將其在上位者可將下位金屬予以下位金屬予以”還原還原”,使其從離使其從離子狀態中取代出來使之還原成金子狀態中取代出來使之還原成金屬屬.+AgCu3.名詞定義名詞定義&原理原理Page54.賈凡尼效應發生的製程賈凡尼效應發生的製程4.1 微蚀處理微蚀處理微蚀溶液中（S2O8）2-【由于（S2O8）2- 氧化性强于Cu 2+，所以一般不会出现Cu 的沉积】，因为铜腐蚀和S2O82-还原同时进行，所以S2O82-也叫做腐蚀剂，在腐蚀电池作

3、用的同时，正常的微蚀作用依然存在：在以上微蚀+腐蚀的作用下，蚀铜量将会大大增加,且原电池反应的作用要比正常微蚀作用大得多 !Na2S2O8 + Cu Na2SO4 + CuSO4Cu-2e Cu2+ E0:Cu2+ / Cu = + 0.337v;S2O82-+ 2e 2SO4 2- E0:SO42- / S2O82- = +2.01VPage6 當PCB的線路設計上有金面連接到銅墊時, 在OSP的酸性環境中產生賈凡尼效應,此時銅墊扮演陽極角色,金面扮演陰極角色.銅溶解在槽液中.造成銅層被咬蚀現象. 金面變色是由於銅離子沉積在金面上後沉積一層較薄的OSP膜-銅與槽液中的活化物長成有機銅錯化物皮

4、膜的同時會拋出2個電子,電子將經過PCB使槽液中的銅離子還原而沉積在金面上,產生變色.Cu 2+CuCuAuCu 2+e-AuCu賈凡尼咬蚀賈凡尼咬蚀金手指變色金手指變色4.2 金手指金手指/化金化金 + OSP:4.賈凡尼效應發生的製程賈凡尼效應發生的製程Page7 化学沉银为金属置换反应，其反应过程可以表达为： Ag + + e- = Ag E=0.799 Cu 2+ + 2e-= Cu E=0.340 在正常条件下, 铜的氧化和银离子的还原同時进行,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,阻焊膜下面的铜就变成牺牲阳极,为暴露在外的铜焊盘上的

5、银离子还原反应提供电子（如图所示）.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表面积及镀银层厚度而增加。4.3 化學銀化學銀 copperSoder maskPelling4.賈凡尼效應發生的製程賈凡尼效應發生的製程Page8正常生產銀厚(20u”)較輕微的咬蚀現象厚銀(20u”)咬蚀現象較嚴重以上圖片資料由Macdermid技術資料摘入,(我公司使用此供應商藥水,銀厚控制6-18u”)4.賈凡尼效應發生的製程賈凡尼效應發生的製程Page95.原因分析原因分析賈賈凡凡尼尼效效應應產產生生開開路路原原因因設備(水洗能力)藥水管理設計(CAM) 其他線路補償不足銅PA

6、D設計過小微蚀藥水選擇不佳流量不足壓力不足水洗段長度不足噴洗距離超小間隙清洗不足微蚀銅離子高微蚀速率快槽溫度高SPS濃度高防焊附著力不佳電鍍銅厚度不足防焊前處理不良油墨異常作業條件異常重工次數過多藥水參數控制異常Page106.客訴案例解析客訴案例解析E191N8020CD(D/C:0921)料號在客戶端上件後發現有外開不良現象,不良率6364 ppm. 6.1 不良描述不良描述:50 x100 x200 xPage11油墨peeling嚴重,其下銅被咬蚀解析解析:【1】油墨下線寬以及銅厚度正常(min1.3mil ),確認工程線路設計/電鍍/蝕刻無異常.【2】焊點與線路連接區(主要為PAD連

7、接金手指排PIN)產生賈凡尼效應咬蚀.【3】從客戶IQC檢驗確認結果,量測出有不良品線寬不足,Min 區域2mil,但是沒有 open 現象.說明我司廠內不良品不能經過O/S測試檢出, 焊接過程中也造成銅層被咬蚀 -切片焊錫點區域咬銅量0.75mil, 上件後才產生open現象.Page12廠內未上件板隨機抽取廠內未上件板隨機抽取500PCS 量測線寬量測線寬不良率不良率959312 ppm; 線寬線寬 3mil以上占以上占7% , 2-3mil 51% , 2mil 以下占以下占42% . Page134.2 不良分析與驗證不良分析與驗證:項次項次分析與驗證項目分析與驗證項目項目特性項目特性

8、驗證結果驗證結果附件附件1調查分析工程設計工程條件預防工程設計不能完全控制防呆2OSP貼膠與免貼膠差異問題原理性發生控制貼膠生產可控“賈凡尼效應” 發生3微蚀參數以及重工影響生產條件管理實驗判定不良有經過重工4OSP微蚀藥水對比物性差異SPS系列”賈凡尼”反應更明顯5設備差異影響與分析設備差異水洗能力影響微蚀液殘留以及銅離子帶出至”護銅”.Page14項次項次改善項目改善項目對策對策執行執行單位單位日期日期1工程設計不良暫時:不良板Sorting,並且將外層前板更改補償設計後生產.未修正補償待OSP板貼膠生產,長期:完善設計規範並水平展開.工程&研發07/072微蚀參數以及重工金手指板

