Wydajność i charakterystyka filmu OSP w procesie bezołowiowym PCB Skopiuj tablicę

OSP (Organic Solderable Protective Film) jest uważany za najlepszy proces obróbki powierzchni ze względu na doskonałą lutowność, prosty proces i niski koszt.

W artykule wykorzystano termiczną desorpcję-chromatografię gazową-spektrometrię mas (TD-GC-MS), analizę termograwimetryczną (TGA) i spektroskopię fotoelektronową (XPS) do analizy charakterystyk odporności cieplnej nowej generacji odpornych na wysokie temperatury folii OSP. Chromatografia gazowa testuje drobnocząsteczkowe składniki organiczne w folii OSP odpornej na wysokie temperatury (HTOSP), które wpływają na lutowność. Jednocześnie pokazuje, że alkilobenzimidazol-HT w folii OSP odpornej na wysokie temperatury ma bardzo małą lotność. Dane TGA pokazują, że folia HTOSP ma wyższą temperaturę degradacji niż obecna standardowa folia OSP w branży. Dane XPS pokazują, że po 5 bezołowiowych rozlewach wysokotemperaturowego OSP zawartość tlenu wzrosła tylko o około 1%. Powyższe usprawnienia są bezpośrednio związane z wymaganiami przemysłowej lutowalności bezołowiowej.

Folia OSP jest stosowana w obwodach drukowanych od wielu lat. Jest to metaloorganiczny film polimerowy powstały w wyniku reakcji związków azolowych z pierwiastkami metali przejściowych, takich jak miedź i cynk. W wielu badaniach [1,2,3] ujawniono mechanizm hamowania korozji związków azolowych na powierzchniach metali. GPBrown [3] z powodzeniem zsyntetyzował benzimidazol, miedź (II), cynk (II) i inne pierwiastki metali przejściowych polimerów metaloorganicznych i opisał doskonałą odporność poli(benzimidazolo-cynku) na wysokie temperatury dzięki charakterystyce TGA. Z danych GPBrown TGA wynika, że ​​temperatura degradacji poli(benzimidazol-cynku) wynosi aż 400°C w powietrzu i 500°C w atmosferze azotu, podczas gdy temperatura degradacji poli(benzimidazol-miedzi) wynosi tylko 250°C . Opracowana niedawno nowa folia HTOSP opiera się na właściwościach chemicznych poli(benzimidazolo-cynku), który ma najlepszą odporność termiczną.

Folia OSP składa się głównie z polimerów metaloorganicznych i małych cząsteczek organicznych porwanych podczas procesu osadzania, takich jak kwasy tłuszczowe i związki azolowe. Polimery metaloorganiczne zapewniają niezbędną odporność na korozję, adhezję powierzchni miedzi i twardość powierzchni OSP. Temperatura degradacji polimeru metaloorganicznego musi być wyższa niż temperatura topnienia bezołowiowego lutowia, aby wytrzymać proces bezołowiowy. W przeciwnym razie folia OSP ulegnie degradacji po przetworzeniu w procesie bezołowiowym. Temperatura degradacji folii OSP w dużej mierze zależy od odporności cieplnej polimeru metaloorganicznego. Innym ważnym czynnikiem wpływającym na odporność miedzi na utlenianie jest lotność związków azolowych, takich jak benzimidazol i fenyloimidazol. Małe cząsteczki folii OSP odparują podczas procesu rozpływu bezołowiowego, co wpłynie na odporność miedzi na utlenianie. Chromatografia gazowa-spektrometria mas (GC-MS), analiza termograwimetryczna (TGA) i spektroskopia fotoelektronów (XPS) mogą być wykorzystane do naukowego wyjaśnienia odporności cieplnej OSP.

