Desempenho e caracterização do filme OSP no processo sem chumbo da placa de cópia PCB

Desempenho e caracterização do filme OSP no processo sem chumbo de PCB Copy Board

OSP (Organic Solderable Protective Film) é considerado o melhor processo de tratamento de superfície devido à sua excelente soldabilidade, processo simples e baixo custo.

Neste artigo, cromatografia gasosa de dessorção térmica e espectrometria de massa (TD-GC-MS), análise termogravimétrica (TGA) e espectroscopia de fotoelétrons (XPS) são usadas para analisar as características de resistência ao calor de uma nova geração de filmes OSP resistentes a alta temperatura. A cromatografia de gás testa os pequenos componentes orgânicos moleculares no filme OSP resistente a alta temperatura (HTOSP) que afetam a soldabilidade. Ao mesmo tempo, mostra que o alquilbenzimidazol-HT no filme OSP resistente a alta temperatura tem muito pouca volatilidade. Os dados TGA mostram que o filme HTOSP tem uma temperatura de degradação mais alta do que o filme OSP padrão da indústria atual. Os dados XPS mostram que após 5 refluxos sem chumbo de OSP de alta temperatura, o conteúdo de oxigênio aumentou apenas cerca de 1%. As melhorias acima estão diretamente relacionadas aos requisitos de soldabilidade sem chumbo industrial.

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O filme OSP tem sido usado em placas de circuito por muitos anos. É um filme de polímero organometálico formado pela reação de compostos azólicos com elementos de metais de transição, como cobre e zinco. Muitos estudos [1,2,3] revelaram o mecanismo de inibição da corrosão de compostos azólicos em superfícies metálicas. GPBrown [3] sintetizou com sucesso benzimidazol, cobre (II), zinco (II) e outros elementos de metal de transição de polímeros organometálicos e descreveu a excelente resistência do poli (benzimidazol-zinco) a altas temperaturas por meio da característica TGA. Os dados de TGA do GPBrown mostram que a temperatura de degradação do poli (benzimidazol-zinco) é tão alta quanto 400 ° C no ar e 500 ° C em uma atmosfera de nitrogênio, enquanto a temperatura de degradação do poli (benzimidazol-cobre) é de apenas 250 ° C . O novo filme HTOSP desenvolvido recentemente é baseado nas propriedades químicas do poli (benzimidazol-zinco), que possui a melhor resistência ao calor.

O filme OSP é composto principalmente de polímeros organometálicos e pequenas moléculas orgânicas arrastadas durante o processo de deposição, como ácidos graxos e compostos azólicos. Polímeros organometálicos fornecem a resistência necessária à corrosão, adesão de superfície de cobre e dureza de superfície de OSP. A temperatura de degradação do polímero organometálico deve ser superior ao ponto de fusão da solda sem chumbo para suportar o processo sem chumbo. Caso contrário, o filme OSP degradará após ser processado por um processo sem chumbo. A temperatura de degradação do filme OSP depende amplamente da resistência ao calor do polímero organometálico. Outro fator importante que afeta a resistência à oxidação do cobre é a volatilidade dos compostos azólicos, como o benzimidazol e o fenilimidazol. As pequenas moléculas do filme OSP irão evaporar durante o processo de refluxo sem chumbo, o que afetará a resistência à oxidação do cobre. A espectrometria de massa de cromatografia gasosa (GC-MS), análise termogravimétrica (TGA) e espectroscopia de fotoelétrons (XPS) podem ser usadas para explicar cientificamente a resistência ao calor do OSP.