9、生產微蚀深度20-40u”, 控制重工次數1次,重工板100%量測線寬.生產3OSP微蚀藥水選擇與廠商確認調整為雙氧水系列.採購&研發4設備差異影響控制一部金手指量產免貼膠導入;生產&研發4.3 改善項目評價改善項目評價&對策對策:Page15銅面積/金面績越小,電位差越強,腐蝕反應會越強.Genesis軟體提供作業模塊進行設置PAD補償!Genesis軟體軟體PAD補償的窗口說明補償的窗口說明:4.2.1工程設計補償工程設計補償Page16Genesis軟體軟體”淚滴淚滴”自動添加的窗口說明自動添加的窗口說明:Teardrop的類型(詳述於下頁)AR小於? Mil的P

10、ad才加欲維持的最小間距孔徑範圍落在此範圍內的Pad才加與孔邊需維持的最小間距是否刪除舊的TeardropPage17Type 的類型: Straight: 三角形的淚滴，以Line構成。 Rounded: 圓形的淚滴，以Pad構成。執行後之報告執行後之報告(Category): 已加好的Teardrop。資料太密集之處，即加上後會造成間距不足，所以不加。位置太窄，而線寬太粗，無法加上。Added teardrops(teardrops creation)Too close locationsLine too narrowPage18變數變數 (Variable) 以下為三角型以下為三角型”淚

11、滴淚滴”設計設計. EXT=(連接PAD的線寬 參照比率) +額外需加大的固定長度.淚滴添加的大小淚滴添加的大小取決於取決於EXTPage19客供原稿設定軟體自動增加“淚滴” 設計後工作稿Page20pad3.0mil防焊偏移,”淚滴”長度不足,可能造成失效!“淚滴淚滴”補償長度必須考量補償長度必須考量: 開窗開窗+ 偏移偏移+ peeling 影響影響!padLineGold finger3.0mil“淚滴”長度Page211234設定軟體自動增加設定軟體自動增加“淚滴淚滴” 設計差異性設計差異性?抗蚀性分析:43=211234微蚀三次後不同PAD連結點咬蚀開路風險:13=24Page22是

12、否貼膠過1次微蝕過2次微蝕過3次微蝕備註免貼膠E191N8020CD D/C:0921）待osp板6step,分別將金手指免貼膠及貼膠2種狀態各3step過護銅線1次、2次、3次.線別:五部OSP線,微蚀深度: 69.12u” 貼膠4.2.2 金手指貼膠與免貼膠對比金手指貼膠與免貼膠對比Page23是否貼膠微蚀次數護銅前線寬護銅後線寬R (mil)金手指免貼膠13.322.231.0923.451.901.5533.841.842.0金手指貼膠13.032.840.1923.323.080.2433.773.290.48金手指貼膠生產金手指貼膠生產,因為金面被貼紅膠蓋住因為金面被貼紅膠蓋住,只

13、有銅面正常微蚀只有銅面正常微蚀.故可以預防故可以預防”賈凡尼效應產生過度腐蝕賈凡尼效應產生過度腐蝕!Page24微蝕深度未過微蝕過1次微蝕過2次微蝕過3次微蝕20-30 u”50-60 u”4.2.3 微蚀重工微蚀重工&微蚀速率影響微蚀速率影響金手指不貼膠生產金手指不貼膠生產,不同微蚀深度以及微蚀次數對比測試不同微蚀深度以及微蚀次數對比測試:Page25微蝕深度測量點數原線寬微蝕1次線寬微蝕2次線寬微蝕3次線寬R1(mil)R2(mil)R3(mil)20-30u”13.152.562.111.70.591.041.4523.302.612.01.760.691.301.5450-60

14、u”13.322.31.761.331.021.561.9923.182.211.711.280.971.471.90微蚀速率越高微蚀速率越高,賈凡尼效應咬銅越大賈凡尼效應咬銅越大!金手指不貼膠生產金手指不貼膠生產,微蚀速率控制微蚀速率控制40u”以內以內,重工重工1次咬蚀線寬次咬蚀線寬1mil,產品產品100%將出現線細不良將出現線細不良!Page264.2.4 微蚀藥水系列差異微蚀藥水系列差異部門別部門別二部二部五部五部微蚀藥水系列H2O2 + H2SO4 SPS+ H2SO4Na2S2O8+Cu Na2SO4+ CuSO4特性對比【1】 H2O2容易分解【2】 E1.433 V E0 H

15、2O / H2O2= +1.77v；【1】SPS 需要溶解, 添加溶解前後微蚀速率差異;【2】 E1.763 V E0 SO42-/ S2O82-= +2.01V H2O2 + Cu CuO + H2OCuO + H2SO4 CuSO4+ H2O 标准电位更小，标准电位更小，賈凡尼效應弱賈凡尼效應弱，双氧水体系所形成的腐蚀电池作用大大弱于，双氧水体系所形成的腐蚀电池作用大大弱于过硫酸钠体系过硫酸钠体系!Page274.54.23.93.63.3LB目标UBLB3.1目标3.9UB4.7样本均值4.096样本 N15标准差（组内）0.153875标准差（整体）0.183295过程数据Cp*CPL

