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Propriétés de la membrane OSP dans le procédé sans plomb des panneaux de duplication des PCB
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Propriétés de la membrane OSP dans le procédé sans plomb des panneaux de duplication des PCB

Propriétés de la membrane OSP dans le procédé sans plomb des panneaux de duplication des PCB

2022-04-21
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Author:pcb

Afin de répondre aux exigences de l'industrie électronique en matière d'interdiction du plomb, Celui - ci. Circuits imprimés industry is shifting the surface treatment from hot air leveled tin spray (tin-lead eutectic) to other surface treatments, including organic protective film (OSP), Argent coulé, Trempage de l'étain et du nickel électrolytique trempage de l'or. Le film OSP est considéré comme le meilleur choix pour sa bonne soudabilité, Facile à manipuler, Et faibles coûts d'exploitation. Grâce à une bonne soudabilité, simplicity and low cost of OSP (Organic Solderable Protective Film), Il est considéré comme le meilleur procédé de traitement de surface. Dans cet article, thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry (TD-GC-MS), thermogravimetric analysis (TGA) and photoelectron spectroscopy (XPS) were used to analyze the related heat resistance properties of the new generation of high temperature OSP films. Gas chromatography tested the small molecular organic components that affect the solderability in the high temperature OSP film (HTOSP), Les résultats montrent également que la volatilité de l'alkylbenzimidazole HT dans les membranes OSP à haute température est très faible.. Les données TGA montrent que la température de dégradation de la membrane htosp est supérieure à celle de la membrane OSP standard de l'industrie.. Les données XPS montrent qu'après cinq reflux sans plomb, la teneur en oxygène de l'OSP à haute température n'a augmenté que d'environ 1...%.. Ces améliorations sont directement liées aux exigences de soudabilité industrielle sans plomb..

PCB board

Le film OSP a été utilisé pour Imprimé Circuits imprimés Est une membrane organométallique polymère formée par la réaction de l'Azole avec des éléments métalliques de transition tels que le cuivre et le zinc. De nombreuses études ont révélé le mécanisme d'inhibition de la corrosion des azoles sur les surfaces métalliques.. G.P.Brown successfully synthesized organometallic polymers of benzimidazole and copper(II), zinc(II) and other transition metal elements, and described the excellent high temperature resistance properties of poly(benzimidazole-zinc) by TGA. G.P.Brown's TGA data show that the degradation temperature of poly(benzimidazole-zinc) is as high as 400°C in air and 500°C in nitrogen protective atmosphere, while the degradation temperature of poly(benzimidazole-copper) is only 250°C. The recently developed new HTOSP film is based on the chemical properties of poly(benzimidazole-zinc) and thus has excellent heat resistance. La membrane OSP se compose principalement de polymères organométalliques et de petites molécules organiques entraînées., Comme les acides gras et les azoles, Période de dépôt. Les polymères organométalliques ont la résistance à la corrosion nécessaire, Adhérence de la surface en cuivre, Et dureté de surface OSP. La température de dégradation du polymère organométallique doit être supérieure au point de fusion de la soudure sans plomb pour résister au traitement sans plomb.. Sinon, Après traitement sans plomb, la membrane OSP se dégrade. La température de dégradation des films OSP dépend en grande partie de la résistance à la chaleur des polymères organométalliques.. Un autre facteur important affectant l'activité antioxydante du cuivre est la volatilité des azoles., Comme le Benzimidazole et le Benzimidazole. Evaporation of Small Molecules of OSP Membrane During Lead Free reflux, Influence donc la résistance à l'oxydation du cuivre. The thermal resistance of OSP can be scientifically demonstrated using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), thermogravimetric analysis (TGA), and photoelectron spectroscopy (XPS).