1. Análise de espectrometria de massa por cromatografia gasosa

As placas de cobre testadas foram revestidas com: a) um novo filme HTOSP; b) um filme OSP padrão da indústria; ec) outro filme OSP industrial. Raspe cerca de 0.74-0.79 mg de filme OSP da placa de cobre. Essas placas de cobre revestidas e as amostras raspadas não foram submetidas a nenhum tratamento de refluxo. Este experimento usa o instrumento H / P6890GC / MS e usa seringa sem seringa. As seringas sem seringa podem dessorver diretamente as amostras sólidas na câmara de amostra. A seringa sem seringa pode transferir a amostra no tubo de vidro pequeno para a entrada do cromatógrafo de gás. O gás de arraste pode trazer continuamente os compostos orgânicos voláteis para a coluna do cromatógrafo de gás para coleta e separação. Coloque a amostra perto do topo da coluna para que a dessorção térmica possa ser repetida com eficácia. Depois que amostras suficientes foram dessorvidas, a cromatografia gasosa começou a funcionar. Neste experimento, uma coluna de cromatografia gasosa RestekRT-1 (0.25mmid × 30m, espessura de filme de 1.0μm) foi usada. O programa de aumento de temperatura da coluna de cromatografia gasosa: Após aquecimento a 35 ° C por 2 minutos, a temperatura começa a subir para 325 ° C e a taxa de aquecimento é de 15 ° C / min. As condições de dessorção térmica são: após aquecimento a 250 ° C por 2 minutos. A relação massa / carga dos compostos orgânicos voláteis separados é detectada por espectrometria de massa na faixa de 10-700daltons. O tempo de retenção de todas as pequenas moléculas orgânicas também é registrado.

2. Análise termogravimétrica (TGA)

Da mesma forma, um novo filme HTOSP, um filme OSP padrão da indústria e outro filme OSP industrial foram revestidos nas amostras. Aproximadamente 17.0 mg de filme OSP foram raspados da placa de cobre como uma amostra de teste de material. Antes do teste TGA, nem a amostra nem o filme podem ser submetidos a qualquer tratamento de refluxo sem chumbo. Use o 2950TA da TA Instruments para realizar o teste TGA sob proteção de nitrogênio. A temperatura de trabalho foi mantida à temperatura ambiente durante 15 minutos e depois aumentada para 700 ° C a uma taxa de 10 ° C / min.

3. Espectroscopia de fotoelétrons (XPS)

Espectroscopia de fotoelétrons (XPS), também conhecida como Espectroscopia de Eletrons de Análise Química (ESCA), é um método de análise de superfície química. O XPS pode medir a composição química de 10 nm da superfície de revestimento. Revista o filme HTOSP e o filme OSP padrão da indústria na placa de cobre e, em seguida, passe por 5 refluxos sem chumbo. O XPS foi usado para analisar o filme HTOSP antes e depois do tratamento de refluxo. O filme OSP padrão da indústria após 5 refluxo sem chumbo também foi analisado por XPS. O instrumento utilizado foi o VGESCALABMarkII.

4. Teste de soldabilidade através do orifício

Usando placas de teste de soldabilidade (STVs) para testes de soldabilidade através de orifícios. Há um total de 10 matrizes de placa de teste de soldabilidade STV (cada matriz tem 4 STVs) revestidos com uma espessura de filme de cerca de 0.35 μm, das quais 5 matrizes de STV são revestidas com filme HTOSP e as outras 5 matrizes de STV são revestidas com o padrão da indústria Filme OSP. Em seguida, os STVs revestidos passam por uma série de tratamentos de refluxo sem chumbo de alta temperatura no forno de refluxo de pasta de solda. Cada condição de teste inclui 0, 1, 3, 5 ou 7 refluxos consecutivos. Existem 4 STVs para cada tipo de filme para cada condição de teste de refluxo. Após o processo de refluxo, todos os STVs são processados ​​para soldagem por onda em alta temperatura e sem chumbo. A soldabilidade através do orifício pode ser determinada inspecionando cada STV e calculando o número de orifícios preenchidos corretamente. O critério de aceitação para furos passantes é que a solda preenchida deve ser preenchida até o topo do furo passante revestido ou a borda superior do furo passante.