Απόδοση και Χαρακτηρισμός Ταινίας OSP στην Αμόλυβδη Διαδικασία του PCB Αντιγραφή πίνακα

Το OSP (Organic Solderable Protective Film) θεωρείται η καλύτερη διαδικασία επεξεργασίας επιφανειών λόγω της εξαιρετικής συγκολλητικότητας, της απλής διαδικασίας και του χαμηλού κόστους.

Σε αυτό το άρθρο, η θερμική χρωματογραφία εκρόφησης-αέρια-φασματομετρία μάζας (TD-GC-MS), η θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TGA) και η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου (XPS) χρησιμοποιούνται για την ανάλυση των χαρακτηριστικών αντοχής στη θερμότητα μιας νέας γενιάς φιλμ OSP ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες. Η αέρια χρωματογραφία ελέγχει τα μικρά μοριακά οργανικά συστατικά στο ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες φιλμ OSP (HTOSP) που επηρεάζουν τη δυνατότητα συγκόλλησης. Ταυτόχρονα, δείχνει ότι η αλκυλοβενζιμιδαζόλη-ΗΤ στο ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες φιλμ OSP έχει πολύ μικρή πτητότητα. Τα δεδομένα TGA δείχνουν ότι το φιλμ HTOSP έχει υψηλότερη θερμοκρασία αποικοδόμησης από το τρέχον βιομηχανικό πρότυπο φιλμ OSP. Τα δεδομένα XPS δείχνουν ότι μετά από 5 επαναροές χωρίς μόλυβδο OSP υψηλής θερμοκρασίας, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο αυξήθηκε μόνο κατά περίπου 1%. Οι παραπάνω βελτιώσεις σχετίζονται άμεσα με τις απαιτήσεις της βιομηχανικής ικανότητας συγκόλλησης χωρίς μόλυβδο.

Το φιλμ OSP χρησιμοποιείται σε πλακέτες κυκλωμάτων εδώ και πολλά χρόνια. Είναι ένα οργανομεταλλικό πολυμερές φιλμ που σχηματίζεται από την αντίδραση ενώσεων αζόλης με στοιχεία μετάλλων μετάπτωσης, όπως ο χαλκός και ο ψευδάργυρος. Πολλές μελέτες [1,2,3] έχουν αποκαλύψει τον μηχανισμό αναστολής της διάβρωσης των ενώσεων αζόλης σε μεταλλικές επιφάνειες. Ο GPBrown [3] συνέθεσε επιτυχώς βενζιμιδαζόλη, χαλκό (II), ψευδάργυρο (II) και άλλα μεταβατικά μεταλλικά στοιχεία οργανομεταλλικών πολυμερών και περιέγραψε την εξαιρετική αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία της πολυ(βενζιμιδαζόλης-ψευδάργυρου) μέσω του χαρακτηριστικού TGA. Τα δεδομένα TGA του GPBrown δείχνουν ότι η θερμοκρασία αποδόμησης του πολυ(βενζιμιδαζόλη-ψευδάργυρος) είναι τόσο υψηλή όσο 400°C στον αέρα και 500°C σε ατμόσφαιρα αζώτου, ενώ η θερμοκρασία αποδόμησης του πολυ(βενζιμιδαζόλη-χαλκός) είναι μόνο 250°C . Το νέο φιλμ HTOSP που αναπτύχθηκε πρόσφατα βασίζεται στις χημικές ιδιότητες του πολυ(βενζιμιδαζόλη-ψευδάργυρος), το οποίο έχει την καλύτερη αντοχή στη θερμότητα.

