무연 공정에서 OSP 필름의 성능 및 특성 PCB 카피보드

OSP(Organic Solderable Protective Film)는 우수한 납땜성, 간단한 공정, 저렴한 비용으로 최고의 표면처리 공정으로 평가받고 있습니다.

이 논문에서는 열 탈착 가스 크로마토그래피 질량 분석법(TD-GC-MS), 열중량 분석법(TGA) 및 광전자 분광법(XPS)을 사용하여 차세대 고온 내성 OSP 필름의 내열성 특성을 분석합니다. 가스 크로마토그래피는 납땜성에 영향을 미치는 고온 내성 OSP 필름(HTOSP)의 저분자 유기 성분을 테스트합니다. 동시에, 고온 내성 OSP 필름에서 알킬벤즈이미다졸-HT는 휘발성이 거의 없음을 나타낸다. TGA 데이터는 HTOSP 필름이 현재 산업 표준 OSP 필름보다 열화 온도가 더 높다는 것을 보여줍니다. XPS 데이터에 따르면 고온 OSP의 무연 리플로우 5회 후 산소 함량은 약 1%만 증가했습니다. 위의 개선 사항은 산업용 무연 납땜성 요구 사항과 직접 관련이 있습니다.

OSP 필름은 수년 동안 회로 기판에 사용되었습니다. 아졸 화합물과 구리, 아연과 같은 전이 금속 원소의 반응으로 형성된 유기 금속 고분자 필름입니다. 많은 연구[1,2,3]에서 금속 표면에서 아졸 화합물의 부식 억제 메커니즘이 밝혀졌습니다. GPBrown[3]은 유기금속 고분자의 벤즈이미다졸, 구리(II), 아연(II) 및 기타 전이금속 원소를 성공적으로 합성했으며, TGA 특성을 통해 폴리(벤즈이미다졸-아연)의 우수한 고온 저항성을 설명했습니다. GPBrown의 TGA 데이터에 따르면 폴리(벤즈이미다졸-아연)의 분해 온도는 공기 중에서 400°C, 질소 분위기에서 500°C만큼 높은 반면 폴리(벤즈이미다졸-구리)의 분해 온도는 250°C에 불과합니다. . 최근 개발된 새로운 HTOSP 필름은 내열성이 가장 우수한 폴리(벤즈이미다졸-아연)의 화학적 특성을 기반으로 한다.

OSP 필름은 주로 유기 금속 고분자와 지방산 및 아졸 화합물과 같은 증착 과정에서 동반되는 작은 유기 분자로 구성됩니다. 유기금속 폴리머는 OSP에 필요한 내식성, 구리 표면 접착력 및 표면 경도를 제공합니다. 무연 공정을 견디기 위해서는 유기금속 폴리머의 열화 온도가 무연 솔더의 융점보다 높아야 합니다. 그렇지 않으면 OSP 필름이 무연 공정으로 처리된 후 열화됩니다. OSP 필름의 열화 온도는 유기 금속 고분자의 내열성에 크게 좌우됩니다. 구리의 내산화성에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요소는 벤즈이미다졸 및 페닐이미다졸과 같은 아졸 화합물의 휘발성입니다. OSP 필름의 작은 분자는 무연 리플로우 공정 중에 증발하여 구리의 산화 저항에 영향을 미칩니다. 가스 크로마토그래피-질량 분석법(GC-MS), 열중량 분석법(TGA) 및 광전자 분광법(XPS)을 사용하여 OSP의 내열성을 과학적으로 설명할 수 있습니다.

