PCB-Technologie - Bleifreie Prozess OSP Folie für die Leiterplattentechnik

Um den dringenden Anforderungen der Elektronikindustrie nach dem Bleiverbot gerecht zu werden, die gedruckte Leiterplattenindustrie is shifting the final surface treatment from hot-air leveling tin spray (tin-lead eutectic) to other surface treatments, including organic protective film (OSP), Immersionssilber, Immersion Zinn und chemisches Nickel Immersion Gold. OSP-Folie gilt aufgrund seiner hervorragenden Lötbarkeit als die beste Wahl, Einfacher Prozess und geringe Betriebskosten.

In dieser Arbeit werden thermische Desorptionsgaschromatographie-Massenspektrometrie (TD-GC-MS), thermogravimetrische Analyse (TGA) und Photoelektronenspektroskopie (XPS) verwendet, um die Hitzebeständigkeitseigenschaften einer neuen Generation hochtemperaturbeständiger OSP-Filme zu analysieren. Gaschromatographie prüft die kleinen molekularen organischen Komponenten im hochtemperaturbeständigen OSP-Film (HTOSP), die die Lötbarkeit beeinflussen, und zeigt gleichzeitig, dass das Alkylbenzimidazol-HT im hochtemperaturbeständigen OSP-Film sehr wenig Flüchtigkeit aufweist. Die TGA-Daten zeigen, dass die HTOSP-Folie eine höhere Abbautemperatur aufweist als die aktuelle Industriestandard-OSP-Folie. XPS-Daten zeigen, dass nach fünf bleifreien Reflows von Hochtemperatur-OSP der Sauerstoffgehalt nur um etwa 1%. Die oben genannten Verbesserungen stehen in direktem Zusammenhang mit den Anforderungen an die bleifreie industrielle Lötbarkeit.

OSP-Folie wird seit vielen Jahren in Leiterplatten verwendet. Es ist ein organischer Polymerfilm, der durch die Reaktion von Azolverbindungen mit Übergangsmetallelementen wie Kupfer und Zink gebildet wird. Viele Studien haben den Korrosionshemmungsmechanismus von Azolverbindungen auf Metalloberflächen aufgedeckt. G.P.Brown synthetisierte erfolgreich Benzimidazol, Kupfer (II), Zink (II) und andere Übergangsmetallelemente von organometallischen Polymeren und beschrieb die ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit von Poly (Benzimidazol-Zink) durch TGA. G.P.Brownâs TGA-Daten zeigen, dass die Abbautemperatur von Poly(Benzimidazol-Zink) in der Luft und 500°C in einer Stickstoffatmosphäre ist, während die Abbautemperatur von Poly(Benzimidazol-Kupfer) nur 250°C beträgt. Die kürzlich entwickelte neue HTOSP-Folie basiert auf den chemischen Eigenschaften von Poly(Benzimidazol-Zink), das die beste Hitzebeständigkeit aufweist.

OSP-Film besteht hauptsächlich aus organometallischen Polymeren und kleinen organischen Molekülen, die während des Depositionsprozesses eingebracht werden, wie Fettsäuren und Azolverbindungen. Organometallische Polymere bieten die notwendige Korrosionsbeständigkeit, Haftung der Kupferoberfläche, und Oberflächenhärte von OSP. Die Abbautemperatur des metallorganischen Polymers muss höher als der Schmelzpunkt des bleifreien Lots sein, um dem bleifreien Prozess standzuhalten. Kopieren von Leiterplatten. Ansonsten, Der OSP-Film wird nach der Verarbeitung durch den bleifreien Prozess der Leiterplatte abgebaut. Die Abbautemperatur der OSP-Folie hängt weitgehend von der Hitzebeständigkeit des metallorganischen Polymers ab. Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Oxidationsbeständigkeit von Kupfer beeinflusst, ist die Flüchtigkeit von Azolverbindungen, wie Benzimidazol und Phenylimidazol. Die kleinen Moleküle des OSP-Films verdampfen während des bleifreien Reflow-Prozesses, die die Oxidationsbeständigkeit von Kupfer beeinflussen wird. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), thermogravimetric analysis (TGA), and photoelectron spectroscopy (XPS) can be used to scientifically explain the heat resistance of OSP.

Experiment

1. Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Analyse

Die getesteten Kupferplatten wurden mit: a) einer neuen HTOSP-Folie beschichtet; b) eine branchenübliche OSP-Folie; und c) eine weitere industrielle OSP-Folie. Kratzen Sie etwa 0,74-0,79 mg OSP-Folie von der Kupferplatte ab. Diese beschichteten Kupferplatten und die abgekratzten Proben wurden keiner Reflow-Behandlung unterzogen. Dieses Experiment verwendet H/P6890GC/MS Instrument und verwendet Spritze ohne Spritze. Spritzen-freie Spritzen können feste Proben direkt in der Probenkammer desorbieren. Die Spritze ohne Spritze kann die Probe in der kleinen Glasröhre zum Einlass des Gaschromatographen übertragen. Das Trägergas kann die flüchtigen organischen Verbindungen kontinuierlich zur Gaschromatographensäule zur Sammlung und Trennung bringen. Platzieren Sie die PCB-Probe nahe an der Oberseite der Säule, damit die thermische Desorption effektiv wiederholt werden kann. Nachdem genügend Proben desorbiert wurden, begann die Gaschromatographie zu arbeiten. In diesem Experiment wurde eine RestekRT-1 (0,25mmid*30m, Schichtdicke von 1,0μm) Gaschromatografiesäule verwendet. Das Temperaturanstiegsprogramm der Gaschromatographie-Säule: Nach dem Erhitzen bei 35°C für zwei Minuten beginnt die Temperatur auf 325°C zu steigen, und die Heizrate beträgt 15°C/min. Die thermischen Desorptionsbedingungen sind: nach dem Erhitzen bei 250°C für zwei Minuten. Das Masse/Ladungsverhältnis der abgetrennten flüchtigen organischen Verbindungen wird mittels Massenspektrometrie im Bereich von 10-700dalton nachgewiesen. Die Retentionszeit aller kleinen organischen Moleküle wird ebenfalls erfasst.

