Prestaties en karakterisering van OSP-film in het loodvrije proces van PCB Bord kopiëren

OSP (Organic Solderable Protective Film) wordt beschouwd als het beste oppervlaktebehandelingsproces vanwege de uitstekende soldeerbaarheid, het eenvoudige proces en de lage kosten.

In dit artikel worden thermische desorptie-gaschromatografie-massaspectrometrie (TD-GC-MS), thermogravimetrische analyse (TGA) en foto-elektronspectroscopie (XPS) gebruikt om de hittebestendigheidskenmerken van een nieuwe generatie hittebestendige OSP-films te analyseren. Gaschromatografie test de kleine moleculaire organische componenten in de hittebestendige OSP-film (HTOSP) die de soldeerbaarheid beïnvloeden. Tegelijkertijd laat het zien dat het alkylbenzimidazool-HT in de hittebestendige OSP-film zeer weinig vluchtigheid heeft. De TGA-gegevens laten zien dat de HTOSP-film een ​​hogere degradatietemperatuur heeft dan de huidige industriestandaard OSP-film. XPS-gegevens tonen aan dat na 5 loodvrije reflows van OSP bij hoge temperatuur het zuurstofgehalte slechts met ongeveer 1% toenam. Bovenstaande verbeteringen houden direct verband met de eisen van industriële loodvrije soldeerbaarheid.

OSP-film wordt al vele jaren gebruikt in printplaten. Het is een organometallische polymeerfilm gevormd door de reactie van azoolverbindingen met overgangsmetaalelementen, zoals koper en zink. Veel studies [1,2,3] hebben het corrosieremmingsmechanisme van azoolverbindingen op metalen oppervlakken onthuld. GPBrown [3] synthetiseerde met succes benzimidazool, koper (II), zink (II) en andere overgangsmetaalelementen van organometaalpolymeren, en beschreef de uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen van poly(benzimidazool-zink) door middel van TGA-eigenschappen. Uit de TGA-gegevens van GPBrown blijkt dat de afbraaktemperatuur van poly(benzimidazool-zink) wel 400°C in de lucht en 500°C in een stikstofatmosfeer is, terwijl de afbraaktemperatuur van poly(benzimidazool-koper) slechts 250°C is. . De recent ontwikkelde nieuwe HTOSP folie is gebaseerd op de chemische eigenschappen van poly(benzimidazool-zink), dat de beste hittebestendigheid heeft.

OSP-film bestaat voornamelijk uit organometaalpolymeren en kleine organische moleculen die tijdens het depositieproces worden meegesleept, zoals vetzuren en azoolverbindingen. Organometallische polymeren zorgen voor de nodige corrosieweerstand, koperen oppervlakteadhesie en oppervlaktehardheid van OSP. De afbraaktemperatuur van het organometaalpolymeer moet hoger zijn dan het smeltpunt van het loodvrije soldeer om het loodvrije proces te weerstaan. Anders zal de OSP-film degraderen na verwerking door een loodvrij proces. De afbraaktemperatuur van de OSP-film hangt grotendeels af van de hittebestendigheid van het organometaalpolymeer. Een andere belangrijke factor die de oxidatieweerstand van koper beïnvloedt, is de vluchtigheid van azoolverbindingen, zoals benzimidazool en fenylimidazol. De kleine moleculen van de OSP-film zullen verdampen tijdens het loodvrije reflow-proces, wat de oxidatieweerstand van koper zal beïnvloeden. Gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS), thermogravimetrische analyse (TGA) en foto-elektronenspectroscopie (XPS) kunnen worden gebruikt om de hittebestendigheid van OSP wetenschappelijk te verklaren.

