عملکرد و خصوصیات فیلم OSP در فرآیند بدون سرب از PCB تابلوی کپی

OSP (Organic Solderable Protective Film) به دلیل لحیم کاری عالی، فرآیند ساده و هزینه کم، بهترین فرآیند تصفیه سطح محسوب می شود.

در این مقاله، کروماتوگرافی دفع حرارتی-گاز- طیف سنجی جرمی (TD-GC-MS)، آنالیز حرارتی وزنی (TGA) و طیف سنجی فوتوالکترونی (XPS) برای تجزیه و تحلیل ویژگی های مقاومت حرارتی نسل جدیدی از فیلم های OSP مقاوم در برابر دمای بالا استفاده شده است. کروماتوگرافی گازی اجزای آلی مولکولی کوچک را در فیلم OSP مقاوم در برابر دمای بالا (HTOSP) آزمایش می کند که بر قابلیت لحیم کاری تأثیر می گذارد. در همان زمان، نشان می‌دهد که آلکیل بنزیمیدازول-HT در فیلم OSP مقاوم در برابر دمای بالا، فراریت بسیار کمی دارد. داده‌های TGA نشان می‌دهد که فیلم HTOSP دمای تخریب بالاتری نسبت به فیلم استاندارد صنعتی فعلی OSP دارد. داده های XPS نشان می دهد که پس از 5 بار جریان مجدد بدون سرب OSP با دمای بالا، میزان اکسیژن تنها حدود 1٪ افزایش یافته است. بهبودهای فوق مستقیماً با الزامات لحیم کاری صنعتی بدون سرب مرتبط است.

فیلم OSP سالهاست که در بردهای مدار استفاده می شود. این یک فیلم پلیمری آلی فلزی است که از واکنش ترکیبات آزول با عناصر فلزی واسطه مانند مس و روی تشکیل شده است. بسیاری از مطالعات [1,2,3،3،400] مکانیسم مهار خوردگی ترکیبات آزول را بر روی سطوح فلزی نشان داده اند. GPBrown [500] با موفقیت بنزیمیدازول، مس (II)، روی (II) و سایر عناصر فلزی واسطه پلیمرهای آلی فلزی را سنتز کرد و مقاومت عالی در دمای بالای پلی (بنزیمیدازول-روی) را از طریق مشخصه TGA توصیف کرد. داده‌های TGA GPBrown نشان می‌دهد که دمای تخریب پلی (بنزیمیدازول-روی) تا 250 درجه سانتی‌گراد در هوا و XNUMX درجه سانتی‌گراد در اتمسفر نیتروژن است، در حالی که دمای تخریب پلی (بنزیمیدازول-مس) تنها XNUMX درجه سانتی‌گراد است. . فیلم جدید HTOSP که اخیراً ساخته شده است بر اساس خواص شیمیایی پلی (بنزیمیدازول-زینک) است که بهترین مقاومت در برابر حرارت را دارد.

فیلم OSP عمدتاً از پلیمرهای آلی فلزی و مولکول‌های آلی کوچکی که در طی فرآیند رسوب به دام می‌افتند، مانند اسیدهای چرب و ترکیبات آزول تشکیل شده است. پلیمرهای آلی فلزی مقاومت لازم در برابر خوردگی، چسبندگی سطح مس و سختی سطح OSP را فراهم می کنند. دمای تخریب پلیمر آلی فلزی باید بالاتر از نقطه ذوب لحیم کاری بدون سرب باشد تا در مقابل فرآیند بدون سرب مقاومت کند. در غیر این صورت، فیلم OSP پس از پردازش توسط یک فرآیند بدون سرب تخریب می شود. دمای تخریب فیلم OSP تا حد زیادی به مقاومت حرارتی پلیمر آلی فلزی بستگی دارد. عامل مهم دیگری که بر مقاومت اکسیداسیون مس تأثیر می گذارد فراریت ترکیبات آزول مانند بنزیمیدازول و فنیلیمیدازول است. مولکول های کوچک فیلم OSP در طی فرآیند جریان مجدد بدون سرب تبخیر می شوند که بر مقاومت اکسیداسیون مس تأثیر می گذارد. کروماتوگرافی گازی – طیف سنجی جرمی (GC-MS)، آنالیز گرما وزنی (TGA) و طیف سنجی فوتوالکترونی (XPS) را می توان برای توضیح علمی مقاومت حرارتی OSP استفاده کرد.

