Изпълнение и характеристика на OSP филм в процеса без олово на PCB Копирна дъска

OSP (Organic Solderable Protective Film) се счита за най-добрия процес на повърхностна обработка поради отличната спояемост, прост процес и ниска цена.

В тази статия се използват термична десорбционна-газова хроматография-мас-спектрометрия (TD-GC-MS), термогравиметричен анализ (TGA) и фотоелектронна спектроскопия (XPS) за анализ на характеристиките на топлоустойчивост на ново поколение устойчиви на висока температура OSP филми. Газова хроматография тества малките молекулярни органични компоненти в устойчивия на висока температура OSP филм (HTOSP), които влияят на спояемостта. В същото време показва, че алкилбензимидазол-НТ в устойчивия на висока температура OSP филм има много малка летливост. Данните от TGA показват, че HTOSP филмът има по-висока температура на разграждане от настоящия стандартен OSP филм. Данните от XPS показват, че след 5 безоловни преплавки на високотемпературна OSP съдържанието на кислород се е увеличило само с около 1%. Горните подобрения са пряко свързани с изискванията за индустриална спояемост без олово.

OSP филмът се използва в печатни платки от много години. Това е органометален полимерен филм, образуван от реакцията на азолни съединения с елементи от преходни метали, като мед и цинк. Много проучвания [1,2,3] разкриват механизма за инхибиране на корозията на азолни съединения върху метални повърхности. GPBrown [3] успешно синтезира бензимидазол, мед (II), цинк (II) и други преходни метални елементи от органометални полимери и описва отличната устойчивост на висока температура на поли(бензимидазол-цинк) чрез TGA характеристика. TGA данните на GPBrown показват, че температурата на разграждане на поли(бензимидазол-цинк) е до 400°C във въздуха и 500°C в азотна атмосфера, докато температурата на разграждане на поли(бензимидазол-мед) е само 250°C . Наскоро разработеният нов филм HTOSP се основава на химичните свойства на поли(бензимидазол-цинк), който има най-добра топлоустойчивост.

OSP филмът се състои главно от органометални полимери и малки органични молекули, увлечени по време на процеса на отлагане, като мастни киселини и азолни съединения. Органометалните полимери осигуряват необходимата устойчивост на корозия, адхезия на медната повърхност и повърхностна твърдост на OSP. Температурата на разграждане на органометалния полимер трябва да бъде по-висока от точката на топене на безоловната спойка, за да издържи безоловен процес. В противен случай OSP филмът ще се разгради, след като бъде обработен чрез процес без олово. Температурата на разграждане на OSP филма до голяма степен зависи от топлоустойчивостта на органометалния полимер. Друг важен фактор, който влияе върху устойчивостта на окисляване на медта, е летливостта на азолните съединения, като бензимидазол и фенилимидазол. Малките молекули на OSP филма ще се изпарят по време на безоловния процес на преливане, което ще повлияе на устойчивостта на окисляване на медта. Газова хроматография-масспектрометрия (GC-MS), термогравиметричен анализ (TGA) и фотоелектронна спектроскопия (XPS) могат да се използват за научно обяснение на топлоустойчивостта на OSP.

1. Газова хроматография-масспектрометрия анализ

Тестваните медни плочи са покрити с: а) нов HTOSP филм; б) индустриален стандартен OSP филм; и в) друг индустриален OSP филм. Изстържете около 0.74-0.79 mg OSP филм от медната плоча. Тези покрити медни плочи и изстърганите проби не са претърпели никаква обработка с повторно оплавяване. Този експеримент използва инструмент H/P6890GC/MS и използва спринцовка без спринцовка. Спринцовките без спринцовки могат директно да десорбират твърди проби в камерата за проби. Спринцовката без спринцовка може да прехвърли пробата в малката стъклена тръба към входа на газовия хроматограф. Газът носител може непрекъснато да довежда летливите органични съединения в колоната на газовия хроматограф за събиране и разделяне. Поставете пробата близо до горната част на колоната, така че термичната десорбция да може да се повтори ефективно. След като достатъчно проби бяха десорбирани, газовата хроматография започна да работи. В този експеримент беше използвана колона за газова хроматография RestekRT-1 (0.25 mmmid × 30m, дебелина на филма 1.0 μm). Програмата за повишаване на температурата на колоната за газова хроматография: След нагряване при 35°C в продължение на 2 минути, температурата започва да се повишава до 325°C, а скоростта на нагряване е 15°C/min. Условията на термична десорбция са: след нагряване при 250°C в продължение на 2 минути. Съотношението маса/заряд на отделените летливи органични съединения се открива чрез масспектрометрия в диапазона от 10-700 далтона. Времето на задържане на всички малки органични молекули също се записва.

2. Термогравиметричен анализ (TGA)

По същия начин, нов HTOSP филм, индустриален стандарт OSP филм и друг индустриален OSP филм бяха покрити върху пробите. Приблизително 17.0 mg OSP филм се изстъргва от медната плоча като проба за тестване на материала. Преди TGA теста, нито пробата, нито филмът могат да бъдат подложени на безоловна обработка с преплавка. Използвайте 2950TA на TA Instruments, за да извършите TGA тест под азотна защита. Работната температура се поддържа при стайна температура в продължение на 15 минути и след това се повишава до 700°С със скорост 10°С/min.

3. Фотоелектронна спектроскопия (XPS)

Фотоелектронната спектроскопия (XPS), известна още като електронна спектроскопия за химичен анализ (ESCA), е метод за химически повърхностен анализ. XPS може да измерва 10 nm химически състав на повърхността на покритието. Покрийте фолиото HTOSP и стандартното за индустрията OSP фолио върху медната плоча и след това преминете през 5 преплавки без олово. XPS беше използван за анализиране на HTOSP филма преди и след обработката с повторно оплавяване. Стандартният за индустрията OSP филм след 5 безоловно оплавяване също беше анализиран от XPS. Използваният инструмент е VGESCALABMarkII.

4. Тест за запояване през дупки

Използване на тестови платки за запояване (STV) за тестване на запояване през дупки. Има общо 10 STV масива за тестови платки за запояване (всеки масив има 4 STV), покрити с дебелина на филма от около 0.35 μm, от които 5 STV масива са покрити с HTOSP филм, а останалите 5 STV масива са покрити с индустриален стандарт OSP филм. След това, покритите STV се подлагат на серия от високотемпературни, безоловни обработки за преливане в пещта за преливане с паста за спойка. Всяко тестово условие включва 0, 1, 3, 5 или 7 последователни повторения. Има 4 STV за всеки тип фолио за всяко условие за изпитване на повторно оплавяване. След процеса на преливане, всички STV се обработват за високотемпературно и безоловно вълново запояване. Запояемостта през отвора може да се определи чрез проверка на всеки STV и изчисляване на броя на правилно запълнените проходни отвори. Критерият за приемане за проходни отвори е, че напълнената спойка трябва да бъде запълнена до горната част на покрития проходен отвор или горния ръб на проходния отвор.