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PCBブログ
PCBコピーボード無鉛プロセスにおけるOSPフィルムの性能について
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PCBコピーボード無鉛プロセスにおけるOSPフィルムの性能について

2022-04-21
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Author:ipcb

エレクトロニクス産業の鉛を禁止する緊急の要求を満たすために, プリント回路基板産業は、熱い空気レベルのスズスプレー(錫鉛共晶)から有機保護膜(OSP)を含む他の表面処理に表面処理を移しています。シルバーイマージョン, 浸漬すずと無電解ニッケル浸漬金. OSPフィルムは、優れたはんだ付け性のために最良の選択であると考えられる, プロセスの容易さ, 低コスト. 優れたはんだ付け性のため,OSP(有機はんだ付け保護膜)の簡便性と低コスト化、最高の表面処理工程と考えられる. この論文では,熱脱着ガスクロマトグラフィー‐質量分析(TD)ジー熱重量分析(T)ジーa)と光電子分光法(xps)を用いて,新世代の高温osp膜の関連耐熱性を解析した。ガスクロマトグラフィーは高温Osp膜(Htosp)におけるはんだ付け性に影響する小分子有機成分を試験した。同時に、高温OSP膜中のアルキルベンズイミダゾールHTはほとんど揮発性を有していなかった. tgaデータは,htosp膜が現在の工業標準のOSPフィルムより高い劣化温度を有することを示した. XPSデータは、高温OSPの酸素含有量が鉛フリーリフローの5サイクル後に約1 %増加することを示した. 上記の改善は工業用鉛フリーはんだ付け性の要求事項に直接関連する.

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年には、OSPフィルムが使用されている 印刷 回路基板 アゾールと銅や亜鉛のような遷移金属元素との反応によって形成される有機金属ポリマー膜である. 多くの研究は金属表面上のアゾールの腐食抑制機構を明らかにした.G . P . Brownはベンゾイミダゾールと銅(ii),亜鉛(ii)および他の遷移金属元素の有機金属重合体をうまく合成し,tgaによるポリ(ベンゾイミダゾール亜鉛)の優れた耐高温性について述べた。G . P . Brownのtgaデータは,ポリ(ベンゾイミダゾール亜鉛)の劣化温度は空気中で400℃,窒素保護雰囲気中で500℃,cであり,ポリベンゾイミダゾール銅の劣化温度は250℃程度であることを示した。最近開発された新しいhtosp膜はポリ(ベンゾイミダゾール亜鉛)の化学的性質に基づいており,耐熱性に優れている。OSP膜は、主に有機金属ポリマーと有機化合物, 脂肪酸やアゾールなど, 堆積中. 有機金属重合体は必要な耐食性を提供する, 銅表面接着, OSP表面硬度. 有機金属ポリマーの劣化温度は鉛フリーはんだの融点より高くなければならない。OSP膜は鉛フリープロセス後に劣化する. OSPフィルムの劣化温度は有機金属重合体の耐熱性に大きく依存する. 銅の酸化防止活性に影響するもう一つの重要な因子はアゾール化合物の揮発性である, ベンゾイミダゾールおよびフェニルイミダゾールのような. OSP膜の小分子は鉛フリーリフロー過程で蒸発する, 銅の耐酸化性に影響する. OSPの熱抵抗は、ガスクロマトグラフ質量分析(GC - MS)、熱重量分析(TGA)、および光電子分光法(XPS)を使用して科学的に実証することができる。

1. ガスクロマトグラフィー‐質量分析による分析
試験された銅パネルは、新しいHtosp膜で被覆されたb)。業界標準OSPフィルム、もう一つの産業OSPフィルム。アバウト0.74 - 0.OSPフィルムの79 mgが銅板から削られた. 被覆された銅板及びスクレーピング試料はいずれもリフロー処理されなかった. H/P 6890 GC/この実験ではMS, そして、バレルのない注射器が使われました. シリンジフリーシリンジは射出チャンバ内で固体試料を直接脱着できる. シリンジフリーシリンジは、小さなガラス管からサンプルをガスクロマトグラフの入口チャンバーに移すことができる. キャリアガスは連続的に揮発性有機物を捕集分離用のGCカラムに供給する. 試料を列の上部に置くことで、熱脱着の効率的な複製を可能にする. 残っている十分なサンプルがあるならば, ガスクロマトグラフィーは働き始める. この実験では,レステクト- 1テンプル, フィルム厚ガスクロマトグラフィーカラムを用いた。ガスクロマトグラフィーカラムの加熱プログラム:35℃で2分間加熱後, 温度は325℃, 加熱速度は15℃/分. 熱脱着条件は250℃で2分間加熱後. 質量/分離した揮発性有機化合物の電荷比は10−700ダルトンの範囲で質量分析によって検出された. すべての小さな有機分子の保持時間も記録された.

