Hiệu suất và Đặc tính của Phim OSP trong Quy trình Không dẫn đầu của PCB Sao chép bảng

OSP (Màng bảo vệ có thể hòa tan hữu cơ) được coi là quy trình xử lý bề mặt tốt nhất do khả năng hàn tuyệt vời, quy trình đơn giản và chi phí thấp.

Trong bài báo này, giải hấp nhiệt-sắc ký khí-khối phổ (TD-GC-MS), phân tích trọng lượng nhiệt (TGA) và quang phổ quang điện tử (XPS) được sử dụng để phân tích các đặc tính chịu nhiệt của một thế hệ mới của màng OSP chịu nhiệt độ cao. Sắc ký khí kiểm tra các thành phần hữu cơ phân tử nhỏ trong màng OSP chịu nhiệt độ cao (HTOSP) có ảnh hưởng đến khả năng hàn. Đồng thời, nó cho thấy rằng alkylbenzimidazole-HT trong màng OSP chịu nhiệt độ cao có rất ít độ bay hơi. Dữ liệu TGA cho thấy phim HTOSP có nhiệt độ suy giảm cao hơn so với phim OSP tiêu chuẩn công nghiệp hiện tại. Dữ liệu XPS cho thấy sau 5 lần nung lại OSP nhiệt độ cao không chì, hàm lượng oxy chỉ tăng khoảng 1%. Các cải tiến trên liên quan trực tiếp đến các yêu cầu về khả năng hàn không chì trong công nghiệp.

Phim OSP đã được sử dụng trong bảng mạch trong nhiều năm. Nó là một màng polyme cơ kim loại được hình thành do phản ứng của các hợp chất azole với các nguyên tố kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn như đồng và kẽm. Nhiều nghiên cứu [1,2,3] đã tiết lộ cơ chế ức chế ăn mòn của các hợp chất azole trên bề mặt kim loại. GPBrown [3] đã tổng hợp thành công benzimidazole, đồng (II), kẽm (II) và các nguyên tố kim loại chuyển tiếp khác của polyme cơ kim, và mô tả khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời của poly (benzimidazole-zinc) thông qua đặc tính TGA. Dữ liệu TGA của GPBrown cho thấy nhiệt độ phân hủy của poly (benzimidazole-kẽm) cao tới 400 ° C trong không khí và 500 ° C trong môi trường nitơ, trong khi nhiệt độ phân hủy của poly (benzimidazole-đồng) chỉ là 250 ° C . Màng HTOSP mới được phát triển gần đây dựa trên các đặc tính hóa học của poly (benzimidazole-kẽm), có khả năng chịu nhiệt tốt nhất.

Màng OSP chủ yếu bao gồm các polyme cơ kim loại và các phân tử hữu cơ nhỏ bị cuốn vào trong quá trình lắng đọng, chẳng hạn như axit béo và các hợp chất azole. Polyme cơ kim loại cung cấp khả năng chống ăn mòn cần thiết, độ bám dính bề mặt đồng và độ cứng bề mặt của OSP. Nhiệt độ phân huỷ của polyme cơ kim phải cao hơn nhiệt độ nóng chảy của vật hàn không chì để chịu được quá trình không chì. Nếu không, màng OSP sẽ giảm chất lượng sau khi được xử lý bằng quy trình không có chì. Nhiệt độ phân hủy của màng OSP phần lớn phụ thuộc vào khả năng chịu nhiệt của polyme cơ kim loại. Một yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến khả năng chống oxy hóa của đồng là tính dễ bay hơi của các hợp chất azole, chẳng hạn như benzimidazole và phenylimidazole. Các phân tử nhỏ của màng OSP sẽ bay hơi trong quá trình nung chảy không chì, điều này sẽ ảnh hưởng đến khả năng chống oxy hóa của đồng. Sắc ký khí-khối phổ (GC-MS), phân tích trọng lượng nhiệt (TGA) và quang phổ quang điện tử (XPS) có thể được sử dụng để giải thích một cách khoa học khả năng chịu nhiệt của OSP.

