Prestazioni e caratterizzazione del film OSP nel processo senza piombo di PCB Lavagna per la copia

OSP (Organic Solderable Protective Film) è considerato il miglior processo di trattamento superficiale grazie alla sua eccellente saldabilità, processo semplice e basso costo.

In questo documento, vengono utilizzati desorbimento termico-gas cromatografia-spettrometria di massa (TD-GC-MS), analisi termogravimetrica (TGA) e spettroscopia fotoelettronica (XPS) per analizzare le caratteristiche di resistenza al calore di una nuova generazione di film OSP resistenti alle alte temperature. La gascromatografia testa i piccoli componenti organici molecolari nel film OSP resistente alle alte temperature (HTOSP) che influiscono sulla saldabilità. Allo stesso tempo, mostra che l’alchilbenzimidazolo-HT nel film OSP resistente alle alte temperature ha una volatilità molto ridotta. I dati TGA mostrano che il film HTOSP ha una temperatura di degradazione più elevata rispetto all’attuale film OSP standard del settore. I dati XPS mostrano che dopo 5 riflussi senza piombo di OSP ad alta temperatura, il contenuto di ossigeno è aumentato solo di circa l’1%. I miglioramenti di cui sopra sono direttamente correlati ai requisiti di saldabilità industriale senza piombo.

La pellicola OSP è stata utilizzata per molti anni nei circuiti stampati. È un film polimerico organometallico formato dalla reazione di composti azolici con elementi di metalli di transizione, come rame e zinco. Molti studi [1,2,3] hanno rivelato il meccanismo di inibizione della corrosione dei composti azolici sulle superfici metalliche. GPBrown [3] ha sintetizzato con successo benzimidazolo, rame (II), zinco (II) e altri elementi metallici di transizione di polimeri organometallici e ha descritto l’eccellente resistenza alle alte temperature del poli(benzimidazolo-zinco) attraverso la caratteristica TGA. I dati TGA di GPBrown mostrano che la temperatura di degradazione del poli(benzimidazolo-zinco) è di 400°C nell’aria e 500°C in un’atmosfera di azoto, mentre la temperatura di degradazione del poli(benzimidazolo-rame) è di soli 250°C . Il nuovo film HTOSP recentemente sviluppato si basa sulle proprietà chimiche del poli(benzimidazolo-zinco), che ha la migliore resistenza al calore.

Il film OSP è composto principalmente da polimeri organometallici e piccole molecole organiche trascinate durante il processo di deposizione, come acidi grassi e composti azolici. I polimeri organometallici forniscono la necessaria resistenza alla corrosione, adesione alla superficie del rame e durezza superficiale dell’OSP. La temperatura di degradazione del polimero organometallico deve essere superiore al punto di fusione della saldatura senza piombo per resistere al processo senza piombo. In caso contrario, la pellicola OSP si degraderà dopo essere stata elaborata con un processo senza piombo. La temperatura di degradazione del film OSP dipende in gran parte dalla resistenza al calore del polimero organometallico. Un altro fattore importante che influenza la resistenza all’ossidazione del rame è la volatilità dei composti azolici, come il benzimidazolo e il fenilimidazolo. Le piccole molecole del film OSP evaporeranno durante il processo di rifusione senza piombo, che influenzerà la resistenza all’ossidazione del rame. La gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS), l’analisi termogravimetrica (TGA) e la spettroscopia fotoelettronica (XPS) possono essere utilizzate per spiegare scientificamente la resistenza al calore dell’OSP.

