Ydelse og karakterisering af OSP-film i den blyfri proces af PCB Kopi tavle

OSP (Organic Solderable Protective Film) anses for at være den bedste overfladebehandlingsproces på grund af dens fremragende loddeevne, enkle proces og lave omkostninger.

I dette papir bruges termisk desorption-gaskromatografi-massespektrometri (TD-GC-MS), termogravimetrisk analyse (TGA) og fotoelektronspektroskopi (XPS) til at analysere varmemodstandskarakteristikaene for en ny generation af højtemperaturbestandige OSP-film. Gaschromatografi tester de små molekylære organiske komponenter i den højtemperaturbestandige OSP-film (HTOSP), der påvirker loddeevnen. Samtidig viser det, at alkylbenzimidazol-HT i den højtemperaturbestandige OSP-film har meget lille flygtighed. TGA-dataene viser, at HTOSP-filmen har en højere nedbrydningstemperatur end den nuværende industristandard OSP-film. XPS-data viser, at efter 5 blyfri reflows af højtemperatur-OSP, steg iltindholdet kun med omkring 1 %. Ovenstående forbedringer er direkte relateret til kravene til industriel blyfri loddeevne.

OSP film har været brugt i printkort i mange år. Det er en organometallisk polymerfilm dannet ved reaktion af azolforbindelser med overgangsmetalelementer, såsom kobber og zink. Mange undersøgelser [1,2,3] har afsløret korrosionshæmningsmekanismen af ​​azolforbindelser på metaloverflader. GPBrown [3] syntetiserede med succes benzimidazol, kobber (II), zink (II) og andre overgangsmetalelementer af organometalliske polymerer og beskrev den fremragende højtemperaturresistens af poly(benzimidazol-zink) gennem TGA-egenskaber. GPBrowns TGA-data viser, at nedbrydningstemperaturen for poly(benzimidazol-zink) er så høj som 400°C i luften og 500°C i en nitrogenatmosfære, mens nedbrydningstemperaturen for poly(benzimidazol-kobber) kun er 250°C . Den nyligt udviklede nye HTOSP film er baseret på de kemiske egenskaber af poly(benzimidazol-zink), som har den bedste varmebestandighed.

OSP-film er hovedsageligt sammensat af organometalliske polymerer og små organiske molekyler, der er medtaget under aflejringsprocessen, såsom fedtsyrer og azolforbindelser. Organometalliske polymerer giver den nødvendige korrosionsbestandighed, kobberoverfladeadhæsion og overfladehårdhed af OSP. Nedbrydningstemperaturen af ​​den organometalliske polymer skal være højere end smeltepunktet for den blyfri loddemetal for at modstå den blyfri proces. Ellers vil OSP-filmen nedbrydes efter at være blevet behandlet ved en blyfri proces. Nedbrydningstemperaturen af ​​OSP-filmen afhænger i høj grad af varmebestandigheden af ​​den organometalliske polymer. En anden vigtig faktor, der påvirker oxidationsmodstanden af ​​kobber, er flygtigheden af ​​azolforbindelser, såsom benzimidazol og phenylimidazol. De små molekyler i OSP-filmen vil fordampe under den blyfri reflow-proces, hvilket vil påvirke oxidationsmodstanden af ​​kobber. Gaschromatografi-massespektrometri (GC-MS), termogravimetrisk analyse (TGA) og fotoelektronspektroskopi (XPS) kan bruges til videnskabeligt at forklare OSP’s varmemodstand.

1. Gaskromatografi-massespektrometrianalyse

De testede kobberplader blev belagt med: a) en ny HTOSP-film; b) en industristandard OSP-film; og c) en anden industriel OSP-film. Skrab omkring 0.74-0.79 mg OSP-film fra kobberpladen. Disse coatede kobberplader og de skrabede prøver har ikke gennemgået nogen reflow-behandling. Dette eksperiment bruger H/P6890GC/MS instrument og bruger sprøjte uden sprøjte. Sprøjtefrie sprøjter kan direkte desorbere faste prøver i prøvekammeret. Sprøjten uden sprøjte kan overføre prøven i det lille glasrør til indløbet på gaskromatografen. Bærergassen kan kontinuerligt bringe de flygtige organiske forbindelser til gaskromatografkolonnen til opsamling og adskillelse. Anbring prøven tæt på toppen af ​​kolonnen, så termisk desorption effektivt kan gentages. Efter at nok prøver var desorberet, begyndte gaskromatografien at virke. I dette eksperiment blev der brugt en RestekRT-1 (0.25 mmmid x 30 m, filmtykkelse på 1.0 μm) gaskromatografisøjle. Gaskromatografikolonnens temperaturstigningsprogram: Efter opvarmning ved 35°C i 2 minutter begynder temperaturen at stige til 325°C, og opvarmningshastigheden er 15°C/min. De termiske desorptionsbetingelser er: efter opvarmning ved 250°C i 2 minutter. Masse/ladningsforholdet af de separerede flygtige organiske forbindelser detekteres ved massespektrometri i området 10-700 dalton. Retentionstiden for alle små organiske molekyler registreres også.

2. Termogravimetrisk analyse (TGA)

På samme måde blev en ny HTOSP-film, en industristandard OSP-film og en anden industriel OSP-film coatet på prøverne. Ca. 17.0 mg OSP-film blev skrabet fra kobberpladen som en materialetestprøve. Før TGA-testen kan hverken prøven eller filmen gennemgå nogen blyfri reflow-behandling. Brug TA Instruments’ 2950TA til at udføre TGA-test under nitrogenbeskyttelse. Arbejdstemperaturen blev holdt ved stuetemperatur i 15 minutter og derefter øget til 700°C med en hastighed på 10°C/min.

3. Fotoelektronspektroskopi (XPS)

Fotoelektronspektroskopi (XPS), også kendt som Chemical Analysis Electron Spectroscopy (ESCA), er en kemisk overfladeanalysemetode. XPS kan måle den 10nm kemiske sammensætning af belægningsoverfladen. Coat HTOSP-filmen og industristandard OSP-filmen på kobberpladen, og gå derefter igennem 5 blyfri reflows. XPS blev brugt til at analysere HTOSP-filmen før og efter reflow-behandlingen. Industristandarden OSP-film efter 5 blyfri reflow blev også analyseret af XPS. Det anvendte instrument var VGESCALABMarkII.

4. Gennemgående loddeevnetest

Brug af loddeevnetestplader (STV’er) til gennemhullende loddeevnetest. Der er i alt 10 loddeevne-testplade STV-arrays (hver array har 4 STV’er) belagt med en filmtykkelse på ca. 0.35μm, hvoraf 5 STV-arrays er belagt med HTOSP-film, og de andre 5 STV-arrays er belagt med industristandard. OSP film. Derefter gennemgår de coatede STV’er en række højtemperatur-, blyfri reflow-behandlinger i loddepasta-reflow-ovnen. Hver testbetingelse inkluderer 0, 1, 3, 5 eller 7 på hinanden følgende reflows. Der er 4 STV’er for hver type film for hver reflow-testtilstand. Efter reflow-processen behandles alle STV’er til høj temperatur og blyfri bølgelodning. Loddeevnen i gennemgående huller kan bestemmes ved at inspicere hver STV og beregne antallet af korrekt fyldte gennemgående huller. Acceptkriteriet for gennemgående huller er, at det fyldte loddemateriale skal fyldes til toppen af ​​det pletterede gennemgående hul eller overkanten af ​​det gennemgående hul.