2. Thermogravimetrische Analyse (TGA)

Ebenso wurden eine neue HTOSP-Folie, eine Industriestandard-OSP-Folie und eine weitere industrielle OSP-Folie auf den Proben beschichtet. Etwa 17,0 mg OSP-Folie wurde als Materialprobe von der Kupferplatte abgekratzt. Vor dem TGA-Test können weder Probe noch Folie bleifrei reflow behandelt werden. Verwenden Sie den 2950TA von TA Instruments, um TGA-Test unter Stickstoffschutz durchzuführen. Die Arbeitstemperatur wurde für 15-Minuten bei Raumtemperatur gehalten und dann auf 700°C mit einer Rate von 10°C/min angehoben.

3. Photoelektronenspektroskopie (XPS)

Die Photoelektronenspektroskopie (XPS), auch Chemical Analysis Electron Spectroscopy (ESCA) genannt, ist eine chemische Oberflächenanalysemethode. XPS kann die 10nm chemische Zusammensetzung der Beschichtungsoberfläche messen. Beschichten Sie die HTOSP-Folie und den Industriestandard-OSP-Film auf der Kupferplatte und gehen Sie dann durch fünf bleifreie Reflows. XPS wurde verwendet, um den HTOSP-Film vor und nach der Reflow-Behandlung zu analysieren. Die branchenübliche OSP-Folie nach 5-bleifreiem Reflow wurde ebenfalls von XPS analysiert. Das verwendete Instrument war VGESCALABMarkII.

4. PCB durch Loch Lötbarkeitstest

Verwendung von Lötbarkeitsprüfplatinen (STVs) für Durchlötbarkeitsprüfungen. Es gibt insgesamt zehn Lötbarkeitsprüfplatinen STV-Arrays (jedes Array hat 4 STVs), die mit einer Filmdicke von etwa 0.35μm beschichtet sind, von denen 5 STV-Arrays mit HTOSP-Film beschichtet sind, und die anderen 5 STV-Arrays sind mit Industriestandard-OSP-Folie beschichtet. Anschließend durchlaufen die beschichteten STVs eine Reihe von bleifreien Hochtemperatur-Reflow-Behandlungen im Lötpastenreflow-Ofen. Jede Testbedingung umfasst 0, 1, 3, 5 oder 7 aufeinanderfolgende Reflows. Es gibt vier STVs für jede Art von Folie für jede Reflow-Testbedingung. Nach dem Reflow-Prozess werden alle STVs für Hochtemperatur- und bleifreies Wellenlöten verarbeitet. Die Durchlötbarkeit kann durch Inspektion jedes STV und Berechnung der Anzahl der korrekt gefüllten Durchlöcher bestimmt werden. Das Akzeptanzkriterium für Durchgangslöcher ist, dass das gefüllte Lot bis zur Oberseite des überzogenen Durchgangslochs oder der oberen Kante des Durchgangslochs gefüllt werden muss.

Jeder STV hat 1196 Durchgangslöcher

10milholes-Fourgrids,100holeseachgridsquareandru ndpads

20milholes-Fourgrids,100holeseachgridsquareandru ndpads

30milholes-Fourgrids,100holeseachgridsquareandru ndpads

5. Testen Sie die Lötbarkeit durch eine Zinn-Dip Balance

Die Lötbarkeit des OSP-Films kann auch durch den Dip-Zinn-Balancetest bestimmt werden. Beschichten Sie die HTOS P-Folie auf dem Prüfpanel der eingetauchten Zinnwaage, nach 7-mal bleifreiem Reflow, Tpeak=262 Grad Celsius. Verwenden Sie BTUTRS in Kombination mit IR-/Konvektionsreflow-Ofen zur Reflow-Behandlung in der Luft. Führen Sie einen Nass-Zinn-Balancetest gemäß IPC/EIAJ-STD-003A Abschnitt 4.3.1.4 durch, indem Sie den automatisierten Nass-Zinn-Balancetester "RoboticProcessSystems", den EF-8000 Flussmittel, das nicht saubere Flussmittel und das Legierungslöt SAC305 verwenden.

6. Prüfung der Klebkraft des Leiterplattenlötens

Leiterplattenschweißen Haftkraft kann durch Scherkraft gemessen werden. Coat the HTOSP film on the BGA pad test board (diameter 0.76mm), deren Dicke 0 ist.25 und 0.48μm, und durchläuft drei bleifreie Reflow-Behandlungen mit einer maximalen Temperatur von 262°C. Und verwenden Sie passende Lötpaste zum Löten auf das Pad, the solder ball is SAC305 alloy (diameter 0.76mm). Der Scherversuch wurde mit einem DagePC-400 Haftprüfgerät mit einer Schergeschwindigkeit von 200μm durchgeführt/siehe.