Výkon a charakterizace OSP filmu v bezolovnatém procesu kopírování desek plošných spojů

Výkon a charakteristika OSP filmu v bezolovnatém procesu PCB Kopírovací deska

OSP (Organic Solderable Protective Film) je považován za nejlepší proces povrchové úpravy díky své vynikající pájitelnosti, jednoduchému procesu a nízké ceně.

V tomto článku se k analýze charakteristik tepelné odolnosti nové generace OSP filmů odolných vůči vysokým teplotám používají termální desorpce-plynová chromatografie-hmotnostní spektrometrie (TD-GC-MS), termogravimetrická analýza (TGA) a fotoelektronová spektroskopie (XPS). Plynová chromatografie testuje malé molekulární organické složky ve filmu OSP odolném vůči vysokým teplotám (HTOSP), které ovlivňují pájitelnost. Současně se ukazuje, že alkylbenzimidazol-HT ve filmu OSP odolném vůči vysokým teplotám má velmi malou těkavost. Údaje TGA ukazují, že fólie HTOSP má vyšší teplotu degradace než aktuální průmyslová standardní fólie OSP. Data XPS ukazují, že po 5 bezolovnatých přetocích vysokoteplotního OSP se obsah kyslíku zvýšil pouze asi o 1 %. Výše uvedená vylepšení přímo souvisí s požadavky průmyslové bezolovnaté pájitelnosti.

ipcb

OSP fólie se v deskách plošných spojů používá již mnoho let. Jedná se o organokovový polymerní film vytvořený reakcí azolových sloučenin s prvky přechodných kovů, jako je měď a zinek. Mnoho studií [1,2,3] odhalilo mechanismus inhibice koroze azolových sloučenin na kovových površích. GPBrown [3] úspěšně syntetizoval benzimidazol, měď (II), zinek (II) a další prvky přechodných kovů organokovových polymerů a popsal vynikající odolnost poly(benzimidazol-zinku) vůči vysokým teplotám prostřednictvím charakteristiky TGA. Údaje TGA společnosti GPBrown ukazují, že teplota degradace poly(benzimidazol-zinku) je až 400 °C ve vzduchu a 500 °C v atmosféře dusíku, zatímco teplota degradace poly(benzimidazol-měď) je pouze 250 °C. . Nedávno vyvinutá nová fólie HTOSP je založena na chemických vlastnostech poly(benzimidazol-zinku), který má nejlepší tepelnou odolnost.

Film OSP se skládá hlavně z organokovových polymerů a malých organických molekul strhávaných během procesu ukládání, jako jsou mastné kyseliny a azolové sloučeniny. Organokovové polymery poskytují potřebnou odolnost proti korozi, povrchovou adhezi mědi a povrchovou tvrdost OSP. Teplota degradace organokovového polymeru musí být vyšší než bod tání bezolovnaté pájky, aby vydržela bezolovnatý proces. Jinak se film OSP po zpracování bezolovnatým procesem zhorší. Teplota degradace filmu OSP do značné míry závisí na tepelné odolnosti organokovového polymeru. Dalším důležitým faktorem, který ovlivňuje odolnost mědi vůči oxidaci, je těkavost azolových sloučenin, jako je benzimidazol a fenylimidazol. Malé molekuly filmu OSP se během procesu bezolovnatého přetavení odpaří, což ovlivní odolnost mědi proti oxidaci. K vědeckému vysvětlení tepelné odolnosti OSP lze použít plynovou chromatografii-hmotnostní spektrometrii (GC-MS), termogravimetrickou analýzu (TGA) a fotoelektronovou spektroskopii (XPS).