1. کروماتوگرافی گازی – تجزیه و تحلیل طیف سنجی جرمی

صفحات مسی مورد آزمایش قرار گرفتند: الف) یک فیلم HTOSP جدید. ب) یک فیلم استاندارد صنعتی OSP. و ج) یک فیلم OSP صنعتی دیگر. حدود 0.74-0.79 میلی گرم فیلم OSP را از صفحه مسی خراش دهید. این صفحات مسی پوشش داده شده و نمونه های خراشیده شده تحت هیچ گونه عملیات جریان مجدد قرار نگرفته اند. این آزمایش از ابزار H/P6890GC/MS استفاده می‌کند و از سرنگ بدون سرنگ استفاده می‌کند. سرنگ های بدون سرنگ می توانند مستقیماً نمونه های جامد را در محفظه نمونه دفع کنند. سرنگ بدون سرنگ می تواند نمونه را در لوله شیشه ای کوچک به ورودی دستگاه کروماتوگرافی گازی منتقل کند. گاز حامل می تواند به طور مداوم ترکیبات آلی فرار را برای جمع آوری و جداسازی به ستون کروماتوگرافی گازی بیاورد. نمونه را نزدیک بالای ستون قرار دهید تا دفع حرارتی به طور موثر تکرار شود. پس از دفع نمونه های کافی، کروماتوگرافی گازی شروع به کار کرد. در این آزمایش، از ستون کروماتوگرافی گازی RestekRT-1 (0.25mmid×30m، ضخامت فیلم 1.0μm) استفاده شد. برنامه افزایش دما ستون کروماتوگرافی گازی: پس از حرارت دادن در دمای 35 درجه سانتیگراد به مدت 2 دقیقه، دما شروع به افزایش به 325 درجه سانتیگراد می کند و سرعت گرمایش 15 درجه سانتیگراد در دقیقه است. شرایط دفع حرارتی عبارتند از: پس از حرارت دادن در دمای 250 درجه سانتیگراد به مدت 2 دقیقه. نسبت جرم / بار ترکیبات آلی فرار جدا شده توسط طیف سنجی جرمی در محدوده 10-700 دالتون تشخیص داده می شود. زمان ماند تمام مولکول های آلی کوچک نیز ثبت می شود.

2. تجزیه و تحلیل حرارتی (TGA)

به طور مشابه، یک فیلم HTOSP جدید، یک فیلم استاندارد صنعتی OSP، و یک فیلم OSP صنعتی دیگر روی نمونه ها پوشش داده شد. تقریباً 17.0 میلی گرم فیلم OSP از صفحه مسی به عنوان نمونه آزمایش مواد خراشیده شد. قبل از آزمایش TGA، نه نمونه و نه فیلم نمی‌توانند تحت هیچ درمان جریان مجدد بدون سرب قرار گیرند. از 2950TA TA Instruments برای انجام تست TGA تحت حفاظت نیتروژن استفاده کنید. دمای کار به مدت 15 دقیقه در دمای اتاق نگه داشته شد و سپس به 700 درجه سانتیگراد با سرعت 10 درجه سانتیگراد در دقیقه افزایش یافت.

3. طیف سنجی فوتوالکترون (XPS)

طیف سنجی فوتوالکترون (XPS) که با نام طیف سنجی الکترونی آنالیز شیمیایی (ESCA) نیز شناخته می شود، یک روش تجزیه و تحلیل سطح شیمیایی است. XPS می تواند ترکیب شیمیایی 10 نانومتری سطح پوشش را اندازه گیری کند. فیلم HTOSP و فیلم استاندارد صنعتی OSP را روی صفحه مسی بپوشانید و سپس 5 جریان بدون سرب را پشت سر بگذارید. XPS برای تجزیه و تحلیل فیلم HTOSP قبل و بعد از درمان جریان مجدد استفاده شد. فیلم استاندارد صنعتی OSP پس از 5 جریان مجدد بدون سرب نیز توسط XPS تجزیه و تحلیل شد. ابزار مورد استفاده VGESCALABMarkII بود.

4. تست لحیم کاری از طریق سوراخ

استفاده از تخته های تست لحیم کاری (STV) برای تست لحیم کاری از طریق سوراخ. در مجموع 10 آرایه STV تخته تست لحیم کاری وجود دارد (هر آرایه دارای 4 STV) با ضخامت فیلم حدود 0.35 میکرومتر پوشش داده شده است که از این تعداد 5 آرایه STV با فیلم HTOSP و 5 آرایه STV دیگر با استاندارد صنعتی پوشش داده شده اند. فیلم OSP. سپس، STV های پوشش داده شده تحت یک سری عملیات جریان مجدد بدون سرب در دمای بالا در کوره جریان مجدد خمیر لحیم کاری قرار می گیرند. هر شرط آزمون شامل 0، 1، 3، 5 یا 7 جریان مجدد متوالی است. 4 STV برای هر نوع فیلم برای هر شرایط تست جریان مجدد وجود دارد. پس از فرآیند جریان مجدد، تمام STV ها برای لحیم کاری موجی در دمای بالا و بدون سرب پردازش می شوند. قابلیت لحیم کاری از طریق سوراخ را می توان با بازرسی هر STV و محاسبه تعداد سوراخ های پر شده به درستی تعیین کرد. معیار پذیرش برای سوراخ های عبوری این است که لحیم کاری پر شده باید تا بالای سوراخ از طریق آبکاری یا لبه بالایی سوراخ عبوری پر شود.