2. 熱重量分析(TGA)
新しいHtospフィルム,業界標準OSPフィルム、そして、もう一つの工業OSPフィルムは、サンプルにおおわれていました, それぞれ. およそ17.OSP膜の0 mgを材料試験試料として銅板から削った. 試料及びフィルムは、TGA試験前に任意の鉛フリーリフロー処理を受けることができない. TA機器から2950 Taを使用して窒素保護下でTGA試験を行った. 作動温度を室温で15分間維持した後、10℃°Cで700℃°Cまで増加させた/分.

3.光電子分光 (XPS)
光電子分光法エ化学分析(XPS)のためのレクトロン分光法(ESCA), 化学表面分析法. XPSは10 nmでコーティング表面の化学組成を測定する. htosp膜と工業標準のosp膜を銅板に被覆し,次いで5鉛フリーリフローを行った. リフロー処理前後のhtosp膜をxpsで分析した。鉛フリーリフロー後の業界標準OSPフィルムもXPS, そして、使われた器具は、Vgescalab.

4. スルーホールはんだ付け試験
スルーホールはんだ付け性テストは、はんだ付け性テストボード(STVS)を使用して実行されます。10個のはんだ付け性試験ボードSTVアレイ(アレイあたりの4個のSTV)の合計は、約0.5 nmの膜厚でコーティングされた。0.- 35センチメートル, 5つのSTVアレイをHTTSPフィルムで被覆し、他の5つのSTVアレイを工業標準OSPフィルムで被覆した. コーティングされたSTVは、次に、一連の高温にさらされる, はんだペーストリフロー炉における鉛フリーリフロー処理. 各々のテスト条件は、0を含みました, 1, 3, 5または7連続リフロー. 各リフロー試験条件では膜当たり4 stvs. リフロー後, すべてのSTVSは高温および無鉛はんだ付けのために処理される. スルーホールはんだ付け性は、各々のSTVを検査して、正しく満たされたスルーホールのナンバーを計数することによって、決定されることができる. スルーホール受け入れのための基準は、はんだ充填物がめっきされたスルーホールの頂部またはスルーホールの上端まで充填されなければならないということである.
各stvは1196番孔を有する。

5.錫浸漬平衡による試験はんだ付け性
OSP膜のはんだ付け性は、ディップスズバランス試験によっても決定することができる。TiN浸漬平衡試験試料にHTS P膜を適用, 7回の鉛フリーリフロー後, Tpeak=262. リフロープロセスはIRと組み合わせたBTUTRSを使用して空気中で行われた/対流リフローオーブン. 湿潤平衡試験は、IPC/セクション4.3.1.4, 「ロボットプロセスシステム」自動化ディップバランステスタの使用, フラックス, クリーンフラックス, はんだ合金.

6. 溶接継手強度試験
溶接力はせん断力で測定できる。BGAパッドテストボード(直径0.76 mm)は厚さ0.25のHtosp膜でコーティングしたと0 - 48。そして、262℃°Cで3回の無鉛リフロー処理を受けた. 半田ペーストを合わせてパッドに半田付けする,はんだボールは、SAC 305合金(直径0.76 mm)である。せん断試験を行い、せん断速度200/参照.

結果と議論
1.ガスクロマトグラフィー-質量分析法
ガスクロマトグラフィー‐質量分析はOSP膜中の有機成分の揮発性を検出することができる。工業における異なるOSP製品はイミダゾール類とベンゾイミダゾール類を含む異なるアゾール類を含む. Htosp膜のアルキルベンゾイミダゾール類, 標準的なOSP膜のためのアルキルベンゾイミダゾール類, ガスクロマトグラフィーカラムで加熱すると他のOSP膜に対するフェニルイミダゾールが揮発する. 有機金属重合体は蒸発しないので, ガスクロマトグラフィー‐質量分析は金属重合アゾールを検出できない. したがって, ガスクロマトグラフィー‐質量分析は金属と反応しないアゾール類及び他の小分子を検出することができる. 一般的に、より少ない揮発性である小さな分子は、GCカラム1で同じ加熱およびガス流条件下で長く保持される. 他のOsp膜の標準的なOSP膜とフェニルイミダゾールのアルキルベンゾイミダゾールの滞留時間は19であった.0分, アルキルベンゾイミダゾールの揮発性の説明. 三つのOSP膜の間のガスクロマトグラフィー‐質量分析, htosp膜は不純物が少ない. OSP膜中の有機不純物はリフロー処理中の膜のはんだ付け性に影響し、変色を引き起こす.それはケイoji Saeki [5]OSPメンブレン表面の銅イオン密度が低いため、表面での重合反応は膜の底部よりも弱かった. 著者らは,未反応アゾールがまだOsp膜の表面上に残っていると信じている. リフロー工程中, より多くの銅イオンは、フィルムの底層から表層まで動く, これにより、表面層に未反応のアゾール化合物と反応する機会を提供する, それによって銅の酸化を防ぐ. Htospフィルムに使用されるアルキルベンゾイミダゾールHTは、より揮発性がなく、したがって、下層から表面層へ移動する銅イオンと反応するより良い可能性を有する, これにより、リフロー工程中の銅の酸化を減少させる. XPSは下層層から表面層への銅イオンの移動を示すことができる, これにより、リフロー工程中の銅の酸化を減少させる. XPSは下層層から表面層への銅イオンの移動を示すことができる.