1. Analysis by gas chromatography-mass spectrometry
The copper panels tested were coated with: a) a novel HTOSP film; b) Film OSP standard de l'industrie and; c) another industrial OSP film. Environ 0.74 - 0.Gratter 79 mg de membrane OSP de la plaque de cuivre. Les tôles de cuivre revêtues et les échantillons rayés n'ont subi aucun traitement de reflux.. H/P6890gc/Le spectromètre de masse est utilisé dans cette expérience, Une seringue sans seau a été utilisée. La seringue sans seringue peut désorber l’échantillon solide directement dans la Chambre d’injection.. Une seringue sans seringue transfère l’échantillon d’un petit tube de verre à la Chambre d’injection du chromatographe en phase gazeuse. Le gaz porteur transporte continuellement des COV dans la colonne GC pour la collecte et la séparation.. Les échantillons sont placés contre le Haut de la colonne pour reproduire efficacement la désorption thermique.. Après désorption suffisante de l'échantillon, Chromatographie en phase gazeuse. Dans cette expérience,, a RestekRT-1 (0.25mmid — 30m, Épaisseur de la membrane 1.0μm) gas chromatography column was used. Procédure de chauffage de la colonne de chromatographie en phase gazeuse: après 2 Minimumutes de chauffage à 35 °C, Augmentation de la température à 325 °C, Le taux de chauffage est de 15 °C/Minimum. Conditions de désorption thermique: après 2 minutes de chauffage à 250 °C. Qualité/Le rapport de charge des composés organiques volatils isolés a été déterminé par spectrométrie de masse et variait de 10 à 700 daltons.. Le temps de rétention de toutes les petites molécules organiques a également été enregistré..

2. Thermogravimetric Analysis (TGA)
Likewise, Un nouveau film htosp, an industry standard OSP film, Une autre couche de film OSP industriel a été appliquée sur l'échantillon., Séparément.. Environ 17 ans.Gratter 0 mg de film OSP de la plaque de cuivre comme échantillon d'essai du matériau. L'échantillon et le film ne doivent pas subir de reflux sans plomb avant l'essai TGA.. TGA test is conducted under Nitrogen Protection Using 2950ta of ta instrument. La température de fonctionnement est maintenue à température ambiante pendant 15 minutes, puis portée à 700 °C à un taux de 10 °C./min.

3. Photoelectron Spectroscopy (XPS)
Photoelectron Spectroscopy (XPS), also known as Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA), Est une méthode d'analyse chimique de surface. XPS mesure la composition chimique de la surface du revêtement à 10 nm. Appliquer la membrane htosp et la membrane OSP standard de l'industrie sur la plaque de cuivre, puis effectuer 5 reflux sans plomb. La membrane htosp a été analysée par XPS avant et après le reflux. La membrane OSP standard de l'industrie après 5 reflux sans plomb a été analysée par XPS., L'instrument utilisé est vgescalab Mark II.

4. Through Hole Solderability Test
Through-hole solderability testing is performed using Solderability Test Boards (STVs). A total of 10 solderability test board STV arrays (4 STVs per array) were coated with a film thickness of approximately 0.35 ¼ m, Cinq des réseaux STV sont recouverts d'une membrane htosp et les cinq autres réseaux STV sont recouverts d'une membrane OSP standard de l'industrie.. Le STV appliqué est ensuite soumis à une série de températures élevées, Traitement du reflux sans plomb dans le four de reflux de pâte à souder. Chaque condition d'essai comprend 0, 1, 3, 5 ou 7 retours continus. 4 STV par membrane pour chaque condition d'essai de reflux. Après le processus de reflux, Tous les STV sont soudés par ondes sans plomb à haute température. La soudabilité des trous de travers peut être déterminée en vérifiant chaque STV et en calculant le nombre de trous de travers correctement remplis.. Les critères d'acceptation du passage à travers le trou sont que le remplissage de la soudure doit être rempli au Sommet du passage à travers le trou plaqué ou au bord supérieur du passage à travers le trou..
Each STV has 1196 through holes:
10milholes-Fourgrids, 100holeseachgridsquareandrou ndpads
20milholes-Fourgrids, 100holeseachgridsquareandrou ndpads
30milholes-Fourgrids, 100holeseachgridsquareandrou ndpads

5. Test solderability by tin-dipping balance
The solderability of the OSP film can also be determined by a dip tin balance test. Appliquer le film htos P sur l'échantillon d'essai d'équilibre trempé dans l'étain, Après 7 reflux sans plomb, Tmax = 262 – nuƒ. Effectuer le processus de reflux dans l'air en utilisant btutr et IR/Four à reflux convectif. Épreuve de bilan humide selon la CIB/Eiaj - STD - 003A Section 4.3.1.4, Utilisation du testeur automatique d'équilibrage d'inclinaison "Robot Process System", EF - 8000 flux, Pas de flux propre, Et sac305 alliage de soudure.

