Blog de PCB - Rendimiento de la película OSP en el proceso sin plomo de PCB

Para satisfacer la necesidad urgente de prohibir el plomo en la industria electrónica, Este Placa de circuito impreso industry is shifting the surface treatment from hot air leveled tin spray (tin-lead eutectic) to other surface treatments, including organic protective film (OSP), Plata depositada, Estaño y oro sin electrodos. Las películas OSP se consideran la mejor opción debido a su buena soldabilidad., Fácil de manejar, Bajo costo operativo. Debido a la buena soldabilidad, simplicity and low cost of OSP (Organic Solderable Protective Film), Se considera el mejor proceso de tratamiento de superficie. En este artículo, 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), Los resultados también mostraron que la volatilidad de alquilbencimidazol HT en la membrana OSP a alta temperatura era muy pequeña.. Los datos TGA muestran que la temperatura de degradación de la película htosp es mayor que la de la película OSP estándar de la industria actual.. Los datos XPS muestran que el contenido de oxígeno de la OSP de alta temperatura aumenta sólo alrededor del 1...% después de 5. reflow sin plomo.. Estas mejoras están directamente relacionadas con los requisitos de soldabilidad industrial sin plomo.

Las películas OSP se han utilizado para Impreso Placa de circuito Es una membrana polimérica organometálica formada por la reacción del azol con elementos metálicos de transición como cobre y zinc.. Muchos estudios han revelado el mecanismo de inhibición de la corrosión de los compuestos Azoles en la superficie metálica. 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. Las membranas OSP consisten principalmente en polímeros organometálicos y pequeñas moléculas orgánicas atrapadas, Como ácidos grasos y Azoles, Período sedimentario. Los polímeros organometálicos tienen la resistencia necesaria a la corrosión, Adherencia superficial del cobre, Dureza de la superficie OSP. La temperatura de degradación de los polímeros organometálicos debe ser superior al punto de fusión de la soldadura sin plomo para soportar el tratamiento sin plomo.. De lo contrario, Después del tratamiento sin plomo, la película OSP se degradará. La temperatura de degradación de las películas OSP depende en gran medida de la resistencia al calor de los polímeros organometálicos.. Otro factor importante que afecta la actividad antioxidante del cobre es la volatilidad de los Azoles, Como Benzimidazol y Benzimidazol. Evaporación de pequeñas moléculas de membrana OSP durante el reflujo sin plomo, Por lo tanto, la resistencia a la oxidación del cobre se ve afectada.. 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) Película OSP estándar de la industria and; c) another industrial OSP film. Aproximadamente 0.74 - 0.Película OSP de 79 mg raspada de cobre. Ni la placa de cobre recubierta ni la muestra raspada fueron reflow. H/P6890gc/En este experimento, el espectrómetro de masas, Se utilizó una jeringa sin barril. La jeringa sin jeringa puede desorbar muestras sólidas directamente en la Cámara de inyección. Una jeringa sin jeringa puede transferir una muestra de un pequeño tubo de vidrio a la Cámara de inyección del cromatógrafo de gases. El gas portador lleva continuamente compuestos orgánicos volátiles a la columna GC para su recogida y Separación. La desorción pirolítica se puede duplicar eficazmente colocando la muestra cerca de la parte superior de la columna cromatográfica.. Después de la desorción suficiente de la muestra, Inicio de la cromatografía de gases. En este experimento, a RestekRT-1 (0.25mmid — 30m, Espesor de la película 1.0μm) gas chromatography column was used. Procedimiento de calentamiento de la columna cromatográfica de gases: después de 2 Valor mínimoutos de calentamiento a 35 °C, Aumento de temperatura a 325℃, La velocidad de calentamiento es de 15℃/Valor mínimo. Las condiciones de desorción térmica son las siguientes: después de calentarse a 250 °C durante 2 minutos. Calidad/La relación de carga de los compuestos orgánicos volátiles (COV) fue detectada por espectrometría de masas en el rango de 10 - 700 Dalton.. También se registraron los tiempos de retención de todas las moléculas orgánicas pequeñas..

