Rendimiento y caracterización de la película OSP en el proceso sin plomo de PCB Tablero de copia

OSP (Película protectora orgánica soldable) se considera el mejor proceso de tratamiento de superficies debido a su excelente soldabilidad, proceso simple y bajo costo.

En este artículo, se utilizan desorción térmica-cromatografía de gases-espectrometría de masas (TD-GC-MS), análisis termogravimétrico (TGA) y espectroscopía fotoelectrónica (XPS) para analizar las características de resistencia al calor de una nueva generación de películas OSP resistentes a altas temperaturas. La cromatografía de gases prueba los componentes orgánicos moleculares pequeños en la película OSP resistente a altas temperaturas (HTOSP) que afectan la soldabilidad. Al mismo tiempo, muestra que el alquilbencimidazol-HT en la película OSP resistente a altas temperaturas tiene muy poca volatilidad. Los datos de TGA muestran que la película HTOSP tiene una temperatura de degradación más alta que la película OSP estándar de la industria actual. Los datos de XPS muestran que después de 5 reflujos sin plomo de OSP de alta temperatura, el contenido de oxígeno solo aumentó en aproximadamente un 1%. Las mejoras anteriores están directamente relacionadas con los requisitos de soldabilidad industrial sin plomo.

La película OSP se ha utilizado en placas de circuitos durante muchos años. Es una película de polímero organometálico formada por la reacción de compuestos azólicos con elementos de metales de transición, como el cobre y el zinc. Muchos estudios [1,2,3, 3, 400] han revelado el mecanismo de inhibición de la corrosión de los compuestos azólicos en las superficies metálicas. GPBrown [500] sintetizó con éxito bencimidazol, cobre (II), zinc (II) y otros elementos de metales de transición de polímeros organometálicos, y describió la excelente resistencia a altas temperaturas del poli (bencimidazol-zinc) a través de la característica TGA. Los datos de TGA de GPBrown muestran que la temperatura de degradación del poli (bencimidazol-zinc) es tan alta como 250 ° C en el aire y XNUMX ° C en una atmósfera de nitrógeno, mientras que la temperatura de degradación del poli (bencimidazol-cobre) es de solo XNUMX ° C . La nueva película HTOSP desarrollada recientemente se basa en las propiedades químicas del poli (benzimidazol-zinc), que tiene la mejor resistencia al calor.

La película OSP se compone principalmente de polímeros organometálicos y pequeñas moléculas orgánicas arrastradas durante el proceso de deposición, como ácidos grasos y compuestos azólicos. Los polímeros organometálicos proporcionan la resistencia a la corrosión, la adherencia a la superficie del cobre y la dureza de la superficie de OSP necesarias. La temperatura de degradación del polímero organometálico debe ser más alta que el punto de fusión de la soldadura sin plomo para resistir el proceso sin plomo. De lo contrario, la película OSP se degradará después de ser procesada por un proceso sin plomo. La temperatura de degradación de la película OSP depende en gran medida de la resistencia al calor del polímero organometálico. Otro factor importante que afecta la resistencia a la oxidación del cobre es la volatilidad de los compuestos azólicos, como el bencimidazol y el fenilimidazol. Las pequeñas moléculas de la película OSP se evaporarán durante el proceso de reflujo sin plomo, lo que afectará la resistencia a la oxidación del cobre. La cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS), el análisis termogravimétrico (TGA) y la espectroscopía fotoelectrónica (XPS) se pueden utilizar para explicar científicamente la resistencia al calor de OSP.