1. Phân tích sắc ký khí-khối phổ

Các tấm đồng được thử nghiệm được phủ bằng: a) màng HTOSP mới; b) phim OSP tiêu chuẩn công nghiệp; và c) phim OSP công nghiệp khác. Cạo khoảng 0.74-0.79 mg màng OSP từ tấm đồng. Các tấm đồng tráng này và các mẫu đã cạo chưa trải qua bất kỳ quá trình xử lý nóng chảy nào. Thí nghiệm này sử dụng thiết bị H / P6890GC / MS và sử dụng ống tiêm không có ống tiêm. Bơm tiêm không có ống tiêm có thể trực tiếp khử hấp thụ các mẫu rắn trong buồng mẫu. Ống tiêm không có ống tiêm có thể chuyển mẫu trong ống thủy tinh nhỏ đến đầu vào của máy sắc ký khí. Khí mang có thể liên tục đưa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi đến cột sắc ký khí để thu và tách. Đặt mẫu gần đầu cột để quá trình giải hấp nhiệt được lặp lại một cách hiệu quả. Sau khi đủ số lượng mẫu đã được khử hấp thụ, sắc ký khí bắt đầu hoạt động. Trong thí nghiệm này, cột sắc ký khí RestekRT-1 (0.25mm x 30m, độ dày màng 1.0 μm) đã được sử dụng. Chương trình tăng nhiệt của cột sắc ký khí: Sau khi gia nhiệt ở 35 ° C trong 2 phút, nhiệt độ bắt đầu tăng lên 325 ° C, và tốc độ gia nhiệt là 15 ° C / phút. Điều kiện giải hấp nhiệt là: sau khi nung ở 250 ° C trong 2 phút. Tỷ lệ khối lượng / điện tích của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi đã tách được phát hiện bằng phương pháp khối phổ trong khoảng 10-700tons. Thời gian lưu của tất cả các phân tử hữu cơ nhỏ cũng được ghi lại.

2. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)

Tương tự, một màng HTOSP mới, một màng OSP tiêu chuẩn công nghiệp và một màng OSP công nghiệp khác đã được phủ trên các mẫu. Khoảng 17.0 mg màng OSP được cạo từ tấm đồng để làm mẫu thử vật liệu. Trước khi thử nghiệm TGA, cả mẫu và phim đều không thể trải qua bất kỳ quá trình xử lý nung chảy không chứa chì nào. Sử dụng TA Instruments ‘2950TA để thực hiện kiểm tra TGA trong điều kiện bảo vệ nitơ. Nhiệt độ làm việc được giữ ở nhiệt độ phòng trong 15 phút, sau đó tăng lên 700 ° C với tốc độ 10 ° C / phút.

3. Quang phổ quang điện tử (XPS)

Quang phổ quang điện tử (XPS), còn được gọi là Quang phổ điện tử phân tích hóa học (ESCA), là một phương pháp phân tích bề mặt hóa học. XPS có thể đo thành phần hóa học 10nm của bề mặt lớp phủ. Phủ phim HTOSP và phim OSP tiêu chuẩn công nghiệp lên tấm đồng, sau đó trải qua 5 lần cán không chì. XPS được sử dụng để phân tích phim HTOSP trước và sau khi điều trị chỉnh lưu. Phim OSP tiêu chuẩn công nghiệp sau 5 lần chỉnh lại không có chì cũng được phân tích bởi XPS. Công cụ được sử dụng là VGESCALABMarkII.

4. Thông qua kiểm tra khả năng hàn lỗ

Sử dụng bảng kiểm tra khả năng hàn (STV) để kiểm tra khả năng hàn xuyên lỗ. Có tổng cộng 10 mảng STV của bảng kiểm tra khả năng hàn (mỗi mảng có 4 STV) được phủ với độ dày màng khoảng 0.35μm, trong đó 5 mảng STV được phủ bằng phim HTOSP, và 5 mảng STV khác được phủ theo tiêu chuẩn công nghiệp Phim OSP. Sau đó, các STV được tráng phủ trải qua một loạt các xử lý nung chảy lại nhiệt độ cao, không chứa chì trong lò nung chảy lại chất hàn. Mỗi điều kiện thử nghiệm bao gồm 0, 1, 3, 5 hoặc 7 lần đổ lại liên tiếp. Có 4 STV cho mỗi loại phim cho mỗi điều kiện thử nghiệm chỉnh lại. Sau quá trình làm nóng lại, tất cả các STV được xử lý để hàn sóng không chì và nhiệt độ cao. Khả năng hàn xuyên lỗ có thể được xác định bằng cách kiểm tra từng STV và tính toán số lượng lỗ xuyên được lấp đầy chính xác. Tiêu chí chấp nhận đối với lỗ xuyên là vật hàn đã được lấp đầy phải được lấp đầy vào đầu của lỗ xuyên được mạ hoặc mép trên của lỗ xuyên qua.