2. Thermogravimetric Analysis (TGA)
Likewise, Una nueva película htosp, an industry standard OSP film, Y otra capa de película industrial OSP fue recubierta en la muestra., Separadamente. Unos 17 años.Película OSP de 0 mg raspada de la placa de cobre como muestra de ensayo. Ni la muestra ni la película deben someterse a ningún proceso de reflujo sin plomo antes de la prueba TGA.. TGA Test under Nitrogen Protection, using 2950ta of ta instrument. La temperatura de funcionamiento se mantiene a temperatura ambiente durante 15 minutos y luego aumenta a 700 °C a una velocidad de 10 °C./min.

3. Photoelectron Spectroscopy (XPS)
Photoelectron Spectroscopy (XPS), also known as Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA), Es un método de análisis químico de superficie. Medición de la composición química de la superficie del recubrimiento a 10 nm por XPS. Recubrir la placa de cobre con película htosp y película OSP estándar de la industria, luego realizar 5 reflow sin plomo. Las películas htosp antes y después del tratamiento de reflujo fueron analizadas por XPS. Las películas OSP estándar de la industria después de 5 reflow sin plomo fueron analizadas por XPS., El instrumento utilizado es 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 μm, Cinco conjuntos STV están recubiertos con película htosp y otros cinco conjuntos STV están recubiertos con película OSP estándar de la industria.. El STV recubierto se somete a una serie de altas temperaturas, Tratamiento de reflujo sin plomo en horno de reflujo de pasta de soldadura. Cada condición de prueba incluye 0, 1, 3, 5 o 7 reflujo continuo. Cuatro STV por membrana en cada condición de ensayo de reflujo. Después del proceso de reflujo, Todos los STV se someten a soldadura de onda sin plomo a alta temperatura. La soldabilidad a través del agujero se puede determinar comprobando cada STV y calculando el número correcto de agujeros a través llenos. El criterio de aceptación del orificio es que el relleno de soldadura debe rellenarse en la parte superior del orificio o en el borde superior del orificio..
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. Recubrimiento de película htos P en la muestra de ensayo de equilibrio de inmersión de estaño, Después de 7 reflow sin plomo, Pico t = 262 - nuƒ. Realizar el proceso de reflujo en el aire utilizando btutr e ir/Horno de reflujo convectivo. Medición del balance de humedad de acuerdo con IPC/Eiaj - STD - 003A sección 4.3.1.4, Utilizando el probador automático de equilibrio de inclinación del "sistema de proceso robot", Flujo EF - 8000, Flujo no limpio, Soldadura de aleación SAC 305.

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 y 0.48 μm, El tratamiento de reflujo sin plomo se llevó a cabo tres veces a 262 °C.. Y soldadura a la almohadilla con pasta de soldadura coincidente, the solder balls are SAC305 alloy (0.76mm diameter). Ensayo de cizallamiento con la M áquina de ensayo de adhesión dagepc - 400 a una velocidad de cizallamiento de 200℃m/Ver.

Results and Discussion
1. Gas chromatography-mass spectrometry
Gas chromatography-mass spectrometry can detect the volatility of organic components in OSP films. Diferentes productos OSP en la industria contienen diferentes Azoles, incluyendo Imidazol y Benzimidazol. Alquilbencimidazol para películas htosp, Alquilbencimidazol para membrana OSP estándar, El fenilimidazol de otras membranas OSP se volatiliza cuando se calienta en la columna cromatográfica de gases. Porque los polímeros organometálicos no se evaporan, El método GC - MS no puede detectar el polimezol metálico. Por consiguiente,, GC - MS sólo puede detectar Azoles y otras moléculas pequeñas que no reaccionan con metales. En la columna de cromatografía de gases, las pequeñas moléculas menos volátiles suelen permanecer más tiempo en las mismas condiciones de calentamiento y flujo de gas.. El tiempo de residencia de alquilbencimidazol en la membrana OSP estándar fue de 19, mientras que el tiempo de residencia de fenilimidazol en otras membranas OSP fue de 19..0 minutos, Descripción de la volatilidad del HT - alquilbencimidazol. Análisis de tres tipos de membranas OSP mediante cromatografía de gases - espectrometría de masas, La película htosp contiene menos impurezas. Las impurezas orgánicas en las películas OSP también pueden afectar la soldabilidad de las películas y causar decoloración durante el proceso de reflow.. It was reported by Koji Saeki [5] that due to the lower copper ion density on the OSP membrane surface, La polimerización en la superficie de la membrana es más débil que en el Fondo de la membrana.. Los autores creen que el azol no reaccionado permanece en la superficie de la membrana OSP.. En el proceso de reflujo, Más iones de cobre se mueven de la parte inferior de la película a la superficie, Esto proporciona la oportunidad de reaccionar con compuestos Azoles no reactivos en la superficie, Para prevenir la oxidación del cobre. El alquilbencimidazol HT utilizado en la membrana htosp es menos volátil, por lo que es más probable que reaccione con iones de cobre que se mueven de la capa inferior a la capa superficial., Para reducir la oxidación del cobre en el proceso de reflujo. XPS puede mostrar la transferencia de iones de cobre de la capa inferior a la capa superficial, Para reducir la oxidación del cobre en el proceso de reflujo. XPS puede mostrar la transferencia de iones de cobre de la capa inferior a la capa superficial.

