Leistung und Charakterisierung von OSP-Folie im bleifreien Verfahren von PCB Tafel kopieren

OSP (Organic Solderable Protective Film) gilt aufgrund seiner hervorragenden Lötbarkeit, des einfachen Verfahrens und der geringen Kosten als das beste Oberflächenbehandlungsverfahren.

In diesem Artikel werden Thermodesorptions-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (TD-GC-MS), thermogravimetrische Analyse (TGA) und Photoelektronenspektroskopie (XPS) verwendet, um die Hitzebeständigkeitseigenschaften einer neuen Generation von hochtemperaturbeständigen OSP-Filmen zu analysieren. Gaschromatographie testet die kleinen molekularen organischen Komponenten in der hochtemperaturbeständigen OSP-Folie (HTOSP), die die Lötbarkeit beeinflussen. Gleichzeitig zeigt es, dass das Alkylbenzimidazol-HT in der hochtemperaturbeständigen OSP-Folie eine sehr geringe Flüchtigkeit aufweist. Die TGA-Daten zeigen, dass der HTOSP-Film eine höhere Zersetzungstemperatur aufweist als der aktuelle Industriestandard-OSP-Film. XPS-Daten zeigen, dass nach 5 bleifreien Reflows von Hochtemperatur-OSP der Sauerstoffgehalt nur um etwa 1 % angestiegen ist. Die obigen Verbesserungen stehen in direktem Zusammenhang mit den Anforderungen der industriellen bleifreien Lötbarkeit.

OSP-Folie wird seit vielen Jahren in Leiterplatten verwendet. Es ist ein organometallischer Polymerfilm, der durch die Reaktion von Azolverbindungen mit Übergangsmetallelementen wie Kupfer und Zink gebildet wird. Viele Studien [1,2,3] haben den Korrosionsinhibitionsmechanismus von Azolverbindungen auf Metalloberflächen aufgezeigt. GPBrown [3] synthetisierte erfolgreich Benzimidazol, Kupfer (II), Zink (II) und andere Übergangsmetallelemente von metallorganischen Polymeren und beschrieb die ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit von Poly(benzimidazol-Zink) durch TGA-Eigenschaften. Die TGA-Daten von GPBrown zeigen, dass die Abbautemperatur von Poly(benzimidazol-Zink) bis zu 400°C in der Luft und 500°C in einer Stickstoffatmosphäre beträgt, während die Abbautemperatur von Poly(benzimidazol-Kupfer) nur 250°C beträgt . Die kürzlich entwickelte neue HTOSP-Folie basiert auf den chemischen Eigenschaften von Poly(benzimidazol-Zink), das die beste Hitzebeständigkeit aufweist.

Der OSP-Film besteht hauptsächlich aus metallorganischen Polymeren und kleinen organischen Molekülen, die während des Abscheidungsprozesses mitgerissen werden, wie Fettsäuren und Azolverbindungen. Organometallische Polymere bieten die notwendige Korrosionsbeständigkeit, Oberflächenhaftung von Kupfer und Oberflächenhärte von OSP. Die Zersetzungstemperatur des metallorganischen Polymers muss höher sein als der Schmelzpunkt des bleifreien Lots, um dem bleifreien Verfahren standzuhalten. Andernfalls verschlechtert sich die OSP-Folie, nachdem sie in einem bleifreien Verfahren verarbeitet wurde. Die Zersetzungstemperatur des OSP-Films hängt stark von der Hitzebeständigkeit des organometallischen Polymers ab. Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Oxidationsbeständigkeit von Kupfer beeinflusst, ist die Flüchtigkeit von Azolverbindungen wie Benzimidazol und Phenylimidazol. Die kleinen Moleküle des OSP-Films verdampfen während des bleifreien Reflow-Prozesses, was die Oxidationsbeständigkeit von Kupfer beeinflusst. Mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS), thermogravimetrischer Analyse (TGA) und Photoelektronenspektroskopie (XPS) lässt sich die Hitzebeständigkeit von OSP wissenschaftlich erklären.

1. Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Analyse

Die getesteten Kupferplatten wurden beschichtet mit: a) einem neuen HTOSP-Film; b) ein OSP-Film nach Industriestandard; und c) ein anderer industrieller OSP-Film. Kratzen Sie etwa 0.74-0.79 mg OSP-Film von der Kupferplatte. Diese beschichteten Kupferplatten und die abgeschabten Proben wurden keiner Reflow-Behandlung unterzogen. Dieses Experiment verwendet das H/P6890GC/MS-Instrument und verwendet eine Spritze ohne Spritze. Spritzenlose Spritzen können feste Proben direkt in der Probenkammer desorbieren. Die Spritze ohne Spritze kann die Probe im Glasröhrchen in den Einlass des Gaschromatographen überführen. Das Trägergas kann die flüchtigen organischen Verbindungen zur Sammlung und Trennung kontinuierlich zur Gaschromatographensäule bringen. Platzieren Sie die Probe nahe am oberen Ende der Säule, damit die thermische Desorption effektiv wiederholt werden kann. Nachdem genügend Proben desorbiert waren, begann die Gaschromatographie zu arbeiten. In diesem Experiment wurde eine Gaschromatographiesäule RestekRT-1 (0.25 mm x 30 m, Filmdicke 1.0 µm) verwendet. Das Temperaturerhöhungsprogramm der Gaschromatographiesäule: Nach dem Erhitzen auf 35 °C für 2 Minuten beginnt die Temperatur auf 325 °C zu steigen und die Heizrate beträgt 15 °C/min. Die Bedingungen der thermischen Desorption sind: nach Erhitzen auf 250°C für 2 Minuten. Das Masse/Ladungs-Verhältnis der abgetrennten flüchtigen organischen Verbindungen wird durch Massenspektrometrie im Bereich von 10-700 Dalton nachgewiesen. Die Retentionszeit aller kleinen organischen Moleküle wird ebenfalls aufgezeichnet.

2. Thermogravimetrische Analyse (TGA)

In ähnlicher Weise wurden eine neue HTOSP-Folie, eine Industriestandard-OSP-Folie und eine andere Industrie-OSP-Folie auf die Proben aufgetragen. Etwa 17.0 mg OSP-Folie wurden als Materialtestprobe von der Kupferplatte abgekratzt. Vor dem TGA-Test kann weder die Probe noch die Folie einer bleifreien Reflow-Behandlung unterzogen werden. Verwenden Sie den 2950TA von TA Instruments, um den TGA-Test unter Stickstoffschutz durchzuführen. Die Arbeitstemperatur wurde 15 Minuten bei Raumtemperatur gehalten und dann mit einer Geschwindigkeit von 700 °C/min auf 10 °C erhöht.

3. Photoelektronenspektroskopie (XPS)

Die Photoelektronenspektroskopie (XPS), auch als chemische Analyseelektronenspektroskopie (ESCA) bekannt, ist eine chemische Oberflächenanalysemethode. XPS kann die chemische Zusammensetzung der Beschichtungsoberfläche in 10 nm messen. Beschichten Sie die Kupferplatte mit dem HTOSP-Film und dem Industriestandard-OSP-Film und durchlaufen Sie dann 5 bleifreie Reflows. XPS wurde verwendet, um den HTOSP-Film vor und nach der Reflow-Behandlung zu analysieren. Der Industriestandard-OSP-Film nach 5 bleifreiem Reflow wurde ebenfalls durch XPS analysiert. Das verwendete Instrument war VGESCALABMarkII.

4. Durchgangsloch-Lötbarkeitstest

Verwendung von Lötbarkeitstestplatinen (STVs) für Durchgangsloch-Lötbarkeitstests. Es gibt insgesamt 10 STV-Arrays für Lötbarkeitstestplatinen (jedes Array hat 4 STVs), die mit einer Filmdicke von etwa 0.35 μm beschichtet sind, von denen 5 STV-Arrays mit HTOSP-Film beschichtet sind und die anderen 5 STV-Arrays mit Industriestandard beschichtet sind OSP-Film. Anschließend werden die beschichteten STVs im Lötpasten-Reflow-Ofen einer Reihe von bleifreien Hochtemperatur-Reflow-Behandlungen unterzogen. Jede Testbedingung umfasst 0, 1, 3, 5 oder 7 aufeinanderfolgende Reflows. Es gibt 4 STVs für jeden Filmtyp für jede Reflow-Testbedingung. Nach dem Reflow-Prozess werden alle STVs für das Hochtemperatur- und bleifreie Wellenlöten verarbeitet. Die Lötbarkeit der Durchgangslöcher kann bestimmt werden, indem jedes STV untersucht und die Anzahl der korrekt gefüllten Durchgangslöcher berechnet wird. Das Annahmekriterium für Durchgangslöcher ist, dass das gefüllte Lot bis zur Oberkante des durchkontaktierten Lochs bzw. bis zur Oberkante des Durchgangslochs gefüllt werden muss.