Rendiment i caracterització de la pel·lícula OSP en el procés sense plom de PCB Tauler de còpia

OSP (Organic Solderable Protective Film) es considera el millor procés de tractament de superfícies per la seva excel·lent soldabilitat, procés senzill i baix cost.

En aquest article, s’utilitzen cromatografia de gasos de desorció tèrmica-espectrometria de masses (TD-GC-MS), anàlisi termogravimètrica (TGA) i espectroscòpia fotoelectrònica (XPS) per analitzar les característiques de resistència a la calor d’una nova generació de pel·lícules OSP resistents a altes temperatures. La cromatografia de gasos prova els petits components orgànics moleculars de la pel·lícula OSP resistent a altes temperatures (HTOSP) que afecten la soldabilitat. Al mateix temps, mostra que l’alquilbenzimidazol-HT a la pel·lícula OSP resistent a altes temperatures té molt poca volatilitat. Les dades de TGA mostren que la pel·lícula HTOSP té una temperatura de degradació més alta que la pel·lícula OSP estàndard de la indústria actual. Les dades de XPS mostren que després de 5 rebuigs sense plom d’OSP a alta temperatura, el contingut d’oxigen només va augmentar un 1%. Les millores anteriors estan directament relacionades amb els requisits de soldadura industrial sense plom.

La pel·lícula OSP s’ha utilitzat en plaques de circuits durant molts anys. És una pel·lícula de polímer organometàl·lic formada per la reacció de compostos azols amb elements de metalls de transició, com el coure i el zinc. Molts estudis [1,2,3] han revelat el mecanisme d’inhibició de la corrosió dels compostos azols a les superfícies metàl·liques. GPBrown [3] va sintetitzar amb èxit benzimidazol, coure (II), zinc (II) i altres elements metàl·lics de transició de polímers organometàl·lics, i va descriure l’excel·lent resistència a les altes temperatures del poli (benzimidazol-zinc) mitjançant la característica TGA. Les dades TGA de GPBrown mostren que la temperatura de degradació del poli (benzimidazol-zinc) és de fins a 400 °C a l’aire i 500 °C en una atmosfera de nitrogen, mentre que la temperatura de degradació del poli (benzimidazol-coure) és de només 250 °C. . La nova pel·lícula HTOSP desenvolupada recentment es basa en les propietats químiques del poli(benzimidazol-zinc), que té la millor resistència a la calor.

La pel·lícula OSP es compon principalment de polímers organometàl·lics i petites molècules orgàniques arrastrades durant el procés de deposició, com ara àcids grassos i compostos azol. Els polímers organometàl·lics proporcionen la resistència a la corrosió necessària, l’adhesió a la superfície del coure i la duresa superficial de l’OSP. La temperatura de degradació del polímer organometàl·lic ha de ser superior al punt de fusió de la soldadura sense plom per suportar el procés sense plom. En cas contrari, la pel·lícula OSP es degradarà després de ser processada per un procés sense plom. La temperatura de degradació de la pel·lícula OSP depèn en gran mesura de la resistència a la calor del polímer organometàl·lic. Un altre factor important que afecta la resistència a l’oxidació del coure és la volatilitat dels compostos azol, com el benzimidazol i el fenilimidazol. Les petites molècules de la pel·lícula OSP s’evaporan durant el procés de reflux sense plom, que afectarà la resistència a l’oxidació del coure. La cromatografia de gasos-espectrometria de masses (GC-MS), l’anàlisi termogravimètrica (TGA) i l’espectroscòpia fotoelectrònica (XPS) es poden utilitzar per explicar científicament la resistència a la calor de l’OSP.