6. Welding bond strength test
Weld bond strength can be measured by shear force. The BGA pad test board (0.76mm in diameter) was coated with HTOSP films with thicknesses of 0.25 et 0.48 ¼ m, Et trois traitements de reflux sans plomb à 262 °C. Et souder la plaque de soudage avec une pâte de soudage correspondante, the solder balls are SAC305 alloy (0.76mm diameter). Essai de cisaillement à une vitesse de cisaillement de 200 ¼ m à l'aide d'une machine d'essai d'adhérence dagepc - 400/Je vois..

Results and Discussion
1. Gas chromatography-mass spectrometry
Gas chromatography-mass spectrometry can detect the volatility of organic components in OSP films. Différents produits OSP dans l'industrie contiennent différents azoles, y compris l'Imidazole et le Benzimidazole. Alkylbenzimidazole for htosp Membrane, Alkylbenzimidazole pour Membranes OSP standard, Le phénylimidazole d'autres Membranes OSP se volatilise lorsqu'il est chauffé dans une colonne de chromatographie en phase gazeuse.. Parce que les polymères organométalliques ne s'évaporent pas, Chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse. Donc,, La chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse ne peut détecter que l'Azole et d'autres petites molécules qui ne réagissent pas avec les métaux.. Dans les colonnes de chromatographie en phase gazeuse, les petites molécules moins volatiles sont généralement conservées plus longtemps dans les mêmes conditions de chauffage et de débit d'air.. Le temps de séjour de l'alkylbenzimidazole sur la membrane OSP standard est de 19 et celui de l'alkylbenzimidazole sur les autres Membranes OSP est de 19..0 min, Description Volatility of HT alkylbenzimidazole. Analyse de trois Membranes OSP par chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse, La membrane htosp contient moins d'impuretés. Les impuretés organiques dans les films OSP affectent également la soudabilité des films et provoquent une décoloration pendant le processus de reflux.. It was reported by Koji Saeki [5] that due to the lower copper ion density on the OSP membrane surface, La polymérisation à la surface de la membrane est plus faible que celle à la base de la membrane.. Les auteurs suggèrent que le Zole non réactif reste à la surface de la membrane OSP. Pendant le reflux, Plus d'ions cuivre se déplacent de la base du film à la surface, Cela donne la possibilité de réagir avec des composés azoles non réactifs dans la couche superficielle., Pour empêcher l'oxydation du cuivre. L'alkylbenzimidazole HT utilisé dans les membranes htosp est moins volatile et est donc plus susceptible de réagir avec les ions cuivre qui se déplacent de la couche inférieure à la couche superficielle., Afin de réduire l'oxydation du cuivre dans le processus de reflux. XPS peut montrer le transfert d'ions cuivre de la couche inférieure à la couche superficielle, Afin de réduire l'oxydation du cuivre dans le processus de reflux. XPS peut montrer le transfert d'ions cuivre de la couche inférieure à la couche superficielle.

2. Thermogravimetric Analysis (TGA)
Thermogravimetric analysis (TGA) measures the mass change of substances due to temperature changes, Capacité d'effectuer une analyse quantitative efficace des changements de qualité. Dans cette expérience, L'analyse thermogravimétrique est une méthode de simulation du reflux sans plomb sous protection azotée, Utilisé pour analyser la volatilisation des petites et moyennes molécules et la dégradation des macromolécules dans le processus de reflux sans plomb de la membrane OSP sous protection azotée. Les résultats de l'analyse thermogravimétrique montrent que la température de dégradation de la membrane standard industrielle os P est de 259 ., La température du film htosp est de 290 °C. Although the degradation temperature of poly(benzimidazole-zinc) is as high as 400 °C, the actual degradation temperature of HTOSP film cannot reach a high temperature of 400 °C due to the presence of poly(benzimidazole-copper) in the film. Since the chemical composition of the industry-standard OSP film is poly(benzimidazole-copper), La température de dégradation du film est plus basse, 259 °C seulement. C'est intéressant., L'autre film htosp a deux températures de dégradation, 256 °C et 356 °C, Séparément.. The reason is that this OSP film may contain iron [6], or due to the gradual decomposition of poly(phenylimidazole-iron). Résultats TGA obtenus par f. Jian and his colleagues showed that poly(imidazole-iron) also has two degradation temperatures, 216 °C et 378 °C, Séparément..