1. Plynová chromatografie-hmotnostní spektrometrie

Testované měděné desky byly potaženy: a) novým filmem HTOSP; b) standardní OSP film; a c) další průmyslovou OSP fólii. Z měděné desky seškrábněte asi 0.74-0.79 mg OSP filmu. Tyto potažené měděné desky a seškrábané vzorky neprošly žádnou úpravou přetavením. Tento experiment používá přístroj H/P6890GC/MS a používá injekční stříkačku bez injekční stříkačky. Stříkačky bez injekčních stříkaček mohou přímo desorbovat pevné vzorky ve vzorkové komoře. Stříkačka bez stříkačky může přenést vzorek v malé skleněné trubici do vstupu plynového chromatografu. Nosný plyn může kontinuálně přivádět těkavé organické sloučeniny do kolony plynového chromatografu pro sběr a separaci. Umístěte vzorek do blízkosti horní části kolony, aby se tepelná desorpce mohla účinně opakovat. Poté, co bylo desorbováno dostatečné množství vzorků, začala fungovat plynová chromatografie. V tomto experimentu byla použita kolona pro plynovou chromatografii RestekRT-1 (0.25 mm x 30 m, tloušťka filmu 1.0 μm). Program zvyšování teploty kolony pro plynovou chromatografii: Po zahřívání na 35 °C po dobu 2 minut začne teplota stoupat na 325 °C a rychlost zahřívání je 15 °C/min. Podmínky tepelné desorpce jsou: po zahřátí na 250 °C po dobu 2 minut. Poměr hmotnost/náboj separovaných těkavých organických sloučenin je detekován hmotnostní spektrometrií v rozmezí 10-700 daltonů. Zaznamenává se také retenční čas všech malých organických molekul.

2. Termogravimetrická analýza (TGA)

Podobně byla na vzorky nanesena nová fólie HTOSP, průmyslová standardní fólie OSP a další průmyslová fólie OSP. Přibližně 17.0 mg OSP filmu bylo seškrábáno z měděné desky jako materiálový zkušební vzorek. Před testem TGA nemůže vzorek ani film podstoupit žádnou úpravu bezolovnatým přetavením. Použijte TA Instruments’ 2950TA k provedení testu TGA pod ochranou dusíku. Pracovní teplota byla udržována na teplotě místnosti po dobu 15 minut a poté byla zvýšena na 700 °C rychlostí 10 °C/min.

3. Fotoelektronová spektroskopie (XPS)

Fotoelektronová spektroskopie (XPS), známá také jako elektronová spektroskopie chemické analýzy (ESCA), je metoda chemické povrchové analýzy. XPS dokáže měřit 10nm chemické složení povrchu povlaku. Naneste film HTOSP a průmyslový standardní film OSP na měděnou desku a poté proveďte 5 bezolovnatých přetavení. XPS byl použit k analýze HTOSP filmu před a po úpravě přetavením. Standardní OSP film po 5 bezolovnatých přetavení byl také analyzován pomocí XPS. Použitým nástrojem byl VGESCALABMarkII.

4. Test pájitelnosti skrz díru

Použití testovacích desek pájitelnosti (STV) pro testování pájitelnosti skrz díry. Existuje celkem 10 polí STV testovacích desek pájitelnosti (každé pole má 4 STV) potažených filmem o tloušťce asi 0.35 μm, z nichž 5 polí STV je potaženo filmem HTOSP a dalších 5 polí STV je potaženo průmyslovým standardem. OSP film. Poté jsou potažené STV podrobeny sérii vysokoteplotních bezolovnatých přetavovacích úprav v přetavovací peci pájecí pasty. Každá testovací podmínka zahrnuje 0, 1, 3, 5 nebo 7 po sobě jdoucích přetočení. Existují 4 STV pro každý typ filmu pro každou podmínku testu přetavení. Po procesu přetavení jsou všechny STV zpracovány pro vysokoteplotní a bezolovnaté pájení vlnou. Pájitelnost průchozích otvorů lze určit kontrolou každého STV a výpočtem počtu správně vyplněných průchozích otvorů. Kritériem přijatelnosti pro průchozí otvory je, že naplněná pájka musí být naplněna po horní část pokoveného průchozího otvoru nebo horní okraj průchozího otvoru.