Performanța și caracterizarea filmului OSP în procesul fără plumb de PCB Tablă de copiere

OSP (Organic Solderable Protective Film) este considerat a fi cel mai bun proces de tratare a suprafețelor datorită lipirii sale excelente, procesului simplu și costului scăzut.

În această lucrare, desorbția termică-cromatografie gazoasă-spectrometrie de masă (TD-GC-MS), analiza termogravimetrică (TGA) și spectroscopia fotoelectronilor (XPS) sunt utilizate pentru a analiza caracteristicile de rezistență la căldură ale unei noi generații de filme OSP rezistente la temperaturi înalte. Cromatografia de gaze testează componentele organice moleculare mici din filmul OSP rezistent la temperaturi înalte (HTOSP) care afectează lipirea. În același timp, arată că alchilbenzimidazolul-HT din filmul OSP rezistent la temperaturi ridicate are o volatilitate foarte mică. Datele TGA arată că filmul HTOSP are o temperatură de degradare mai mare decât filmul OSP standard industrial actual. Datele XPS arată că, după 5 refluxuri fără plumb de OSP la temperatură înaltă, conținutul de oxigen a crescut doar cu aproximativ 1%. Îmbunătățirile de mai sus sunt direct legate de cerințele de lipire industrială fără plumb.

Filmul OSP a fost folosit în plăcile de circuite de mulți ani. Este un film de polimer organometalic format prin reacția compușilor azolici cu elemente de metal tranzițional, cum ar fi cuprul și zincul. Multe studii [1,2,3] au relevat mecanismul de inhibare a coroziunii al compușilor azolici pe suprafețele metalice. GPBrown [3] a sintetizat cu succes benzimidazol, cupru (II), zinc (II) și alte elemente de metal de tranziție ale polimerilor organometalici și a descris rezistența excelentă la temperaturi ridicate a poli(benzimidazol-zinc) prin caracteristica TGA. Datele GPBrown TGA arată că temperatura de degradare a poli(benzimidazol-zinc) este de până la 400°C în aer și 500°C într-o atmosferă de azot, în timp ce temperatura de degradare a poli(benzimidazol-cupru) este de numai 250°C. . Noul film HTOSP dezvoltat recent se bazează pe proprietățile chimice ale poli(benzimidazol-zinc), care are cea mai bună rezistență la căldură.

Filmul OSP este compus în principal din polimeri organometalici și molecule organice mici antrenate în timpul procesului de depunere, cum ar fi acizii grași și compușii azolici. Polimerii organometalici asigură rezistența necesară la coroziune, aderența la suprafața cuprului și duritatea suprafeței OSP. Temperatura de degradare a polimerului organometalic trebuie să fie mai mare decât punctul de topire al lipiturii fără plumb pentru a rezista procesului fără plumb. În caz contrar, filmul OSP se va degrada după ce a fost procesat printr-un proces fără plumb. Temperatura de degradare a filmului OSP depinde în mare măsură de rezistența la căldură a polimerului organometalic. Un alt factor important care afectează rezistența la oxidare a cuprului este volatilitatea compușilor azolici, cum ar fi benzimidazolul și fenilimidazolul. Moleculele mici ale filmului OSP se vor evapora în timpul procesului de refluere fără plumb, ceea ce va afecta rezistența la oxidare a cuprului. Cromatografia gazoasă-spectrometria de masă (GC-MS), analiza termogravimetrică (TGA) și spectroscopia fotoelectronilor (XPS) pot fi utilizate pentru a explica științific rezistența la căldură a OSP.