1. Gaschromatografie-massaspectrometrie-analyse

De geteste koperplaten werden gecoat met: a) een nieuwe HTOSP-film; b) een industriestandaard OSP-film; en c) een andere industriële OSP-film. Schraap ongeveer 0.74-0.79 mg OSP-film van de koperen plaat. Deze gecoate koperplaten en de geschraapte monsters hebben geen reflow-behandeling ondergaan. Dit experiment maakt gebruik van het H/P6890GC/MS-instrument en gebruikt een spuit zonder spuit. Spuitvrije spuiten kunnen vaste monsters direct in de monsterkamer desorberen. De spuit zonder spuit kan het monster in het kleine glazen buisje overbrengen naar de inlaat van de gaschromatograaf. Het dragergas kan de vluchtige organische stoffen continu naar de gaschromatograafkolom brengen voor verzameling en scheiding. Plaats het monster dicht bij de bovenkant van de kolom zodat thermische desorptie effectief kan worden herhaald. Nadat voldoende monsters waren gedesorbeerd, begon de gaschromatografie te werken. In dit experiment werd een RestekRT-1 (0.25 mmid x 30 m, filmdikte van 1.0 m) gaschromatografiekolom gebruikt. Het temperatuurstijgingsprogramma van de gaschromatografiekolom: Na 35 minuten verwarmen op 2°C begint de temperatuur te stijgen tot 325°C en is de verwarmingssnelheid 15°C/min. De thermische desorptiecondities zijn: na 250 minuten verwarmen op 2°C. De massa/lading-verhouding van de afgescheiden vluchtige organische stoffen wordt gedetecteerd met massaspectrometrie in het bereik van 10-700dalton. De retentietijd van alle kleine organische moleculen wordt ook geregistreerd.

2. Thermogravimetrische analyse (TGA)

Evenzo werden een nieuwe HTOSP-film, een industriestandaard OSP-film en een andere industriële OSP-film op de monsters gecoat. Ongeveer 17.0 mg OSP-film werd van de koperen plaat geschraapt als een materiaaltestmonster. Vóór de TGA-test kunnen noch het monster noch de film een ​​loodvrije reflow-behandeling ondergaan. Gebruik de 2950TA van TA Instruments om een ​​TGA-test uit te voeren onder stikstofbescherming. De werktemperatuur werd 15 minuten op kamertemperatuur gehouden en daarna verhoogd tot 700°C met een snelheid van 10°C/min.

3. Foto-elektronenspectroscopie (XPS)

Foto-elektronenspectroscopie (XPS), ook bekend als chemische analyse-elektronenspectroscopie (ESCA), is een chemische oppervlakteanalysemethode. XPS kan de 10 nm chemische samenstelling van het coatingoppervlak meten. Smeer de HTOSP-film en de industriestandaard OSP-film op de koperen plaat en ga vervolgens door 5 loodvrije reflows. XPS werd gebruikt om de HTOSP-film voor en na de reflow-behandeling te analyseren. De industriestandaard OSP-film na 5 loodvrije reflow werd ook geanalyseerd door XPS. Het gebruikte instrument was VGESCALABMarkII.

4. Soldeerbaarheidstest door gaten

Gebruik van soldeerbaarheidstestborden (STV’s) voor het testen van soldeerbaarheid door gaten. Er zijn in totaal 10 soldeerbaarheidstestbord STV-arrays (elke array heeft 4 STV’s) gecoat met een filmdikte van ongeveer 0.35 m, waarvan 5 STV-arrays zijn gecoat met HTOSP-film en de andere 5 STV-arrays zijn gecoat met industriestandaard OSP-film. Vervolgens ondergaan de gecoate STV’s een reeks loodvrije reflow-behandelingen bij hoge temperatuur in de reflow-oven voor soldeerpasta. Elke testconditie omvat 0, 1, 3, 5 of 7 opeenvolgende reflows. Er zijn 4 STV’s voor elk type film voor elke reflow-testconditie. Na het reflow-proces worden alle STV’s verwerkt voor solderen op hoge temperatuur en loodvrij golfsolderen. De soldeerbaarheid van doorlopende gaten kan worden bepaald door elke STV te inspecteren en het aantal correct gevulde doorgaande gaten te berekenen. Het acceptatiecriterium voor doorgaande gaten is dat het gevulde soldeer moet worden gevuld tot aan de bovenkant van het geplateerde doorgaande gat of de bovenrand van het doorgaande gat.