1. Analisi gascromatografica-spettrometria di massa

Le lastre di rame testate sono state rivestite con: a) un nuovo film HTOSP; b) un film OSP standard del settore; e c) un altro film OSP industriale. Raschiare circa 0.74-0.79 mg di pellicola OSP dalla piastra di rame. Queste lastre di rame rivestite e i campioni raschiati non hanno subito alcun trattamento di rifusione. Questo esperimento utilizza lo strumento H/P6890GC/MS e utilizza la siringa senza siringa. Le siringhe senza siringhe possono desorbire direttamente i campioni solidi nella camera del campione. La siringa senza siringa può trasferire il campione nel tubicino di vetro all’ingresso del gascromatografo. Il gas di trasporto può portare continuamente i composti organici volatili alla colonna del gascromatografo per la raccolta e la separazione. Posizionare il campione vicino alla parte superiore della colonna in modo che il desorbimento termico possa essere ripetuto efficacemente. Dopo che un numero sufficiente di campioni è stato desorbito, la gascromatografia ha iniziato a funzionare. In questo esperimento è stata utilizzata una colonna per gascromatografia RestekRT-1 (0.25 mmmid × 30 m, spessore del film di 1.0 μm). Il programma di aumento della temperatura della colonna gascromatografica: Dopo aver riscaldato a 35°C per 2 minuti, la temperatura inizia a salire a 325°C e la velocità di riscaldamento è di 15°C/min. Le condizioni di desorbimento termico sono: dopo riscaldamento a 250°C per 2 minuti. Il rapporto massa/carica dei composti organici volatili separati viene rilevato mediante spettrometria di massa nell’intervallo 10-700 dalton. Viene registrato anche il tempo di ritenzione di tutte le piccole molecole organiche.

2. Analisi termogravimetrica (TGA)

Allo stesso modo, sui campioni sono stati spalmati un nuovo film HTOSP, un film OSP standard del settore e un altro film OSP industriale. Circa 17.0 mg di pellicola OSP sono stati raschiati dalla piastra di rame come campione di prova del materiale. Prima del test TGA, né il campione né il film possono subire alcun trattamento di rifusione senza piombo. Utilizzare il 2950TA di TA Instruments per eseguire il test TGA sotto protezione da azoto. La temperatura di lavoro è stata mantenuta a temperatura ambiente per 15 minuti, quindi portata a 700°C ad una velocità di 10°C/min.

3. Spettroscopia fotoelettronica (XPS)

La spettroscopia fotoelettronica (XPS), nota anche come spettroscopia elettronica per analisi chimica (ESCA), è un metodo di analisi chimica della superficie. XPS può misurare la composizione chimica a 10 nm della superficie del rivestimento. Rivestire il film HTOSP e il film OSP standard del settore sulla piastra di rame, quindi passare attraverso 5 reflow senza piombo. XPS è stato utilizzato per analizzare il film HTOSP prima e dopo il trattamento di rifusione. Anche il film OSP standard del settore dopo 5 reflow senza piombo è stato analizzato da XPS. Lo strumento utilizzato è stato VGESCALABMarkII.

4. Test di saldatura passante

Utilizzo di schede di prova di saldatura (STV) per test di saldatura a foro passante. Ci sono un totale di 10 array STV della scheda di prova di saldatura (ogni array ha 4 STV) rivestiti con uno spessore del film di circa 0.35 μm, di cui 5 array STV sono rivestiti con film HTOSP e gli altri 5 array STV sono rivestiti con standard del settore Pellicola OSP. Quindi, gli STV rivestiti subiscono una serie di trattamenti di rifusione ad alta temperatura e senza piombo nel forno di rifusione della pasta saldante. Ogni condizione di test include 0, 1, 3, 5 o 7 reflow consecutivi. Ci sono 4 STV per ogni tipo di film per ogni condizione di test di rifusione. Dopo il processo di rifusione, tutti gli STV vengono elaborati per la saldatura a onde ad alta temperatura e senza piombo. La saldabilità del foro passante può essere determinata ispezionando ogni STV e calcolando il numero di fori passanti correttamente riempiti. Il criterio di accettazione per i fori passanti è che la saldatura riempita deve essere riempita fino alla sommità del foro passante placcato o al bordo superiore del foro passante.