OSP Filminin Kurşunsuz Sürecinde Performansı ve Karakterizasyonu PCB Panoyu Kopyala

OSP (Organik Lehimlenebilir Koruyucu Film), mükemmel lehimlenebilirliği, basit prosesi ve düşük maliyeti nedeniyle en iyi yüzey işleme prosesi olarak kabul edilir.

Bu yazıda, yeni nesil yüksek sıcaklığa dayanıklı OSP filmlerinin ısı direnci özelliklerini analiz etmek için termal desorpsiyon-gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi (TD-GC-MS), termogravimetrik analiz (TGA) ve fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanılmıştır. Gaz kromatografisi, yüksek sıcaklığa dayanıklı OSP filmindeki (HTOSP) lehimlenebilirliği etkileyen küçük moleküler organik bileşenleri test eder. Aynı zamanda, yüksek sıcaklığa dayanıklı OSP filmindeki alkilbenzimidazol-HT’nin çok az uçuculuğa sahip olduğunu göstermektedir. TGA verileri, HTOSP filminin mevcut endüstri standardı OSP filminden daha yüksek bir bozunma sıcaklığına sahip olduğunu göstermektedir. XPS verileri, yüksek sıcaklıklı OSP’nin 5 kurşunsuz yeniden akışından sonra oksijen içeriğinin yalnızca yaklaşık %1 arttığını göstermektedir. Yukarıdaki iyileştirmeler, endüstriyel kurşunsuz lehimlenebilirlik gereksinimleriyle doğrudan ilgilidir.

OSP filmi uzun yıllardır devre kartlarında kullanılmaktadır. Azol bileşiklerinin bakır ve çinko gibi geçiş metal elementleri ile reaksiyona girmesiyle oluşan organometalik bir polimer filmdir. Birçok çalışma [1,2,3] metal yüzeylerde azol bileşiklerinin korozyon önleme mekanizmasını ortaya çıkarmıştır. GPBrown [3] benzimidazol, bakır (II), çinko (II) ve organometalik polimerlerin diğer geçiş metal elementlerini başarılı bir şekilde sentezledi ve poli(benzimidazol-çinko) ile TGA karakteristiğinin mükemmel yüksek sıcaklık direncini tanımladı. GPBrown’un TGA verileri, poli(benzimidazol-çinko) bozunma sıcaklığının havada 400°C ve nitrojen atmosferinde 500°C kadar yüksek olduğunu gösterirken, poli(benzimidazol-bakır) bozunma sıcaklığı sadece 250°C’dir. . Yakın zamanda geliştirilen yeni HTOSP filmi, en iyi ısı direncine sahip olan poli(benzimidazol-çinko) kimyasal özelliklerine dayanmaktadır.

OSP filmi esas olarak yağ asitleri ve azol bileşikleri gibi biriktirme işlemi sırasında taşınan organometalik polimerlerden ve küçük organik moleküllerden oluşur. Organometalik polimerler, OSP’nin gerekli korozyon direncini, bakır yüzey yapışmasını ve yüzey sertliğini sağlar. Organometalik polimerin bozunma sıcaklığı, kurşunsuz işleme dayanabilmesi için kurşunsuz lehimin erime noktasından daha yüksek olmalıdır. Aksi takdirde, OSP filmi kurşunsuz bir işlemle işlendikten sonra bozulacaktır. OSP filminin bozunma sıcaklığı büyük ölçüde organometalik polimerin ısı direncine bağlıdır. Bakırın oksidasyon direncini etkileyen bir diğer önemli faktör, benzimidazol ve fenilimidazol gibi azol bileşiklerinin uçuculuğudur. OSP filminin küçük molekülleri, bakırın oksidasyon direncini etkileyecek kurşunsuz yeniden akış işlemi sırasında buharlaşacaktır. Gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi (GC-MS), termogravimetrik analiz (TGA) ve fotoelektron spektroskopisi (XPS), OSP’nin ısı direncini bilimsel olarak açıklamak için kullanılabilir.

1. Gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi analizi

Test edilen bakır plakalar aşağıdakilerle kaplanmıştır: a) yeni bir HTOSP filmi; b) endüstri standardı bir OSP filmi; ve c) başka bir endüstriyel OSP filmi. Bakır plakadan yaklaşık 0.74-0.79 mg OSP filmi kazıyın. Bu kaplanmış bakır levhalar ve kazınmış numuneler herhangi bir yeniden akış işlemine tabi tutulmamıştır. Bu deneyde H/P6890GC/MS cihazı ve şırıngasız şırınga kullanılır. Şırıngasız şırıngalar, numune haznesindeki katı numuneleri doğrudan desorbe edebilir. Şırıngasız şırınga, küçük cam tüpteki numuneyi gaz kromatografının girişine aktarabilir. Taşıyıcı gaz, toplama ve ayırma için sürekli olarak uçucu organik bileşikleri gaz kromatograf kolonuna getirebilir. Termal desorpsiyonun etkin bir şekilde tekrarlanabilmesi için numuneyi kolonun tepesine yakın yerleştirin. Yeterli numune desorbe edildikten sonra gaz kromatografisi çalışmaya başladı. Bu deneyde RestekRT-1 (0.25mmid×30m, 1.0μm film kalınlığı) gaz kromatografi kolonu kullanıldı. Gaz kromatografi kolonunun sıcaklık artış programı: 35°C’de 2 dakika ısıtıldıktan sonra, sıcaklık 325°C’ye yükselmeye başlar ve ısıtma hızı 15°C/dk’dır. Termal desorpsiyon koşulları şunlardır: 250°C’de 2 dakika ısıtıldıktan sonra. Ayrılan uçucu organik bileşiklerin kütle/yük oranı, 10-700dalton aralığında kütle spektrometrisi ile tespit edilir. Tüm küçük organik moleküllerin alıkonma süresi de kaydedilir.

2. Termogravimetrik analiz (TGA)

Benzer şekilde, numunelerin üzerine yeni bir HTOSP filmi, endüstri standardı bir OSP filmi ve bir başka endüstriyel OSP filmi kaplandı. Malzeme test numunesi olarak bakır plakadan yaklaşık 17.0 mg OSP filmi kazınmıştır. TGA testinden önce, ne numune ne de film herhangi bir kurşunsuz yeniden akış işlemine tabi tutulamaz. Azot koruması altında TGA testi yapmak için TA Instruments’ 2950TA’yı kullanın. Çalışma sıcaklığı 15 dakika oda sıcaklığında tutuldu ve ardından 700°C/dk hızla 10°C’ye yükseltildi.

3. Fotoelektron spektroskopisi (XPS)

Kimyasal Analiz Elektron Spektroskopisi (ESCA) olarak da bilinen Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), bir kimyasal yüzey analiz yöntemidir. XPS, kaplama yüzeyinin 10nm kimyasal bileşimini ölçebilir. HTOSP filmini ve endüstri standardı OSP filmini bakır levha üzerine kaplayın ve ardından 5 kurşunsuz yeniden akıştan geçin. Yeniden akış işleminden önce ve sonra HTOSP filmini analiz etmek için XPS kullanıldı. 5 kurşunsuz yeniden akıştan sonra endüstri standardı OSP filmi de XPS tarafından analiz edildi. Kullanılan alet VGESCALABMarkII idi.

4. Delikten lehimlenebilirlik testi

Delikten lehimlenebilirlik testi için lehimlenebilirlik test panolarının (STV’ler) kullanılması. Yaklaşık 10μm film kalınlığı ile kaplanmış toplam 4 lehimlenebilirlik test panosu STV dizisi (her dizide 0.35 STV vardır) vardır, bunlardan 5 STV dizisi HTOSP film ile kaplanmıştır ve diğer 5 STV dizisi endüstri standardı ile kaplanmıştır. OSP filmi. Ardından, kaplanmış STV’ler, lehim pastası yeniden akış fırınında bir dizi yüksek sıcaklıkta, kurşunsuz yeniden akış işlemine tabi tutulur. Her test koşulu 0, 1, 3, 5 veya 7 ardışık yeniden akış içerir. Her yeniden akış test koşulu için her film türü için 4 STV vardır. Reflow işleminden sonra tüm STV’ler yüksek sıcaklık ve kurşunsuz dalga lehimleme için işlenir. Delikten lehimlenebilirlik, her bir STV incelenerek ve doğru doldurulmuş açık deliklerin sayısı hesaplanarak belirlenebilir. Açık delikler için kabul kriteri, doldurulmuş lehimin kaplanmış açık deliğin üstüne veya açık deliğin üst kenarına kadar doldurulması gerektiğidir.