2. 熱重量分析 (TGA)
熱重量分析(TGA)は温度変化による物質の質量変化を測定する。質量変化の効果的定量分析を行うことができる. この論文の実験では, 熱重量分析は窒素保護下での鉛フリーリフローのシミュレーション法である, 窒素保護の下でのOSP膜の鉛フリーリフロー過程での小分子の揮発化とOSP膜の高分子の分解を分析するために使用される. tgaの結果は,工業標準os p膜の劣化温度は259℃℃であった, Htospフィルムのそれは290 .ポリ(ベンズイミダゾール亜鉛)の劣化温度は400℃°Cと高いが、フィルム中のポリ(ベンゾイミダゾール銅)の存在により、Htosp膜の実際の劣化温度は400℃°の高温に達することができない。業界標準のOSPフィルムの化学組成はポリ(ベンズイミダゾール銅)であるため、フィルムの劣化温度は低い, のみ259. おもしろい, もう一つのHtospフィルムは、2つの劣化温度を持ちました, 256の次数cおよび356の次数c, それぞれ. このOSP膜は鉄[ 6 ]を含有している可能性があり、またはポリ(フェニルイミダゾール鉄)の段階的な分解のためである. Fによって得られたTGA結果.ジアンと彼の同僚は、ポリ(イミダゾール鉄)も2つの劣化温度を持っていることを示しました。216気密度C及び378°C。

3. 光電子分光
光電子分光法は,放出された光電子の光イオン化とエネルギー分散の分析方法を利用して試料表面の組成と電子状態を研究した。酸素(1 s),銅(2 p)及び亜鉛(2 p)の結合エネルギー点は,552〜534 eV,932〜934 eV、1022 eVしてXPSスペクトルで示される。それぞれ. この手法は試料の外側10 nmの表面組成を定量的に分析することができる. 分析によって, Htospフィルムは、5を含みます.酸素と0.鉛フリーリフロー処理前の亜鉛. 5回の鉛フリーリフロー後, htosp膜の酸素及び亜鉛含有量は6であった.2 %と0.22 %, それぞれ. 5鉛フリーリフロー後, 銅含有量は0から増加した.60 %から1.73 %. 銅イオンの増加の理由は、リフロープロセス中に下層の銅イオンが表面層に移動することである. E.K. Changetc [8]は光電子分光法を用いてosp膜の工業標準表面分析を行った。リフロー治療前, 酸素含有量は5であった.0 %, その後、酸素含有量は9に増加した.1 %、11.空気中の1および3の従来のSNPBリフロー後の0 %, それぞれ. また、SnPbの酸素含有量は6に増加した.窒素保護と再フローの後の5 %. この実験では, 光電子分光法は、工業標準のOSP膜の酸素含有量が12に増加したことを示した.5鉛フリーリフロー後5 %. したがって, 5鉛フリーリフロー前後, 酸素含有量は7.5 %, 1より大きい.Htosp膜の酸素含有量の2 %増加. 銅のはんだ付け性能は、銅の酸化度やフラックスの強度に大きく依存する. したがって, XPSによって測定された酸素含有量はOSPフィルムの耐熱性の良い指標である. 業界標準OSPフィルムと比較して, より良い耐熱性. 5鉛フリーリフロー後, 変色試験では,htosp膜は基本的に変色しなかった, 業界標準のOSPフィルムは明らかな変色を持っていたが. 退色試験結果はXPS分析結果と一致した.

4.はんだ付け性試験
湿潤すずバランス試験は多鉛フリーリフロー後のそれを示す。htosp膜のスルーホールはんだ付け性は,現在の工業規格0 s p p膜より高い. これはHTOSPフィルムの耐熱性と一致する. 鉛フリーリフロー時間の増加。しかし、錫湿潤力は徐々に減少する. しかし, Htosp膜は7サイクルの鉛フリーリフロー後の優れたはんだ付け性を維持した. せん断試験は、せん断力が徐々に増加し、25 N. せん断力はせん断の断面積に依存するので, 結果は、半田ボールの形状及びせん断とパッドとの間のギャップによって変化する. 銅表面が銅酸化に対して適切に保護される限り、せん断力はOSP膜の厚さによって制限されない.

まとめ
1. 他のOSP膜と比較したHtosp膜のアルキルベンゾイミダゾールHT揮発性.
2. 他のOSPフィルムと比較したHTTOPフィルムの劣化温度.
3. 5回の鉛フリーリフロー後, htosp膜の酸素含有量は1 %増加した, 業界標準のOSPフィルムのそれが7によって増加する間.5 %. 同時に, Htospフィルムは基本的に色を変えません.
4. Htospフィルムの優れた耐熱性のために, 3回以上の鉛フリーリフロー後, それはまだスルーホールテストと錫ディップバランステストで優れたはんだ付け性を提供します.
5. HTOSP膜は高信頼性はんだ接合を提供できる, せん断試験はこの信頼性を証明できる PCBボード.