Tecnologia PCB - Pellicola OSP senza piombo per la tecnologia PCB

Al fine di soddisfare le esigenze urgenti dell'industria elettronica per il divieto del piombo, l'industria dei circuiti stampati sta spostando il trattamento superficiale finale dallo spruzzo di stagno livellante ad aria calda (eutettico stagno-piombo) ad altri trattamenti superficiali, tra cui film protettivo organico (OSP), argento per immersione, stagno per immersione e nichel chimico immersione oro. Il film OSP è considerato la scelta migliore per la sua eccellente saldabilità, il processo semplice e il basso costo operativo.

In questo articolo, si utilizzano desorbimento termico-cromatografia-spettrometria di massa (TD-GC-MS), analisi termogravimetrica (TGA) e spettroscopia fotoelettronica (XPS) per analizzare le caratteristiche di resistenza al calore di una nuova generazione di pellicole OSP resistenti alle alte temperature. La gascromatografia testa i piccoli componenti organici molecolari nel film OSP resistente alle alte temperature (HTOSP) che influenzano la saldabilità, e allo stesso tempo mostra che l'alchilbenzimidazolo-HT nel film OSP resistente alle alte temperature ha una volatilità molto bassa. I dati TGA mostrano che il film HTOSP ha una temperatura di degradazione più elevata rispetto all'attuale film OSP standard del settore. I dati XPS mostrano che dopo 5 riflusso senza piombo di OSP ad alta temperatura, il contenuto di ossigeno è aumentato solo dell'1%. I miglioramenti di cui sopra sono direttamente correlati ai requisiti di saldabilità industriale senza piombo.

La pellicola OSP è stata utilizzata nei circuiti stampati per molti anni. È un film polimerico organometallico formato dalla reazione dei composti azolici con elementi metallici di transizione, come rame e zinco. Molti studi hanno rivelato il meccanismo di inibizione della corrosione dei composti azolici sulle superfici metalliche. G.P.Brown sintetizzò con successo benzimidazolo, rame (II), zinco (II) e altri elementi metallici di transizione dei polimeri organometallici e descrisse l'eccellente resistenza alle alte temperature del poli (benzimidazolo-zinco) attraverso TGA. I dati TGA di G.P.Brownâ mostrano che la temperatura di degradazione del poli(benzimidazolo-zinco) è alta fino a 400°C nell'aria e 500°C in un'atmosfera di azoto, mentre la temperatura di degradazione del poli(benzimidazolo-rame) è di soli 250°C. Il nuovo film HTOSP recentemente sviluppato si basa sulle proprietà chimiche del poli(benzimidazolo-zinco), che ha la migliore resistenza al calore.

Il film OSP è composto principalmente da polimeri organometallici e piccole molecole organiche intrappolate durante il processo di deposizione, come acidi grassi e composti azolici. I polimeri organometallici forniscono la resistenza alla corrosione necessaria, l'adesione superficiale del rame e la durezza superficiale di OSP. La temperatura di degradazione del polimero organometallico deve essere superiore al punto di fusione della saldatura senza piombo per resistere al processo senza piombo di copia PCB. Altrimenti, il film OSP sarà degradato dopo essere stato elaborato dal processo senza piombo della scheda di copia PCB. La temperatura di degradazione del film OSP dipende in gran parte dalla resistenza al calore del polimero organometallico. Un altro fattore importante che influenza la resistenza all'ossidazione del rame è la volatilità dei composti azolici, come benzimidazolo e fenilimidazolo. Le piccole molecole del film OSP evaporano durante il processo di riflusso senza piombo, che influenzerà la resistenza all'ossidazione del rame. La gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS), l'analisi termogravimetrica (TGA) e la spettroscopia fotoelettronica (XPS) possono essere utilizzate per spiegare scientificamente la resistenza al calore di OSP.

esperimento

1. Analisi gascromatografia-spettrometria di massa

Le lastre di rame testate sono state rivestite con: a) una nuova pellicola HTOSP; b) un film OSP standard del settore; e c) un altro film OSP industriale. Scrape circa 0,74-0,79 mg di pellicola OSP dalla piastra di rame. Queste lastre di rame rivestite e i campioni raschiati non hanno subito alcun trattamento di riflusso. Questo esperimento utilizza lo strumento H/P6890GC/MS e utilizza la siringa senza siringa. Le siringhe prive di siringhe possono desorbire direttamente i campioni solidi nella camera del campione. La siringa senza siringa può trasferire il campione nel piccolo tubo di vetro all'ingresso del gascromatografo. Il gas vettore può portare continuamente i composti organici volatili alla colonna del gascromatografo per la raccolta e la separazione. Posizionare il campione PCB vicino alla parte superiore della colonna in modo che il desorbimento termico possa essere ripetuto efficacemente. Dopo aver desorbito abbastanza campioni, la gascromatografia ha iniziato a funzionare. In questo esperimento è stata utilizzata una colonna di gascromatografia RestekRT-1 (0.25mmid*30m, spessore del film di 1.0μm). Il programma di aumento della temperatura della colonna di gascromatografia: Dopo il riscaldamento a 35°C per 2 minuti, la temperatura inizia a salire a 325°C e il tasso di riscaldamento è 15°C/min. Le condizioni di desorbimento termico sono: dopo riscaldamento a 250°C per 2 minuti. Il rapporto massa/carica dei composti organici volatili separati è rilevato mediante spettrometria di massa nell'intervallo 10-700dalton. Viene anche registrato il tempo di ritenzione di tutte le piccole molecole organiche.

