Izvedba i karakterizacija OSP filma u procesu bez olova PCB Ploča za kopiranje

OSP (Organic lemljiva zaštitna folija) smatra se najboljim postupkom površinske obrade zbog izvrsne lemljivosti, jednostavnog postupka i niske cijene.

U ovom radu, toplinska desorpcijska-plinska kromatografija-masena spektrometrija (TD-GC-MS), termogravimetrijska analiza (TGA) i fotoelektronska spektroskopija (XPS) korišteni su za analizu karakteristika toplinske otpornosti nove generacije OSP filmova otpornih na visoke temperature. Plinska kromatografija ispituje male molekularne organske komponente u OSP filmu otpornom na visoke temperature (HTOSP) koje utječu na lemljivost. Istodobno, pokazuje da alkilbenzimidazol-HT u OSP filmu otpornom na visoke temperature ima vrlo malo hlapljivosti. Podaci TGA pokazuju da HTOSP film ima višu temperaturu degradacije od trenutnog industrijskog standardnog OSP filma. XPS podaci pokazuju da se nakon 5 reflow bez olova visokotemperaturnog OSP-a sadržaj kisika povećao samo za oko 1%. Gore navedena poboljšanja izravno su povezana sa zahtjevima industrijskog lemljenja bez olova.

OSP film se već dugi niz godina koristi u tiskanim pločama. To je organometalni polimerni film nastao reakcijom spojeva azola s elementima prijelaznih metala, kao što su bakar i cink. Mnoge studije [1,2,3] otkrile su mehanizam inhibicije korozije azolnih spojeva na metalnim površinama. GPBrown [3] uspješno je sintetizirao benzimidazol, bakar (II), cink (II) i druge prijelazne metalne elemente organometalnih polimera, te opisao izvrsnu otpornost poli(benzimidazol-cink) na visoke temperature kroz TGA karakteristiku. GPBrownovi TGA podaci pokazuju da je temperatura razgradnje poli(benzimidazol-cink) čak 400°C u zraku i 500°C u atmosferi dušika, dok je temperatura razgradnje poli(benzimidazol-bakar) samo 250°C . Nedavno razvijeni novi HTOSP film temelji se na kemijskim svojstvima poli(benzimidazol-cink), koji ima najbolju otpornost na toplinu.

OSP film se uglavnom sastoji od organometalnih polimera i malih organskih molekula zarobljenih tijekom procesa taloženja, kao što su masne kiseline i azolni spojevi. Organometalni polimeri osiguravaju potrebnu otpornost na koroziju, površinsku adheziju bakra i površinsku tvrdoću OSP-a. Temperatura razgradnje organometalnog polimera mora biti viša od točke taljenja bezolovnog lema da bi izdržao proces bez olova. Inače će se OSP film degradirati nakon obrade postupkom bez olova. Temperatura razgradnje OSP filma uvelike ovisi o toplinskoj otpornosti organometalnog polimera. Drugi važan čimbenik koji utječe na otpornost bakra na oksidaciju je hlapljivost azolnih spojeva, kao što su benzimidazol i fenilimidazol. Male molekule OSP filma će ispariti tijekom procesa reflow bez olova, što će utjecati na otpornost bakra na oksidaciju. Plinska kromatografija-masena spektrometrija (GC-MS), termogravimetrijska analiza (TGA) i fotoelektronska spektroskopija (XPS) mogu se koristiti za znanstveno objašnjenje toplinske otpornosti OSP-a.

