Pagganap at Katangian ng OSP na Pelikulang sa Prosesong Walang Pangunahin ng PCB Copy Board

Ang OSP (Organic Solderable Protective Film) ay itinuturing na pinakamahusay na proseso ng paggamot sa ibabaw dahil sa mahusay nitong solderability, simpleng proseso at mababang gastos.

Sa papel na ito, ginagamit ang thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry (TD-GC-MS), thermogravimetric analysis (TGA) at photoelectron spectroscopy (XPS) upang pag-aralan ang mga katangian ng heat resistance ng isang bagong henerasyon ng mga pelikulang OSP na lumalaban sa mataas na temperatura. Sinusuri ng gas chromatography ang maliliit na molekular na organic na bahagi sa high temperature resistant OSP film (HTOSP) na nakakaapekto sa solderability. Kasabay nito, ipinapakita nito na ang alkylbenzimidazole-HT sa mataas na temperatura na lumalaban sa OSP film ay may napakakaunting pagkasumpungin. Ang data ng TGA ay nagpapakita na ang HTOSP film ay may mas mataas na temperatura ng pagkasira kaysa sa kasalukuyang industriya ng standard na OSP film. Ipinapakita ng data ng XPS na pagkatapos ng 5 lead-free reflow ng OSP na may mataas na temperatura, tumaas lang ng humigit-kumulang 1%. Ang mga pagpapabuti sa itaas ay direktang nauugnay sa mga kinakailangan ng pang-industriyang lead-free solderability.

Ang OSP film ay ginagamit sa mga circuit board sa loob ng maraming taon. Ito ay isang organometallic polymer film na nabuo sa pamamagitan ng reaksyon ng mga azole compound na may mga elemento ng transition metal, tulad ng tanso at sink. Maraming mga pag-aaral [1,2,3] ang nagsiwalat ng mekanismo ng pagsugpo ng kaagnasan ng mga azole compound sa mga ibabaw ng metal. Matagumpay na na-synthesize ng GPBrown [3] ang benzimidazole, copper (II), zinc (II) at iba pang elemento ng transition metal ng organometallic polymers, at inilarawan ang mahusay na mataas na temperatura na resistensya ng poly(benzimidazole-zinc) sa pamamagitan ng katangian ng TGA. Ipinapakita ng data ng TGA ng GPBrown na ang temperatura ng degradasyon ng poly(benzimidazole-zinc) ay kasing taas ng 400°C sa hangin at 500°C sa nitrogen atmosphere, habang ang degradation temperature ng poly(benzimidazole-copper) ay 250°C lamang . Ang kamakailang binuo na bagong HTOSP film ay batay sa mga kemikal na katangian ng poly(benzimidazole-zinc), na may pinakamahusay na paglaban sa init.

Pangunahing binubuo ang OSP film ng mga organometallic polymers at maliliit na organikong molekula na na-entrain sa panahon ng proseso ng pagtitiwalag, tulad ng mga fatty acid at azole compound. Ang mga organometallic polymer ay nagbibigay ng kinakailangang paglaban sa kaagnasan, pagdirikit sa ibabaw ng tanso, at katigasan ng ibabaw ng OSP. Ang temperatura ng pagkasira ng organometallic polymer ay dapat na mas mataas kaysa sa melting point ng lead-free solder upang mapaglabanan ang lead-free na proseso. Kung hindi, ang OSP film ay mababawasan pagkatapos maproseso ng isang walang lead na proseso. Ang temperatura ng pagkasira ng OSP film ay higit sa lahat ay nakasalalay sa paglaban ng init ng organometallic polymer. Ang isa pang mahalagang kadahilanan na nakakaapekto sa paglaban sa oksihenasyon ng tanso ay ang pagkasumpungin ng mga azole compound, tulad ng benzimidazole at phenylimidazole. Ang maliliit na molekula ng OSP film ay sumingaw sa panahon ng walang lead na proseso ng reflow, na makakaapekto sa oxidation resistance ng tanso. Ang gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), thermogravimetric analysis (TGA) at photoelectron spectroscopy (XPS) ay maaaring gamitin sa siyentipikong ipaliwanag ang heat resistance ng OSP.