1. Analiza cromatografie gazoasă-spectrometrie de masă

Plăcile de cupru testate au fost acoperite cu: a) o nouă peliculă HTOSP; b) un film OSP standard industrial; și c) un alt film OSP industrial. Răzuiți aproximativ 0.74-0.79 mg de film OSP de pe placa de cupru. Aceste plăci de cupru acoperite și mostrele răzuite nu au suferit niciun tratament de reflux. Acest experiment folosește instrumentul H/P6890GC/MS și folosește seringă fără seringă. Seringile fără seringi pot desorbi direct probele solide în camera probei. Seringa fără seringă poate transfera proba în tubul mic de sticlă la intrarea cromatografului în gaz. Gazul purtător poate aduce continuu compușii organici volatili în coloana de gaz cromatograf pentru colectare și separare. Așezați proba aproape de partea superioară a coloanei, astfel încât desorbția termică să poată fi repetată eficient. După ce au fost desorbite suficiente probe, cromatografia de gaz a început să funcționeze. În acest experiment, a fost utilizată o coloană de cromatografie în gaz RestekRT-1 (0.25mmid×30m, grosimea filmului de 1.0μm). Programul de creștere a temperaturii coloanei de cromatografie gazoasă: După încălzire la 35°C timp de 2 minute, temperatura începe să crească la 325°C, iar viteza de încălzire este de 15°C/min. Conditiile de desorbtie termica sunt: ​​dupa incalzire la 250°C timp de 2 minute. Raportul masă/sarcină al compușilor organici volatili separați este detectat prin spectrometrie de masă în intervalul 10-700 daltoni. Se înregistrează și timpul de retenție al tuturor moleculelor organice mici.

2. Analiza termogravimetrice (TGA)

În mod similar, un nou film HTOSP, un film OSP standard industrial și un alt film OSP industrial au fost acoperite pe mostre. Aproximativ 17.0 mg de peliculă OSP au fost răzuite de pe placa de cupru ca probă de testare a materialului. Înainte de testul TGA, nici proba și nici filmul nu pot suferi vreun tratament de reflow fără plumb. Utilizați 2950TA de la TA Instruments pentru a efectua testul TGA sub protecție cu azot. Temperatura de lucru a fost menţinută la temperatura camerei timp de 15 minute, apoi a crescut la 700°C cu o viteză de 10°C/min.

3. Spectroscopie fotoelectronică (XPS)

Spectroscopia fotoelectronilor (XPS), cunoscută și sub denumirea de Spectroscopie electronică de analiză chimică (ESCA), este o metodă de analiză chimică a suprafeței. XPS poate măsura compoziția chimică de 10 nm a suprafeței de acoperire. Acoperiți filmul HTOSP și filmul OSP standard industrial pe placa de cupru, apoi treceți prin 5 refluxuri fără plumb. XPS a fost folosit pentru a analiza filmul HTOSP înainte și după tratamentul de reflow. Filmul OSP standard în industrie după 5 reflow fără plumb a fost, de asemenea, analizat de XPS. Instrumentul folosit a fost VGESCALABMarkII.

4. Test de lipire prin orificiu

Utilizarea plăcilor de testare a lipirii (STV) pentru testarea lipirii prin orificii. Există un total de 10 matrice STV de plăci de testare a lipirii (fiecare matrice are 4 STV) acoperite cu o grosime a filmului de aproximativ 0.35 μm, dintre care 5 matrice STV sunt acoperite cu film HTOSP, iar celelalte 5 matrice STV sunt acoperite cu standardul industrial. Film OSP. Apoi, STV-urile acoperite sunt supuse unei serii de tratamente de reflow fără plumb, la temperatură înaltă, în cuptorul de refluxare a pastei de lipit. Fiecare condiție de testare include 0, 1, 3, 5 sau 7 refluxuri consecutive. Există 4 STV-uri pentru fiecare tip de film pentru fiecare condiție de testare a refluxului. După procesul de reflow, toate STV-urile sunt procesate pentru lipire la temperaturi ridicate și fără plumb. Lipibilitatea orificiilor traversante poate fi determinată prin inspectarea fiecărui STV și calculând numărul de orificii traversante umplute corect. Criteriul de acceptare pentru găurile traversante este ca lipitura umplută să fie umplută până la partea superioară a găurii traversante placate sau la marginea superioară a găurii traversante.