Performance et caractérisation du film OSP dans le processus sans plomb de PCB Tableau de copie

OSP (Organic Solderable Protective Film) est considéré comme le meilleur procédé de traitement de surface en raison de son excellente soudabilité, de son processus simple et de son faible coût.

Dans cet article, la désorption thermique-chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (TD-GC-MS), l’analyse thermogravimétrique (TGA) et la spectroscopie photoélectronique (XPS) sont utilisées pour analyser les caractéristiques de résistance à la chaleur d’une nouvelle génération de films OSP résistants aux hautes températures. La chromatographie en phase gazeuse teste les petits composants organiques moléculaires du film OSP résistant aux hautes températures (HTOSP) qui affectent la soudabilité. En même temps, cela montre que l’alkylbenzimidazole-HT dans le film OSP résistant aux hautes températures a très peu de volatilité. Les données TGA montrent que le film HTOSP a une température de dégradation plus élevée que le film OSP standard actuel de l’industrie. Les données XPS montrent qu’après 5 refusions sans plomb d’OSP à haute température, la teneur en oxygène n’a augmenté que d’environ 1%. Les améliorations ci-dessus sont directement liées aux exigences de la soudabilité industrielle sans plomb.

Le film OSP est utilisé dans les circuits imprimés depuis de nombreuses années. Il s’agit d’un film polymère organométallique formé par la réaction de composés azolés avec des éléments de métaux de transition, tels que le cuivre et le zinc. De nombreuses études [1,2,3] ont révélé le mécanisme d’inhibition de la corrosion des composés azolés sur les surfaces métalliques. GPBrown [3] a synthétisé avec succès le benzimidazole, le cuivre (II), le zinc (II) et d’autres éléments de métaux de transition de polymères organométalliques, et a décrit l’excellente résistance à haute température du poly(benzimidazole-zinc) grâce à la caractéristique TGA. Les données TGA de GPBrown montrent que la température de dégradation du poly(benzimidazole-zinc) est aussi élevée que 400°C dans l’air et 500°C dans une atmosphère d’azote, tandis que la température de dégradation du poly(benzimidazole-cuivre) n’est que de 250°C. . Le nouveau film HTOSP récemment développé est basé sur les propriétés chimiques du poly(benzimidazole-zinc), qui a la meilleure résistance à la chaleur.

Le film OSP est principalement composé de polymères organométalliques et de petites molécules organiques entraînées au cours du processus de dépôt, telles que les acides gras et les composés azolés. Les polymères organométalliques offrent la résistance à la corrosion, l’adhérence de surface du cuivre et la dureté de surface nécessaires de l’OSP. La température de dégradation du polymère organométallique doit être supérieure au point de fusion de la soudure sans plomb pour résister au processus sans plomb. Sinon, le film OSP se dégradera après avoir été traité par un procédé sans plomb. La température de dégradation du film OSP dépend largement de la résistance thermique du polymère organométallique. Un autre facteur important qui affecte la résistance à l’oxydation du cuivre est la volatilité des composés azolés, tels que le benzimidazole et le phénylimidazole. Les petites molécules du film OSP s’évaporent pendant le processus de refusion sans plomb, ce qui affectera la résistance à l’oxydation du cuivre. La chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS), l’analyse thermogravimétrique (TGA) et la spectroscopie photoélectronique (XPS) peuvent être utilisées pour expliquer scientifiquement la résistance à la chaleur de l’OSP.

1. Analyse par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse

Les plaques de cuivre testées ont été revêtues : a) d’un nouveau film HTOSP ; b) un film OSP standard de l’industrie ; et c) un autre film industriel OSP. Grattez environ 0.74-0.79 mg de film OSP de la plaque de cuivre. Ces plaques de cuivre revêtues et les échantillons grattés n’ont subi aucun traitement de refusion. Cette expérience utilise l’instrument H/P6890GC/MS et utilise une seringue sans seringue. Les seringues sans seringue peuvent désorber directement les échantillons solides dans la chambre à échantillon. La seringue sans seringue peut transférer l’échantillon dans le petit tube de verre à l’entrée du chromatographe en phase gazeuse. Le gaz porteur peut amener en continu les composés organiques volatils vers la colonne de chromatographe en phase gazeuse pour la collecte et la séparation. Placer l’échantillon près du sommet de la colonne afin que la désorption thermique puisse être répétée efficacement. Après avoir désorbé suffisamment d’échantillons, la chromatographie en phase gazeuse a commencé à fonctionner. Dans cette expérience, une colonne de chromatographie en phase gazeuse RestekRT-1 (0.25 mm x 30 m, épaisseur de film de 1.0 µm) a été utilisée. Le programme de montée en température de la colonne de chromatographie en phase gazeuse : Après chauffage à 35°C pendant 2 minutes, la température commence à monter à 325°C, et la vitesse de chauffage est de 15°C/min. Les conditions de désorption thermique sont : après chauffage à 250°C pendant 2 minutes. Le rapport masse/charge des composés organiques volatils séparés est détecté par spectrométrie de masse dans la gamme de 10 à 700 daltons. Le temps de rétention de toutes les petites molécules organiques est également enregistré.

2. Analyse thermogravimétrique (TGA)

De même, un nouveau film HTOSP, un film OSP standard de l’industrie et un autre film OSP industriel ont été appliqués sur les échantillons. Environ 17.0 mg de film OSP ont été grattés de la plaque de cuivre en tant qu’échantillon d’essai de matériau. Avant le test TGA, ni l’échantillon ni le film ne peuvent subir de traitement de refusion sans plomb. Utilisez le 2950TA de TA Instruments pour effectuer un test TGA sous protection à l’azote. La température de travail a été maintenue à température ambiante pendant 15 minutes, puis augmentée à 700°C à une vitesse de 10°C/min.

3. Spectroscopie photoélectronique (XPS)

La spectroscopie photoélectronique (XPS), également connue sous le nom de spectroscopie électronique d’analyse chimique (ESCA), est une méthode d’analyse chimique de surface. XPS peut mesurer la composition chimique à 10 nm de la surface du revêtement. Enduisez le film HTOSP et le film OSP standard de l’industrie sur la plaque de cuivre, puis passez par 5 refusions sans plomb. XPS a été utilisé pour analyser le film HTOSP avant et après le traitement de refusion. Le film OSP standard après 5 refusion sans plomb a également été analysé par XPS. L’instrument utilisé était le VGESCALABMarkII.

4. Test de soudabilité des trous traversants

Utilisation de cartes de test de soudabilité (STV) pour les tests de soudabilité à travers les trous. Il y a un total de 10 matrices STV de cartes de test de soudabilité (chaque matrice a 4 STV) recouvertes d’une épaisseur de film d’environ 0.35 m, dont 5 matrices STV sont recouvertes d’un film HTOSP, et les 5 autres matrices STV sont revêtues de la norme de l’industrie Film OSP. Ensuite, les STV revêtus subissent une série de traitements de refusion à haute température et sans plomb dans le four de refusion de pâte à braser. Chaque condition de test comprend 0, 1, 3, 5 ou 7 refusions consécutives. Il existe 4 STV pour chaque type de film pour chaque condition de test de refusion. Après le processus de refusion, tous les STV sont traités pour un soudage à la vague à haute température et sans plomb. La soudabilité des trous traversants peut être déterminée en inspectant chaque STV et en calculant le nombre de trous traversants correctement remplis. Le critère d’acceptation pour les trous traversants est que la soudure remplie doit être remplie jusqu’au sommet du trou traversant plaqué ou le bord supérieur du trou traversant.