Ytelse og karakterisering av OSP-film i den blyfrie prosessen av PCB Kopiertavle

OSP (Organic Solderable Protective Film) anses å være den beste overflatebehandlingsprosessen på grunn av sin utmerkede loddeevne, enkle prosess og lave kostnader.

I denne artikkelen brukes termisk desorpsjon-gasskromatografi-massespektrometri (TD-GC-MS), termogravimetrisk analyse (TGA) og fotoelektronspektroskopi (XPS) for å analysere varmemotstandsegenskapene til en ny generasjon høytemperaturbestandige OSP-filmer. Gasskromatografi tester de små molekylære organiske komponentene i den høytemperaturbestandige OSP-filmen (HTOSP) som påvirker loddeevnen. Samtidig viser det at alkylbenzimidazol-HT i den høytemperaturbestandige OSP-filmen har svært liten flyktighet. TGA-dataene viser at HTOSP-filmen har en høyere nedbrytningstemperatur enn gjeldende industristandard OSP-film. XPS-data viser at etter 5 blyfrie reflows av høytemperatur-OSP, økte oksygeninnholdet bare med ca. 1 %. Ovennevnte forbedringer er direkte relatert til kravene til industriell blyfri loddeevne.

OSP-film har vært brukt i kretskort i mange år. Det er en organometallisk polymerfilm dannet ved reaksjon av azolforbindelser med overgangsmetallelementer, som kobber og sink. Mange studier [1,2,3] har avslørt korrosjonshemmingsmekanismen til azolforbindelser på metalloverflater. GPBrown [3] syntetiserte med suksess benzimidazol, kobber (II), sink (II) og andre overgangsmetallelementer i organometalliske polymerer, og beskrev den utmerkede høytemperaturmotstanden til poly(benzimidazol-sink) gjennom TGA-karakteristikk. GPBrowns TGA-data viser at nedbrytningstemperaturen til poly(benzimidazol-sink) er så høy som 400 °C i luften og 500 °C i en nitrogenatmosfære, mens nedbrytningstemperaturen til poly(benzimidazol-kobber) bare er 250 °C . Den nylig utviklede nye HTOSP-filmen er basert på de kjemiske egenskapene til poly(benzimidazol-sink), som har den beste varmebestandigheten.

OSP-film er hovedsakelig sammensatt av organometalliske polymerer og små organiske molekyler medført under avsetningsprosessen, slik som fettsyrer og azolforbindelser. Organometalliske polymerer gir nødvendig korrosjonsmotstand, kobberoverflateadhesjon og overflatehardhet til OSP. Nedbrytningstemperaturen til den organometalliske polymeren må være høyere enn smeltepunktet til det blyfrie loddetinn for å tåle den blyfrie prosessen. Ellers vil OSP-filmen brytes ned etter å ha blitt behandlet med en blyfri prosess. Nedbrytningstemperaturen til OSP-filmen avhenger i stor grad av varmebestandigheten til den organometalliske polymeren. En annen viktig faktor som påvirker oksidasjonsmotstanden til kobber er flyktigheten til azolforbindelser, som benzimidazol og fenylimidazol. De små molekylene i OSP-filmen vil fordampe under den blyfrie reflow-prosessen, noe som vil påvirke oksidasjonsmotstanden til kobber. Gasskromatografi-massespektrometri (GC-MS), termogravimetrisk analyse (TGA) og fotoelektronspektroskopi (XPS) kan brukes til å vitenskapelig forklare varmemotstanden til OSP.

1. Gasskromatografi-massespektrometrianalyse

Kobberplatene som ble testet ble belagt med: a) en ny HTOSP-film; b) en industristandard OSP-film; og c) en annen industriell OSP-film. Skrap ca. 0.74-0.79 mg OSP-film fra kobberplaten. Disse belagte kobberplatene og de skrapte prøvene har ikke gjennomgått noen reflowbehandling. Dette eksperimentet bruker H/P6890GC/MS instrument, og bruker sprøyte uten sprøyte. Sprøytefrie sprøyter kan direkte desorbere faste prøver i prøvekammeret. Sprøyten uten sprøyte kan overføre prøven i det lille glassrøret til innløpet til gasskromatografen. Bærergassen kan kontinuerlig bringe de flyktige organiske forbindelsene til gasskromatografkolonnen for oppsamling og separering. Plasser prøven nær toppen av kolonnen slik at termisk desorpsjon effektivt kan gjentas. Etter at nok prøver var desorbert, begynte gasskromatografien å virke. I dette eksperimentet ble det brukt en RestekRT-1 (0.25 mmmid × 30 m, filmtykkelse på 1.0 μm) gasskromatografikolonne. Temperaturøkningsprogrammet til gasskromatografikolonnen: Etter oppvarming ved 35°C i 2 minutter begynner temperaturen å stige til 325°C, og oppvarmingshastigheten er 15°C/min. De termiske desorpsjonsbetingelsene er: etter oppvarming ved 250°C i 2 minutter. Masse/ladningsforholdet til de separerte flyktige organiske forbindelsene detekteres ved massespektrometri i området 10-700 dalton. Retensjonstiden for alle små organiske molekyler registreres også.

2. Termogravimetrisk analyse (TGA)

På samme måte ble en ny HTOSP-film, en industristandard OSP-film og en annen industriell OSP-film belagt på prøvene. Omtrent 17.0 mg OSP-film ble skrapet fra kobberplaten som en materialtestprøve. Før TGA-testen kan verken prøven eller filmen gjennomgå noen blyfri reflowbehandling. Bruk TA Instruments 2950TA for å utføre TGA-test under nitrogenbeskyttelse. Arbeidstemperaturen ble holdt ved romtemperatur i 15 minutter, og deretter økt til 700°C med en hastighet på 10°C/min.

3. Fotoelektronspektroskopi (XPS)

Fotoelektronspektroskopi (XPS), også kjent som Chemical Analysis Electron Spectroscopy (ESCA), er en kjemisk overflateanalysemetode. XPS kan måle den 10nm kjemiske sammensetningen av beleggoverflaten. Belegg HTOSP-filmen og industristandard OSP-filmen på kobberplaten, og gå deretter gjennom 5 blyfrie reflows. XPS ble brukt til å analysere HTOSP-filmen før og etter reflow-behandlingen. Industristandard OSP-filmen etter 5 blyfri reflow ble også analysert av XPS. Instrumentet som ble brukt var VGESCALABMarkII.

4. Loddebarhetstest gjennom hull

Bruk av loddebarhetstestbrett (STV) for gjennomhulls loddebarhetstesting. Det er totalt 10 loddeevne testbrett STV-arrayer (hver array har 4 STV-er) belagt med en filmtykkelse på ca. 0.35μm, hvorav 5 STV-arrayer er belagt med HTOSP-film, og de andre 5 STV-arrayene er belagt med industristandard OSP film. Deretter gjennomgår de belagte STV-ene en serie med høytemperatur, blyfri reflow-behandlinger i loddepasta-reflow-ovnen. Hver testbetingelse inkluderer 0, 1, 3, 5 eller 7 påfølgende reflows. Det er 4 STV-er for hver type film for hver reflow-testtilstand. Etter reflow-prosessen behandles alle STV-er for høytemperatur og blyfri bølgelodding. Loddebarhet gjennom hull kan bestemmes ved å inspisere hver STV og beregne antall korrekt fylte gjennomgående hull. Akseptkriteriet for gjennomgående hull er at den fylte loddetinn skal fylles til toppen av det belagte gjennomgående hullet eller overkanten av det gjennomgående hullet.