Το φιλμ OSP αποτελείται κυρίως από οργανομεταλλικά πολυμερή και μικρά οργανικά μόρια που παρασύρονται κατά τη διαδικασία εναπόθεσης, όπως λιπαρά οξέα και ενώσεις αζόλης. Τα οργανομεταλλικά πολυμερή παρέχουν την απαραίτητη αντίσταση στη διάβρωση, την πρόσφυση της επιφάνειας του χαλκού και την επιφανειακή σκληρότητα του OSP. Η θερμοκρασία αποικοδόμησης του οργανομεταλλικού πολυμερούς πρέπει να είναι υψηλότερη από το σημείο τήξης της αμόλυβδης συγκόλλησης για να αντέξει τη διαδικασία χωρίς μόλυβδο. Διαφορετικά, το φιλμ OSP θα υποβαθμιστεί μετά την επεξεργασία με μια διαδικασία χωρίς μόλυβδο. Η θερμοκρασία αποικοδόμησης του φιλμ OSP εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμική αντίσταση του οργανομεταλλικού πολυμερούς. Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την αντίσταση στην οξείδωση του χαλκού είναι η πτητότητα των ενώσεων της αζόλης, όπως η βενζιμιδαζόλη και η φαινυλιμιδαζόλη. Τα μικρά μόρια του φιλμ OSP θα εξατμιστούν κατά τη διαδικασία επαναροής χωρίς μόλυβδο, γεγονός που θα επηρεάσει την αντίσταση στην οξείδωση του χαλκού. Η αέρια χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας (GC-MS), η θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TGA) και η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου (XPS) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εξηγήσουν επιστημονικά τη θερμική αντίσταση του OSP.

1. Αέρια χρωματογραφία-ανάλυση φασματομετρίας μάζας

Οι πλάκες χαλκού που δοκιμάστηκαν επικαλύφθηκαν με: α) ένα νέο φιλμ HTOSP. β) ένα βιομηχανικό πρότυπο φιλμ OSP. και γ) άλλο βιομηχανικό φιλμ OSP. Ξύστε περίπου 0.74-0.79 mg φιλμ OSP από τη χάλκινη πλάκα. Αυτές οι επικαλυμμένες πλάκες χαλκού και τα αποξεσμένα δείγματα δεν έχουν υποστεί καμία επεξεργασία επαναροής. Αυτό το πείραμα χρησιμοποιεί όργανο H/P6890GC/MS και χρησιμοποιεί σύριγγα χωρίς σύριγγα. Οι σύριγγες χωρίς σύριγγα μπορούν να εκροφήσουν απευθείας στερεά δείγματα στο θάλαμο δειγμάτων. Η σύριγγα χωρίς σύριγγα μπορεί να μεταφέρει το δείγμα στο μικρό γυάλινο σωλήνα στην είσοδο του αερίου χρωματογράφου. Το φέρον αέριο μπορεί να φέρει συνεχώς τις πτητικές οργανικές ενώσεις στη στήλη αερίου χρωματογράφου για συλλογή και διαχωρισμό. Τοποθετήστε το δείγμα κοντά στην κορυφή της στήλης έτσι ώστε η θερμική εκρόφηση να μπορεί να επαναληφθεί αποτελεσματικά. Αφού εκροφήθηκαν αρκετά δείγματα, άρχισε να λειτουργεί η αέρια χρωματογραφία. Σε αυτό το πείραμα, χρησιμοποιήθηκε στήλη αέριας χρωματογραφίας RestekRT-1 (0.25 mmid×30m, πάχος φιλμ 1.0μm). Το πρόγραμμα αύξησης της θερμοκρασίας της στήλης αερίου χρωματογραφίας: Μετά από θέρμανση στους 35°C για 2 λεπτά, η θερμοκρασία αρχίζει να αυξάνεται στους 325°C και ο ρυθμός θέρμανσης είναι 15°C/min. Οι συνθήκες θερμικής εκρόφησης είναι: μετά από θέρμανση στους 250°C για 2 λεπτά. Η αναλογία μάζας/φόρτισης των διαχωρισμένων πτητικών οργανικών ενώσεων ανιχνεύεται με φασματομετρία μάζας στην περιοχή από 10-700 daltons. Καταγράφεται επίσης ο χρόνος κατακράτησης όλων των μικρών οργανικών μορίων.

2. Θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TGA)

Ομοίως, ένα νέο φιλμ HTOSP, ένα βιομηχανικό πρότυπο φιλμ OSP και ένα άλλο βιομηχανικό φιλμ OSP επιστρώθηκαν στα δείγματα. Περίπου 17.0 mg φιλμ OSP ξύστηκαν από την πλάκα χαλκού ως δείγμα δοκιμής υλικού. Πριν από τη δοκιμή TGA, ούτε το δείγμα ούτε η μεμβράνη μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία επαναροής χωρίς μόλυβδο. Χρησιμοποιήστε το 2950TA της TA Instruments για να εκτελέσετε δοκιμή TGA υπό προστασία αζώτου. Η θερμοκρασία εργασίας διατηρήθηκε σε θερμοκρασία δωματίου για 15 λεπτά, και στη συνέχεια αυξήθηκε στους 700°C με ρυθμό 10°C/min.

3. Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου (XPS)

Η Φασματοσκοπία Φωτοηλεκτρονίου (XPS), επίσης γνωστή ως Ηλεκτρονική Φασματοσκοπία Χημικής Ανάλυσης (ESCA), είναι μια μέθοδος χημικής ανάλυσης επιφάνειας. Το XPS μπορεί να μετρήσει τη χημική σύνθεση των 10 nm της επιφάνειας επίστρωσης. Επικαλύψτε τη μεμβράνη HTOSP και την τυπική μεμβράνη OSP της βιομηχανίας στη χάλκινη πλάκα και, στη συνέχεια, περάστε από 5 επαναροές χωρίς μόλυβδο. Το XPS χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση του φιλμ HTOSP πριν και μετά την επεξεργασία επαναροής. Το βιομηχανικό πρότυπο φιλμ OSP μετά από 5 επαναροή χωρίς μόλυβδο αναλύθηκε επίσης από το XPS. Το όργανο που χρησιμοποιήθηκε ήταν το VGESCALABMarkII.

4. Δοκιμή συγκολλητικότητας μέσω οπών

Χρήση πλακών δοκιμής συγκολλησιμότητας (STV) για δοκιμή συγκολλητικότητας μέσω οπών. Υπάρχουν συνολικά 10 συστοιχίες STV πλακέτας δοκιμής συγκολλητικότητας (κάθε συστοιχία έχει 4 STV) επικαλυμμένες με πάχος φιλμ περίπου 0.35μm, εκ των οποίων 5 συστοιχίες STV είναι επικαλυμμένες με φιλμ HTOSP και οι άλλες 5 συστοιχίες STV είναι επικαλυμμένες με βιομηχανικά πρότυπα Ταινία OSP. Στη συνέχεια, τα επικαλυμμένα STV υποβάλλονται σε μια σειρά επεξεργασιών επαναροής υψηλής θερμοκρασίας, χωρίς μόλυβδο στον φούρνο επαναροής πάστας συγκόλλησης. Κάθε συνθήκη δοκιμής περιλαμβάνει 0, 1, 3, 5 ή 7 διαδοχικές επαναλήψεις. Υπάρχουν 4 STV για κάθε τύπο φιλμ για κάθε συνθήκη δοκιμής επαναροής. Μετά τη διαδικασία επαναροής, όλα τα STV υποβάλλονται σε επεξεργασία για συγκόλληση κυμάτων σε υψηλή θερμοκρασία και χωρίς μόλυβδο. Η ικανότητα συγκόλλησης μέσω οπών μπορεί να προσδιοριστεί επιθεωρώντας κάθε STV και υπολογίζοντας τον αριθμό των σωστά γεμισμένων διαμπερών οπών. Το κριτήριο αποδοχής για τις διαμπερείς οπές είναι ότι η γεμισμένη συγκόλληση πρέπει να γεμίσει μέχρι την κορυφή της επιμεταλλωμένης διαμπερούς οπής ή την άνω άκρη της διαμπερούς οπής.