1. Plinska kromatografija-masena spektrometrijska analiza

Ispitane bakrene ploče obložene su: a) novim HTOSP filmom; b) industrijski standardni OSP film; i c) drugi industrijski OSP film. Ostružite oko 0.74-0.79 mg OSP filma s bakrene ploče. Ove obložene bakrene ploče i izstrugani uzorci nisu bili podvrgnuti nikakvoj obradi reflow. Ovaj eksperiment koristi instrument H/P6890GC/MS i koristi štrcaljku bez šprice. Šprice bez šprica mogu izravno desorbirati čvrste uzorke u komori za uzorke. Šprica bez šprice može prenijeti uzorak u maloj staklenoj cijevi na ulaz plinskog kromatografa. Plin nosač može kontinuirano dovoditi hlapljive organske spojeve u stupac plinske kromatografije radi prikupljanja i odvajanja. Stavite uzorak blizu vrha kolone tako da se toplinska desorpcija može učinkovito ponoviti. Nakon što je dovoljno uzoraka desorbirano, plinska kromatografija je počela raditi. U ovom eksperimentu korištena je plinska kromatografska kolona RestekRT-1 (0.25 mmmid×30m, debljina filma od 1.0μm). Program porasta temperature stupca plinske kromatografije: Nakon zagrijavanja na 35°C tijekom 2 minute, temperatura počinje rasti na 325°C, a brzina zagrijavanja je 15°C/min. Uvjeti toplinske desorpcije su: nakon zagrijavanja na 250°C tijekom 2 minute. Omjer masa/naboj odvojenih hlapljivih organskih spojeva detektiran je masenom spektrometrijom u rasponu od 10-700 daltona. Također se bilježi vrijeme zadržavanja svih malih organskih molekula.

2. Termogravimetrijska analiza (TGA)

Slično, novi HTOSP film, industrijski standardni OSP film i drugi industrijski OSP film premazani su na uzorcima. Otprilike 17.0 mg OSP filma sastrugano je s bakrene ploče kao uzorak za ispitivanje materijala. Prije TGA testa, ni uzorak ni film ne mogu se podvrgnuti bilo kakvom tretmanu reflow bez olova. Koristite TA Instruments’ 2950TA za izvođenje TGA testa pod zaštitom dušika. Radna temperatura je održavana na sobnoj temperaturi 15 minuta, a zatim je povećana na 700°C brzinom od 10°C/min.

3. Fotoelektronska spektroskopija (XPS)

Fotoelektronska spektroskopija (XPS), također poznata kao elektronska spektroskopija kemijske analize (ESCA), je metoda kemijske površinske analize. XPS može mjeriti 10nm kemijski sastav površine premaza. Premažite HTOSP film i industrijski standardni OSP film na bakrenu ploču, a zatim prođite kroz 5 reflow bez olova. XPS je korišten za analizu HTOSP filma prije i nakon tretmana reflow. Industrijski standardni OSP film nakon 5 reflow bez olova također je analizirao XPS. Korišten je instrument VGESCALABMarkII.

4. Test lemljenja kroz rupu

Korištenje ploča za ispitivanje lemljivosti (STV) za ispitivanje lemljivosti kroz rupe. Postoji ukupno 10 STV nizova ploča za testiranje lemljenja (svaki niz ima 4 STV) obloženih debljinom filma od oko 0.35 μm, od kojih je 5 STV nizova obloženo HTOSP filmom, a ostalih 5 STV nizova obloženo je industrijskim standardom OSP film. Zatim se obloženi STV podvrgavaju nizu visokotemperaturnih tretmana reflow bez olova u peći za reflow paste za lemljenje. Svaki uvjet ispitivanja uključuje 0, 1, 3, 5 ili 7 uzastopnih pretoka. Postoje 4 STV-a za svaku vrstu filma za svaki uvjet ispitivanja reflow. Nakon procesa reflow, svi STV se obrađuju za visokotemperaturno i bezolovno lemljenje na valovima. Lemljivost kroz rupu može se utvrditi pregledom svakog STV-a i izračunavanjem broja ispravno popunjenih prolaznih rupa. Kriterij prihvaćanja za prolazne rupe je da punjeni lem mora biti ispunjen do vrha obloženog prolaznog otvora ili gornjeg ruba prolaznog otvora.