OSP-kalvon suorituskyky ja karakterisointi lyijyttömässä prosessissa PCB Kopioi taulu

OSP:tä (Organic Solderable Protective Film) pidetään parhaana pintakäsittelyprosessina sen erinomaisen juotettavuuden, yksinkertaisen prosessin ja alhaisten kustannusten ansiosta.

Tässä artikkelissa lämpödesorptio-kaasukromatografia-massaspektrometriaa (TD-GC-MS), termogravimetrista analyysiä (TGA) ja fotoelektronispektroskopiaa (XPS) käytetään analysoimaan uuden sukupolven korkeaa lämpötilaa kestävien OSP-kalvojen lämmönkestävyysominaisuuksia. Kaasukromatografia testaa pienimolekyylisiä orgaanisia komponentteja korkean lämpötilan kestävässä OSP-kalvossa (HTOSP), jotka vaikuttavat juotettavuuteen. Samalla se osoittaa, että alkyylibentsimidatsoli-HT:llä korkeaa lämpötilaa kestävässä OSP-kalvossa on hyvin vähän haihtuvuutta. TGA-tiedot osoittavat, että HTOSP-kalvolla on korkeampi hajoamislämpötila kuin nykyisellä alan standardinmukaisella OSP-kalvolla. XPS-tiedot osoittavat, että korkean lämpötilan OSP:n 5 lyijyttömän uudelleenvirtauksen jälkeen happipitoisuus kasvoi vain noin 1 %. Yllä olevat parannukset liittyvät suoraan teollisen lyijyttömän juotettavuuden vaatimuksiin.

OSP-kalvoa on käytetty piirilevyissä useiden vuosien ajan. Se on organometallinen polymeerikalvo, joka muodostuu atsoliyhdisteiden reaktiossa siirtymämetallialkuaineiden, kuten kuparin ja sinkin, kanssa. Monet tutkimukset [1,2,3] ovat paljastaneet atsoliyhdisteiden korroosionestomekanismin metallipinnoilla. GPBrown [3] syntetisoi onnistuneesti bentsimidatsolia, kuparia (II), sinkkiä (II) ja muita organometallisten polymeerien siirtymämetallielementtejä ja kuvasi poly(bentsimidatsoli-sinkin) erinomaisen korkeiden lämpötilojen kestävyyden TGA-ominaisuuden kautta. GPBrownin TGA-tiedot osoittavat, että poly(bentsimidatsoli-sinkin) hajoamislämpötila on jopa 400 °C ilmassa ja 500 °C typpiatmosfäärissä, kun taas poly(bentsimidatsoli-kuparin) hajoamislämpötila on vain 250 °C. . Äskettäin kehitetty uusi HTOSP-kalvo perustuu poly(bentsimidatsoli-sinkin) kemiallisiin ominaisuuksiin, jolla on paras lämmönkestävyys.

OSP-kalvo koostuu pääasiassa metalliorgaanisista polymeereistä ja saostusprosessin aikana kulkeutuneista pienistä orgaanisista molekyyleistä, kuten rasvahapoista ja atsoliyhdisteistä. Organometalliset polymeerit tarjoavat tarvittavan korroosionkestävyyden, kuparipinnan tarttuvuuden ja OSP:n pintakovuuden. Organometallisen polymeerin hajoamislämpötilan on oltava korkeampi kuin lyijyttömän juotteen sulamispiste, jotta se kestää lyijyttömän prosessin. Muuten OSP-kalvo hajoaa lyijyttömällä käsittelyllä. OSP-kalvon hajoamislämpötila riippuu suurelta osin organometallisen polymeerin lämmönkestävyydestä. Toinen tärkeä kuparin hapettumiskestävyyteen vaikuttava tekijä on atsoliyhdisteiden, kuten bentsimidatsolin ja fenyyli-imidatsolin, haihtuvuus. OSP-kalvon pienet molekyylit haihtuvat lyijyttömän reflow-prosessin aikana, mikä vaikuttaa kuparin hapettumisenkestävyyteen. Kaasukromatografia-massaspektrometriaa (GC-MS), termogravimetrista analyysiä (TGA) ja fotoelektronispektroskopiaa (XPS) voidaan käyttää OSP:n lämmönkestävyyden tieteelliseen selittämiseen.