1. Gas chromatography-mass spectrometry analysis

Ang mga copper plate na nasubok ay pinahiran ng: a) isang bagong HTOSP film; b) isang pang-industriya na OSP na pelikula; at c) isa pang pang-industriyang OSP na pelikula. I-scrape ang tungkol sa 0.74-0.79 mg ng OSP film mula sa copper plate. Ang mga coated copper plate na ito at ang mga nasimot na sample ay hindi sumailalim sa anumang reflow treatment. Ang eksperimentong ito ay gumagamit ng H/P6890GC/MS na instrumento, at gumagamit ng syringe na walang syringe. Ang mga syringe na walang syringe ay maaaring direktang mag-desorb ng mga solidong sample sa sample chamber. Maaaring ilipat ng syringe na walang hiringgilya ang sample sa maliit na glass tube sa pasukan ng gas chromatograph. Ang carrier gas ay maaaring patuloy na dalhin ang pabagu-bago ng isip na organic compound sa column ng gas chromatograph para sa koleksyon at paghihiwalay. Ilagay ang sample malapit sa tuktok ng column upang epektibong maulit ang thermal desorption. Matapos ma-desorbed ang sapat na mga sample, nagsimulang gumana ang gas chromatography. Sa eksperimentong ito, ginamit ang isang RestekRT-1 (0.25mmid×30m, film thickness of 1.0μm) na column ng gas chromatography. Ang programa ng pagtaas ng temperatura ng column ng gas chromatography: Pagkatapos magpainit sa 35°C sa loob ng 2 minuto, ang temperatura ay magsisimulang tumaas sa 325°C, at ang heating rate ay 15°C/min. Ang mga kondisyon ng thermal desorption ay: pagkatapos magpainit sa 250°C sa loob ng 2 minuto. Ang mass/charge ratio ng mga pinaghiwalay na pabagu-bago ng isip na organic compound ay nakita ng mass spectrometry sa hanay na 10-700daltons. Ang oras ng pagpapanatili ng lahat ng maliliit na organikong molekula ay naitala din.

2. Thermogravimetric analysis (TGA)

Katulad nito, isang bagong HTOSP film, isang pang-industriyang OSP film, at isa pang pang-industriya na OSP film ang pinahiran sa mga sample. Humigit-kumulang 17.0 mg ng OSP film ang na-scrap mula sa copper plate bilang sample ng materyal na pagsubok. Bago ang pagsubok sa TGA, hindi maaaring sumailalim ang sample o ang pelikula sa anumang paggamot na walang lead na reflow. Gamitin ang TA Instruments’ 2950TA para magsagawa ng TGA test sa ilalim ng nitrogen protection. Ang temperatura ng pagtatrabaho ay pinananatili sa temperatura ng silid sa loob ng 15 minuto, at pagkatapos ay tumaas sa 700 ° C sa bilis na 10 ° C / min.

3. Photoelectron spectroscopy (XPS)

Ang Photoelectron Spectroscopy (XPS), na kilala rin bilang Chemical Analysis Electron Spectroscopy (ESCA), ay isang paraan ng pagsusuri sa ibabaw ng kemikal. Maaaring sukatin ng XPS ang 10nm chemical composition ng coating surface. Pahiran ang HTOSP film at industry standard na OSP film sa copper plate, at pagkatapos ay dumaan sa 5 lead-free reflow. Ginamit ang XPS upang pag-aralan ang HTOSP film bago at pagkatapos ng reflow treatment. Ang industriya-standard na OSP film pagkatapos ng 5 lead-free reflow ay sinuri din ng XPS. Ang ginamit na instrumento ay VGESCALABMarkII.

4. Sa pamamagitan ng hole solderability test

Paggamit ng solderability test boards (STVs) para sa through-hole solderability testing. Mayroong kabuuang 10 solderability test board STV arrays (bawat array ay may 4 STVs) na pinahiran ng film na humigit-kumulang 0.35μm, kung saan 5 STV arrays ay pinahiran ng HTOSP film, at ang iba pang 5 STV arrays ay pinahiran ng industry standard OSP na pelikula. Pagkatapos, ang mga pinahiran na STV ay sumasailalim sa isang serye ng mga high-temperature, walang lead na reflow treatment sa solder paste reflow oven. Kasama sa bawat kundisyon ng pagsubok ang 0, 1, 3, 5 o 7 magkakasunod na reflow. Mayroong 4 na STV para sa bawat uri ng pelikula para sa bawat kondisyon ng pagsubok sa reflow. Pagkatapos ng proseso ng reflow, ang lahat ng STV ay pinoproseso para sa mataas na temperatura at walang lead na paghihinang ng alon. Ang through-hole solderability ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pag-inspeksyon sa bawat STV at pagkalkula ng bilang ng mga wastong napuno na through-hole. Ang criterion sa pagtanggap para sa through hole ay ang napunong solder ay dapat punan sa tuktok ng plated through hole o sa itaas na gilid ng through hole.