16、*CPU*Cpk*Pp*PPL*PPU*Ppk*Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPM UB0.00PPM 合计0.00实测性能PPM UB*PPM 合计*预期组内性能PPM UB*PPM 合计*预期整体性能组内整体二二部部微微蚀蚀前前 的的过过程程能能力力4.54.23.93.63.33.0LB目标UBLB3.1目标3.9UB4.7样本均值3.284样本 N15标准差（组内）0.162741标准差（整体）0.184344过程数据Cp*CPL*CPU*Cpk*Pp*PPL*PPU*Ppk*Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPM UB0.00PPM 合计133333.33实测性能PPM UB*P

17、PM 合计*预期组内性能PPM UB*PPM 合计*预期整体性能组内整体二二部部微微蚀蚀3 3次次 的的过过程程能能力力X X部部Y Y部部微蚀前微蚀前微蚀微蚀3 3次後次後R(mil)微蚀前微蚀前微蚀微蚀3 3次後次後R(mil)4.16 3.48 0.68 4.36 2.24 2.12 4.52 3.61 0.91 4.37 1.88 2.49 4.13 3.29 0.84 4.17 1.78 2.39 3.95 3.26 0.69 4.34 1.91 2.43 4.06 3.19 0.87 4.48 1.77 2.71 4.10 3.45 0.65 4.25 1.94 2.31 4.06

18、 3.32 0.74 4.21 1.68 2.53 4.11 3.45 0.66 4.17 1.90 2.27 4.00 3.38 0.62 4.11 1.27 2.84 4.29 3.19 1.10 4.25 2.17 2.08 4.31 3.26 1.05 3.93 1.69 2.24 3.78 2.87 0.91 3.91 1.71 2.20 3.84 3.32 0.52 4.35 1.86 2.49 4.04 3.06 0.98 3.96 1.76 2.20 4.09 3.13 0.96 4.23 2.39 1.84 max1.10 max2.84 min0.52min1.84aveg

19、0.81 0.81 aveg2.34 2.34 Page284.23.63.02.41.81.2LB目标UBLB3.1目标3.9UB4.7样本均值1.86333样本 N15标准差（组内）0.271657标准差（整体）0.265725过程数据Cp*CPL*CPU*Cpk*Pp*PPL*PPU*Ppk*Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPM UB0.00PPM 合计1000000.00实测性能PPM UB*PPM 合计*预期组内性能PPM UB*PPM 合计*预期整体性能组内整体五五部部微微蚀蚀3 3次次 的的过过程程能能力力4.54.23.93.63.3LB目标UBLB3.1目标3.9UB4.7

20、样本均值4.206样本 N15标准差（组内）0.156408标准差（整体）0.170076过程数据Cp*CPL*CPU*Cpk*Pp*PPL*PPU*Ppk*Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPM UB0.00PPM 合计0.00实测性能PPM UB*PPM 合计*预期组内性能PPM UB*PPM 合计*预期整体性能组内整体五五部部微微蚀蚀前前 的的过过程程能能力力微蚀微蚀SPS系列比對系列比對H2O2系列微蚀藥水產生賈凡尼腐蝕強系列微蚀藥水產生賈凡尼腐蝕強 !Page294.2.5 設備差異影響設備差異影響加壓水洗溢流水洗加壓水洗超音波水洗水柱式沖洗微? 1擠水滾輪微? 2擠水滾輪微? 擠水

21、滾輪加壓水洗溢流水洗1700mm1700mm200mm200mm300mm300mm400mm500mm900mm2400mm300mm300mm1200mm宇宙OSP線立堡OSP線宇宙線宇宙線藥水槽長:水洗長=1:0.706超音波微間隙處理能力強立堡線立堡線藥水槽長:水洗長=1:0.625微蚀1微蚀2微蚀Page304.2.5 設備差異影響設備差異影響4.54.23.93.63.3LB目标UBLB3.1目标3.9UB4.7样本均值4.096样本 N15标准差（组内）0.143744标准差（整体）0.153241过程数据Cp*CPL*CPU*Cpk*Pp*PPL*PPU*Ppk*Cpm*整体能

22、力潜在（组内）能力PPM UB0.00PPM 合计0.00实测性能PPM UB*PPM 合计*预期组内性能PPM UB*PPM 合计*预期整体性能组内整体一一部部微微蚀蚀前前 的的过过程程能能力力4.44.03.63.22.82.4LB目标UBLB3.1目标3.9UB4.7样本均值2.674样本 N15标准差（组内）0.172239标准差（整体）0.148987过程数据Cp*CPL*CPU*Cpk*Pp*PPL*PPU*Ppk*Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPM UB0.00PPM 合计1000000.00实测性能PPM UB*PPM 合计*预期组内性能PPM UB*PPM 合计*预期整体性能组内整体一一部部微微蚀蚀3 3次次 的的过过程