3. Photoelectron Spectroscopy
Photoelectron spectroscopy utilizes the analytical methods of photoionization and energy dispersion of emitted photoelectrons to study the composition and electronic state of the sample surface. The binding energy points of oxygen (1s), copper (2p) and zinc (2p) are shown in the XPS spectrum as 532-534eV, 932 - 934 ev et 1022 EV, Séparément.. Cette technique permet d'analyser quantitativement la composition de la surface à 10 nm à l'extérieur de l'échantillon.. Par analyse, La membrane htosp contient 5.02% O2 et 0.24% Zinc avant Reflow sans plomb. Après cinq reflux sans plomb, La membrane htosp contient 6% d'oxygène et de zinc.2% et 0.11%, Séparément.. Après 5 reflux sans plomb, Teneur en cuivre de 0.60% contre 1.73%. L'augmentation de l'ion cuivre peut être due à la migration de l'ion cuivre de la couche inférieure vers la couche superficielle pendant le reflux.. E.K. Changetc [8] also performed industry standard surface analysis of OSP films by using photoelectron spectroscopy. Avant tout traitement de reflux, Teneur en oxygène 5.0%, Puis la teneur en oxygène augmente à 9.1% et 11%.0% après 1 et 3 retours réguliers de snpb dans l'air, Séparément.. La teneur en oxygène du snpb a été portée à 6.5% après protection contre l'azote et retour. Dans cette expérience,, La spectroscopie photoélectronique montre une augmentation de la teneur en oxygène des films OSP standard industriels à 12.5% après 5 reflux sans plomb. Donc,, Avant et après 5 soudures par Reflow sans plomb, Augmentation de la teneur en oxygène de 7.5%, Plus de 1.Augmentation de 2% de la teneur en oxygène de la membrane htosp. Les propriétés de soudage du cuivre dépendent en grande partie du degré d'oxydation du cuivre et de la résistance du flux utilisé.. Donc,, La teneur en oxygène mesurée par XPS est un bon indice de résistance à la chaleur des films OSP. Comparaison avec les membranes OSP standard de l'industrie, Htosp a une meilleure résistance à la chaleur. Après 5 reflux sans plomb, L'essai de décoloration a montré que le film htosp n'avait pratiquement pas changé de couleur., Et le film OSP standard de l'industrie a une décoloration évidente. Les résultats de l'essai de décoloration sont conformes aux résultats de l'analyse XPS..

4. Solderability Test
Wetting tin balance tests show that after multiple lead-free reflows, La soudabilité à travers le trou de la membrane htosp est supérieure à la norme actuelle de l'industrie 0 s p Membrane. Ceci est compatible avec la résistance à la chaleur du film htosp. Avec l'augmentation du nombre de reflux sans plomb, T. (timetozero) will gradually increase, Mais la force de mouillage de l'étain diminuera progressivement. Cependant,, Après 7 reflux sans plomb, la membrane htosp maintient une bonne soudabilité. Les essais de cisaillement montrent que la force de cisaillement augmente graduellement jusqu'à 25 n. Parce que la force de cisaillement dépend de la section transversale de la force de cisaillement, Les résultats varieront en fonction de la forme de la bille et de l'écart entre le cisaillement et le pad.. L'auteur estime que la force de cisaillement n'est pas limitée par l'épaisseur du film OSP tant que la surface du cuivre est suffisamment résistante à l'oxydation du cuivre..

in conclusion
1. Volatilité HT des membranes htosp par rapport aux autres Membranes OSP.
2. Comparaison de la température de dégradation de la membrane htosp avec d'autres Membranes OSP testées.
3. Après 5 reflux sans plomb, La teneur en oxygène de la membrane htosp n'a augmenté que de 1%, Les films OSP standard de l'industrie ont augmenté de 7%.5%. En même temps, Le film htosp est essentiellement incolore.
4. Grâce à une excellente résistance à la chaleur du film htosp, Après plus de 3 reflux sans plomb, Il a encore une bonne soudabilité dans l'essai par trou et l'essai d'équilibre de trempage de l'étain.
5. La membrane htosp fournit des soudures très fiables, Les essais de cisaillement peuvent démontrer cette fiabilité PCB board.