1. Anàlisi de cromatografia de gasos-espectrometria de masses

Les plaques de coure provades van ser recobertes amb: a) una nova pel·lícula HTOSP; b) una pel·lícula OSP estàndard de la indústria; i c) una altra pel·lícula OSP industrial. Raspa uns 0.74-0.79 mg de pel·lícula OSP de la placa de coure. Aquestes plaques de coure recobertes i les mostres raspades no han sofert cap tractament de reflux. Aquest experiment utilitza l’instrument H/P6890GC/MS i utilitza xeringa sense xeringa. Les xeringues sense xeringues poden desorbir directament mostres sòlides a la cambra de mostres. La xeringa sense xeringa pot transferir la mostra del petit tub de vidre a l’entrada del cromatògraf de gasos. El gas portador pot portar contínuament els compostos orgànics volàtils a la columna del cromatògraf de gasos per a la seva recollida i separació. Col·loqueu la mostra a prop de la part superior de la columna perquè la desorció tèrmica es pugui repetir de manera efectiva. Després de desorbir prou mostres, la cromatografia de gasos va començar a funcionar. En aquest experiment, es va utilitzar una columna de cromatografia de gasos RestekRT-1 (0.25, 30 mmid × 1.0 m, gruix de pel·lícula d’35, 2 μm). El programa d’augment de temperatura de la columna de cromatografia de gasos: després d’escalfar a 325 °C durant 15 minuts, la temperatura comença a pujar a 250 °C i la velocitat d’escalfament és de 2 °C/min. Les condicions de desorció tèrmica són: després d’escalfar a 10°C durant 700 minuts. La relació massa/càrrega dels compostos orgànics volàtils separats es detecta mitjançant espectrometria de masses en el rang de XNUMX-XNUMX daltons. També es registra el temps de retenció de totes les petites molècules orgàniques.

2. Anàlisi termogravimètrica (TGA)

De la mateixa manera, es va cobrir una nova pel·lícula HTOSP, una pel·lícula OSP estàndard de la indústria i una altra pel·lícula OSP industrial a les mostres. Es van treure aproximadament 17.0 mg de pel·lícula OSP de la placa de coure com a mostra de prova de material. Abans de la prova TGA, ni la mostra ni la pel·lícula es poden sotmetre a cap tractament de reflujo sense plom. Utilitzeu el 2950TA de TA Instruments per realitzar la prova TGA sota protecció de nitrogen. La temperatura de treball es va mantenir a temperatura ambient durant 15 minuts, i després es va augmentar a 700 °C a una velocitat de 10 °C/min.

3. Espectroscòpia fotoelectrònica (XPS)

L’espectroscòpia fotoelectrònica (XPS), també coneguda com a espectroscòpia electrònica d’anàlisi química (ESCA), és un mètode d’anàlisi de superfícies químiques. XPS pot mesurar la composició química de 10 nm de la superfície del recobriment. Recobriu la pel·lícula HTOSP i la pel·lícula OSP estàndard de la indústria a la placa de coure i, a continuació, passeu per 5 reflux sense plom. Es va utilitzar XPS per analitzar la pel·lícula HTOSP abans i després del tractament de reflux. XPS també va analitzar la pel·lícula OSP estàndard de la indústria després de 5 reflujos sense plom. L’instrument utilitzat va ser VGESCALABMarkII.

4. Prova de soldabilitat del forat passant

Ús de plaques de prova de soldadura (STV) per a proves de soldadura a través del forat. Hi ha un total de 10 matrius STV de plaques de prova de soldadura (cada matriu té 4 STV) recobertes amb un gruix de pel·lícula d’uns 0.35 μm, de les quals 5 matrius STV estan recobertes amb pel·lícula HTOSP i les altres 5 matrius STV estan recobertes amb l’estàndard de la indústria. Pel·lícula OSP. A continuació, els STV recoberts se sotmeten a una sèrie de tractaments de reflux sense plom a alta temperatura al forn de reflux de pasta de soldadura. Cada condició de prova inclou 0, 1, 3, 5 o 7 reflujos consecutius. Hi ha 4 STV per a cada tipus de pel·lícula per a cada condició de prova de reflux. Després del procés de reflux, tots els STV es processen per a una soldadura d’ona sense plom i a alta temperatura. La soldabilitat del forat passant es pot determinar inspeccionant cada STV i calculant el nombre de forats passant correctament omplerts. El criteri d’acceptació dels forats passants és que la soldadura plena s’ha d’omplir fins a la part superior del forat passant xapat o la vora superior del forat passant.