1. Kaasukromatografia-massaspektrometrianalyysi

Testatut kuparilevyt päällystettiin: a) uudella HTOSP-kalvolla; b) alan standardi OSP-kalvo; ja c) toinen teollinen OSP-kalvo. Kaavi kuparilevyltä noin 0.74-0.79 mg OSP-kalvoa. Näille pinnoitetuille kuparilevyille ja kaavitetuille näytteille ei ole tehty mitään uudelleenvirtauskäsittelyä. Tässä kokeessa käytetään H/P6890GC/MS-laitetta ja ruiskua ilman ruiskua. Ruiskuttomat ruiskut voivat desorboida kiinteitä näytteitä suoraan näytekammioon. Ruisku ilman ruiskua voi siirtää pienessä lasiputkessa olevan näytteen kaasukromatografin tuloaukkoon. Kantokaasu voi jatkuvasti tuoda haihtuvat orgaaniset yhdisteet kaasukromatografikolonniin keräystä ja erotusta varten. Aseta näyte lähelle kolonnin yläosaa, jotta lämpödesorptio voidaan toistaa tehokkaasti. Kun riittävästi näytteitä oli desorboitunut, kaasukromatografia alkoi toimia. Tässä kokeessa käytettiin RestekRT-1 (0.25 mm x 30 m, kalvon paksuus 1.0 µm) kaasukromatografiakolonnia. Kaasukromatografiakolonnin lämpötilan nousuohjelma: 35°C:ssa 2 minuutin kuumennuksen jälkeen lämpötila alkaa nousta 325°C:een ja kuumennusnopeus on 15°C/min. Terminen desorptioolosuhteet ovat: 250 °C:ssa 2 minuutin kuumennuksen jälkeen. Erottuneiden haihtuvien orgaanisten yhdisteiden massa/varaussuhde havaitaan massaspektrometrialla alueella 10-700 daltonia. Myös kaikkien pienten orgaanisten molekyylien retentioaika kirjataan.

2. Termogravimetrinen analyysi (TGA)

Samoin näytteille päällystettiin uusi HTOSP-kalvo, alan standardi OSP-kalvo ja toinen teollinen OSP-kalvo. Noin 17.0 mg OSP-kalvoa kaavittiin kuparilevyltä materiaalitestinäytteeksi. Ennen TGA-testiä näytteelle tai kalvolle ei voida tehdä lyijytöntä uudelleenvirtauskäsittelyä. Käytä TA Instrumentsin 2950TA:ta TGA-testin suorittamiseen typpisuojauksessa. Työlämpötila pidettiin huoneenlämmössä 15 minuuttia ja nostettiin sitten 700 °C:seen nopeudella 10 °C/min.

3. Valoelektronispektroskopia (XPS)

Photoelectron Spectroscopy (XPS), joka tunnetaan myös nimellä Chemical Analysis Electron Spectroscopy (ESCA), on kemiallinen pinta-analyysimenetelmä. XPS voi mitata pinnoitteen pinnan kemiallisen koostumuksen 10 nm. Päällystä HTOSP-kalvo ja alan standardi OSP-kalvo kuparilevylle ja suorita sitten 5 lyijytöntä uudelleenvirtausta. XPS:ää käytettiin HTOSP-kalvon analysointiin ennen uudelleenvirtauskäsittelyä ja sen jälkeen. XPS analysoi myös alan standardin mukaisen OSP-kalvon 5 lyijyttömän uudelleenvirtauksen jälkeen. Käytetty instrumentti oli VGESCALABMarkII.

4. Läpijuotettavuustesti

Juotettavuustestilevyjen (STV) käyttäminen läpireiän juotettavuuden testaamiseen. Juotettavuustestilevyjen STV-levyjä on yhteensä 10 kappaletta (jokaisessa ryhmässä on 4 STV:tä), jotka on päällystetty noin 0.35 μm:n kalvonpaksuudella, joista 5 STV-ryhmää on päällystetty HTOSP-kalvolla ja muut 5 STV-ryhmää on päällystetty alan standardilla. OSP elokuva. Tämän jälkeen päällystetyt STV:t käyvät läpi sarjan korkean lämpötilan, lyijytöntä uudelleenvirtauskäsittelyä juotospastan palautusuunissa. Jokainen testiehto sisältää 0, 1, 3, 5 tai 7 peräkkäistä uudelleenvirtausta. Jokaiselle filmityypille on 4 STV:tä jokaista reflow-testiolosuhteita varten. Uudelleenvirtausprosessin jälkeen kaikki STV:t käsitellään korkean lämpötilan ja lyijyttömän aaltojuotosta varten. Läpiviennin juotettavuus voidaan määrittää tarkastelemalla jokainen STV ja laskemalla oikein täytettyjen läpivientien määrä. Läpivientireikien hyväksymiskriteeri on, että täytetty juote on täytettävä pinnoitetun läpimenevän reiän yläosaan tai läpimenevän reiän yläreunaan asti.