1. Chromatografia gazowa-analiza spektrometrii masowej

Badane płytki miedziane pokryto: a) nową folią HTOSP; b) standardową folię OSP; oraz c) inną folię przemysłową OSP. Zeskrob około 0.74-0.79 mg folii OSP z miedzianej płytki. Te powlekane miedziane płyty i zeskrobane próbki nie zostały poddane żadnej obróbce rozpływowej. Ten eksperyment wykorzystuje instrument H/P6890GC/MS i używa strzykawki bez strzykawki. Strzykawki bezstrzykawkowe mogą bezpośrednio desorpować próbki stałe w komorze próbki. Strzykawka bez strzykawki może przenosić próbkę w małej szklanej probówce do wlotu chromatografu gazowego. Gaz nośny może w sposób ciągły wprowadzać lotne związki organiczne do kolumny chromatografu gazowego w celu zebrania i rozdzielenia. Umieścić próbkę blisko szczytu kolumny, aby można było skutecznie powtórzyć desorpcję termiczną. Po desorbcji wystarczającej ilości próbek chromatografia gazowa zaczęła działać. W tym eksperymencie zastosowano kolumnę do chromatografii gazowej RestekRT-1 (0.25mmid×30m, grubość warstwy 1.0μm). Program wzrostu temperatury kolumny do chromatografii gazowej: Po ogrzewaniu w 35°C przez 2 minuty, temperatura zaczyna rosnąć do 325°C, a szybkość ogrzewania wynosi 15°C/min. Warunki desorpcji termicznej są następujące: po ogrzewaniu w 250°C przez 2 minuty. Stosunek masy do ładunku oddzielonych lotnych związków organicznych jest wykrywany za pomocą spektrometrii masowej w zakresie 10-700 daltonów. Rejestrowany jest również czas retencji wszystkich małych cząsteczek organicznych.

2. Analiza termograwimetryczna (TGA)

Podobnie, próbki zostały pokryte nową folią HTOSP, folią przemysłową OSP i inną folią przemysłową OSP. Około 17.0 mg folii OSP zdrapano z miedzianej płytki jako próbkę materiału do badań. Przed testem TGA ani próbka, ani folia nie mogą być poddane obróbce rozpływowej bezołowiowej. Użyj 2950TA firmy TA Instruments do wykonania testu TGA pod osłoną azotu. Temperaturę roboczą utrzymywano w temperaturze pokojowej przez 15 minut, a następnie zwiększano do 700°C z szybkością 10°C/min.

3. Spektroskopia fotoelektronów (XPS)

Spektroskopia fotoelektronów (XPS), znana również jako spektroskopia elektronowa analizy chemicznej (ESCA), to metoda chemicznej analizy powierzchni. XPS może mierzyć skład chemiczny 10 nm powierzchni powłoki. Pokryj folię HTOSP i standardową folię OSP na miedzianej płycie, a następnie przejdź przez 5 bezołowiowych rozpływów. XPS zastosowano do analizy błony HTOSP przed i po obróbce rozpływowej. Folia OSP będąca standardem przemysłowym po 5 bezołowiowym ponownym rozlaniu została również przeanalizowana przez XPS. Stosowanym instrumentem był VGESCALABMarkII.

4. Test lutowania przelotowego

Korzystanie z płytek testowych lutowności (STV) do testowania lutowności przelotowej. Istnieje łącznie 10 macierzy STV do testów lutowności (każda macierz ma 4 STV) pokrytych folią o grubości około 0.35 μm, z czego 5 macierzy STV jest pokrytych folią HTOSP, a pozostałe 5 macierzy STV jest pokrytych standardem przemysłowym Film OSP. Następnie powlekane STV są poddawane serii wysokotemperaturowych, bezołowiowych zabiegów rozpływowych w piecu rozpływowym pasty lutowniczej. Każdy warunek testowy obejmuje 0, 1, 3, 5 lub 7 kolejnych przepływów. Istnieją 4 STV dla każdego typu folii dla każdego warunku testu rozpływowego. Po procesie rozpływu wszystkie STV są przetwarzane do wysokotemperaturowego i bezołowiowego lutowania na fali. Lutowość przelotową można określić, sprawdzając każdy STV i obliczając liczbę prawidłowo wypełnionych otworów przelotowych. Kryterium akceptacji dla otworów przelotowych jest to, że wypełniony lut musi być wypełniony do góry platerowanego otworu przelotowego lub górnej krawędzi otworu przelotowego.