1. 가스크로마토그래피-질량분석기 분석

테스트된 구리 플레이트는 다음으로 코팅되었습니다:) 새로운 HTOSP 필름; b) 산업 표준 OSP 필름; 및 c) 다른 산업용 OSP 필름. 동판에서 약 0.74-0.79mg의 OSP 필름을 긁어냅니다. 이 코팅된 동판과 긁힌 샘플은 리플로우 처리를 거치지 않았습니다. 이 실험은 H/P6890GC/MS 기기를 사용하고 주사기 없이 주사기를 사용합니다. 시린지 프리 시린지는 샘플 챔버에서 고체 샘플을 직접 탈착할 수 있습니다. 주사기가 없는 주사기는 작은 유리관의 시료를 가스 크로마토그래프의 주입구로 옮길 수 있습니다. 운반 가스는 수집 및 분리를 위해 휘발성 유기 화합물을 가스 크로마토그래프 컬럼으로 지속적으로 가져올 수 있습니다. 열 탈착이 효과적으로 반복될 수 있도록 시료를 컬럼 상단 가까이에 놓습니다. 충분한 샘플이 탈착된 후 가스 크로마토그래피가 작동하기 시작했습니다. 이 실험에서는 RestekRT-1(0.25mmid×30m, 막두께 1.0μm) 가스크로마토그래피 컬럼을 사용하였다. 가스 크로마토그래피 컬럼의 온도 상승 프로그램: 35°C에서 2분간 가열한 후 온도가 325°C까지 상승하기 시작하고 가열 속도는 15°C/min입니다. 열 탈착 조건은 250°C에서 2분간 가열한 후입니다. 분리된 휘발성 유기 화합물의 질량/전하 비율은 10-700달톤 범위의 질량 분석에 의해 검출됩니다. 모든 작은 유기 분자의 머무름 시간도 기록됩니다.

2. 열중량 분석(TGA)

유사하게, 새로운 HTOSP 필름, 산업 표준 OSP 필름 및 다른 산업 OSP 필름이 샘플에 코팅되었습니다. 재료 시험 샘플로서 동판으로부터 약 17.0mg의 OSP 필름을 긁어냈다. TGA 테스트 전에 샘플이나 필름 모두 무연 리플로우 처리를 겪을 수 없습니다. TA Instruments의 2950TA를 사용하여 질소 보호 하에서 TGA 테스트를 수행합니다. 작업온도는 상온에서 15분간 유지한 후 분당 700℃의 속도로 10℃까지 상승시켰다.

3. 광전자 분광법(XPS)

ESCA(화학 분석 전자 분광법)라고도 하는 XPS(광전자 분광법)는 화학 표면 분석 방법입니다. XPS는 코팅 표면의 10nm 화학 성분을 측정할 수 있습니다. HTOSP 필름과 산업 표준 OSP 필름을 동판에 코팅한 다음 5번의 무연 리플로우를 거칩니다. XPS는 리플로 처리 전후의 HTOSP 필름을 분석하는 데 사용되었습니다. 5번의 무연 리플로우 후 업계 표준 OSP 필름도 XPS로 분석했습니다. 사용된 기기는 VGESCALABMarkII입니다.

4. 스루홀 납땜성 테스트

스루홀 납땜성 테스트를 위해 납땜성 테스트 보드(STV) 사용. 약 10μm의 필름 두께로 코팅된 총 ​​4개의 납땜성 테스트 보드 STV 어레이(각 어레이에는 0.35개의 STV가 있음)가 있으며, 그 중 5개의 STV 어레이는 HTOSP 필름으로 코팅되고 나머지 5개의 STV 어레이는 산업 표준으로 코팅됩니다. OSP 필름. 그런 다음 코팅된 STV는 솔더 페이스트 리플로우 오븐에서 일련의 고온 무연 리플로우 처리를 거칩니다. 각 테스트 조건에는 0, 1, 3, 5 또는 7개의 연속적인 리플로우가 포함됩니다. 각 리플로우 테스트 조건에 대해 각 필름 유형에 대해 4개의 STV가 있습니다. 리플로우 공정 후에 모든 STV는 고온 및 무연 웨이브 솔더링을 위해 처리됩니다. 스루홀 납땜성은 각 STV를 검사하고 올바르게 채워진 스루홀 수를 계산하여 결정할 수 있습니다. 관통 구멍의 허용 기준은 채워진 땜납이 도금된 관통 구멍의 상단 또는 관통 구멍의 상단 가장자리까지 채워져야 한다는 것입니다.