2. Analisi termogravimetrica (TGA)

Allo stesso modo, un nuovo film HTOSP, un film OSP standard industriale e un altro film OSP industriale sono stati rivestiti sui campioni. Circa 17,0 mg di pellicola OSP è stato raschiato dalla piastra di rame come campione di prova materiale. Prima della prova TGA, né il campione né il film possono subire alcun trattamento di riflusso senza piombo. Utilizzare 2950TA di TA Instruments per eseguire la prova TGA sotto protezione di azoto. La temperatura di lavoro è stata mantenuta a temperatura ambiente per 15 minuti e poi aumentata a 700°C ad una velocità di 10°C/min.

3. Spettroscopia fotoelettronica (XPS)

La spettroscopia fotoelettronica (XPS), chiamata anche spettroscopia elettronica di analisi chimica (ESCA), è un metodo chimico di analisi superficiale. XPS può misurare la composizione chimica 10nm della superficie del rivestimento. Rivestire il film HTOSP e il film OSP standard industriale sulla piastra di rame, e poi passare attraverso 5 reflow senza piombo. XPS è stato utilizzato per analizzare la pellicola HTOSP prima e dopo il trattamento di reflow. Anche la pellicola OSP standard del settore dopo 5 reflow senza piombo è stata analizzata da XPS. Lo strumento utilizzato era VGSCALABMarkII.

4. PCB attraverso la prova di saldabilità del foro

Utilizzo di schede di prova di saldabilità (STV) per prove di saldabilità attraverso foro passante. Ci sono un totale di 10 array STV del bordo di prova di saldabilità (ogni array ha 4 STV) rivestiti con uno spessore del film di circa 0,35μm, di cui 5 array STV sono rivestiti con film HTOSP, e gli altri 5 array STV sono rivestiti con film OSP standard del settore. Successivamente, gli STV rivestiti subiscono una serie di trattamenti di riflusso ad alta temperatura e senza piombo nel forno di riflusso della pasta di saldatura. Ogni condizione di prova comprende 0, 1, 3, 5 o 7 riflusso consecutivi. Ci sono 4 STV per ogni tipo di film per ogni condizione di prova di riflusso. Dopo il processo di riflusso, tutti gli STV sono elaborati per la saldatura ad onde ad alta temperatura e senza piombo. La saldabilità del foro passante può essere determinata ispezionando ogni STV e calcolando il numero di fori passanti correttamente riempiti. Il criterio di accettazione per i fori passanti è che la saldatura riempita deve essere riempita fino alla cima del foro passante placcato o al bordo superiore del foro passante.

Ogni STV ha 1196 fori passanti

10 milholes-Fourgrids, 100holeseachgridsquareandrou ndpads

20milholes-Fourgrids,100holeseachgridsquareandrou ndpads

30 milholes-Fourgrids, 100holeseachgridsquareandrou ndpads

5. Prova la saldabilità attraverso un equilibrio stagno-dip

La saldabilità del film OSP può anche essere determinata dalla prova di equilibrio dip-tin. Rivestire il film HTOS P sul pannello di prova dell'equilibrio di stagno immerso, dopo 7 volte di riflusso senza piombo, Tpeak=262 gradi Celsius. Utilizzare BTUTRS combinato con forno a riflusso IR/convezione per il trattamento di riflusso nell'aria. Eseguire test di bilanciamento umido-stagno in conformità con IPC/EIAJ-STD-003A sezione 4.3.1.4, utilizzando il tester automatico di bilanciamento umido-stagno "RoboticProcessSystems", il flusso EF-8000, il flusso non pulito e la saldatura in lega SAC305.

6. Prova della forza di legame del PCB

La forza di legame della saldatura PCB può essere misurata dalla forza di taglio. Rivestire la pellicola HTOSP sulla scheda di prova BGA pad (diametro 0,76 mm), il cui spessore è rispettivamente 0,25 e 0,48 μm, e sottoporsi a tre trattamenti di riflusso senza piombo con una temperatura massima di 262°C. E utilizzare la pasta di saldatura corrispondente per saldare al pad, la palla di saldatura è in lega SAC305 (diametro 0,76 mm). Il test di taglio è stato effettuato con un tester di adesione DagePC-400 ad una velocità di taglio di 200μm / vedi.