1. Análisis por cromatografía de gases y espectrometría de masas

Las placas de cobre ensayadas se revistieron con: a) una nueva película HTOSP; b) una película OSP estándar de la industria; yc) otra película OSP industrial. Raspe aproximadamente 0.74-0.79 mg de película OSP de la placa de cobre. Estas placas de cobre revestidas y las muestras raspadas no han sido sometidas a ningún tratamiento de reflujo. Este experimento utiliza un instrumento H / P6890GC / MS y utiliza una jeringa sin jeringa. Las jeringas sin jeringa pueden desorber directamente muestras sólidas en la cámara de muestras. La jeringa sin jeringa puede transferir la muestra en el pequeño tubo de vidrio a la entrada del cromatógrafo de gases. El gas portador puede llevar continuamente los compuestos orgánicos volátiles a la columna del cromatógrafo de gases para su recogida y separación. Coloque la muestra cerca de la parte superior de la columna para que la desorción térmica pueda repetirse eficazmente. Después de que se desorbieron suficientes muestras, la cromatografía de gases comenzó a funcionar. En este experimento, se utilizó una columna de cromatografía de gases RestekRT-1 (0.25 mmid x 30 m, espesor de película de 1.0 µm). El programa de aumento de temperatura de la columna de cromatografía de gases: después de calentar a 35 ° C durante 2 minutos, la temperatura comienza a subir a 325 ° C y la velocidad de calentamiento es de 15 ° C / min. Las condiciones de desorción térmica son: después de calentar a 250 ° C durante 2 minutos. La relación masa / carga de los compuestos orgánicos volátiles separados se detecta mediante espectrometría de masas en el rango de 10-700daltons. También se registra el tiempo de retención de todas las moléculas orgánicas pequeñas.

2. Análisis termogravimétrico (TGA)

De manera similar, se recubrieron las muestras con una nueva película HTOSP, una película OSP estándar de la industria y otra película OSP industrial. Aproximadamente 17.0 mg de película de OSP se rasparon de la placa de cobre como muestra de prueba de material. Antes de la prueba TGA, ni la muestra ni la película pueden someterse a ningún tratamiento de reflujo sin plomo. Utilice el 2950TA de TA Instruments para realizar la prueba TGA bajo protección de nitrógeno. La temperatura de trabajo se mantuvo a temperatura ambiente durante 15 minutos y luego se incrementó a 700 ° C a una velocidad de 10 ° C / min.

3. Espectroscopia de fotoelectrones (XPS)

La espectroscopia fotoelectrónica (XPS), también conocida como espectroscopia electrónica de análisis químico (ESCA), es un método de análisis químico de superficies. XPS puede medir la composición química de 10 nm de la superficie del recubrimiento. Recubra la película HTOSP y la película OSP estándar de la industria en la placa de cobre y luego realice 5 reflujos sin plomo. Se utilizó XPS para analizar la película HTOSP antes y después del tratamiento de reflujo. XPS también analizó la película OSP estándar de la industria después de 5 reflujo sin plomo. El instrumento utilizado fue VGESCALABMarkII.

4. Prueba de soldabilidad de orificio pasante

Uso de placas de prueba de soldabilidad (STV) para pruebas de soldabilidad de orificios pasantes. Hay un total de 10 matrices STV de placa de prueba de soldabilidad (cada matriz tiene 4 STV) recubiertas con un espesor de película de aproximadamente 0.35 μm, de las cuales 5 matrices STV están recubiertas con película HTOSP, y las otras 5 matrices STV están recubiertas con estándar de la industria Película OSP. Luego, los STV recubiertos se someten a una serie de tratamientos de reflujo sin plomo a alta temperatura en el horno de reflujo de pasta de soldadura. Cada condición de prueba incluye 0, 1, 3, 5 o 7 reflujos consecutivos. Hay 4 STV para cada tipo de película para cada condición de prueba de reflujo. Después del proceso de reflujo, todos los STV se procesan para soldadura por ola sin plomo y a alta temperatura. La soldabilidad del orificio pasante se puede determinar inspeccionando cada STV y calculando el número de orificios pasantes correctamente llenados. El criterio de aceptación para los orificios pasantes es que la soldadura llena debe llenarse hasta la parte superior del orificio pasante chapado o el borde superior del orificio pasante.