2. Thermogravimetric Analysis (TGA)
Thermogravimetric analysis (TGA) measures the mass change of substances due to temperature changes, Análisis cuantitativo eficaz del cambio de calidad. En este experimento, Análisis termogravimétrico como método de simulación del reflujo sin plomo bajo protección de nitrógeno, Análisis de la volatilización de moléculas pequeñas y la degradación de macromoléculas en el proceso de reflujo sin plomo de la membrana OSP bajo protección de nitrógeno. Los resultados del análisis termogravimétrico mostraron que la temperatura de degradación de la película os P estándar industrial era de 259℃., La temperatura de la película htosp es de 290℃.. 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), Baja temperatura de degradación de la película, Sólo 259°c. Lo interesante es que, Otra película htosp tiene dos temperaturas de degradación, 256°c y 356°c, Separadamente. The reason is that this OSP film may contain iron [6], or due to the gradual decomposition of poly(phenylimidazole-iron). Resultados de TGA obtenidos por F. Jian and his colleagues showed that poly(imidazole-iron) also has two degradation temperatures, 216°c y 378°c, Separadamente.

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 y 1022 EV, Separadamente. La técnica puede analizar cuantitativamente la composición de la superficie a 10 nm del exterior de la muestra.. A través del análisis, La película htosp contiene 5.02% oxígeno y 0.24% de zinc antes del tratamiento de reflow sin plomo. Después de cinco reflow sin plomo, El contenido de oxígeno y zinc de la película htosp es de 6.2% y 0.22%, Separadamente. Después de 5 reflow sin plomo, Contenido de cobre de 0.60% a 1.73%. El aumento de los iones de cobre puede deberse a la migración de los iones de cobre en la capa inferior a la capa superficial durante el reflujo.. E.K. Changetc [8] also performed industry standard surface analysis of OSP films by using photoelectron spectroscopy. Antes de cualquier proceso de reflow, El contenido de oxígeno es de 5.0%, Luego el contenido de oxígeno aumenta a 9.1% y 11%.1 y 3 snpb en el aire después del reflujo del 0%, Separadamente. Snpb reportedly increased to 6.5% después de la protección del nitrógeno y el reflujo. En este experimento, La espectroscopia fotoelectrónica muestra que el contenido de oxígeno de las películas OSP estándar de la industria aumenta a 12.5% después de 5 reflow sin plomo. Por consiguiente,, Antes y después de 5 reflow sin plomo, Aumento del contenido de oxígeno en 7.5%, Más de 1.El contenido de oxígeno de la membrana htosp aumentó un 2%. Las propiedades de soldadura del cobre dependen en gran medida del grado de oxidación del cobre y de la resistencia del flujo utilizado.. Por consiguiente,, El contenido de oxígeno medido por XPS es un buen índice de resistencia al calor de la película OSP.. En comparación con la película OSP estándar de la industria, Htosp tiene una mejor resistencia al calor. Después de 5 reflow sin plomo, La prueba de decoloración mostró que la película htosp no tenía decoloración., Sin embargo, la película OSP estándar de la industria tiene una decoloración obvia. El resultado de la prueba de decoloración es consistente con el resultado del análisis XPS..

4. Solderability Test
Wetting tin balance tests show that after multiple lead-free reflows, La soldabilidad a través del agujero de la película htosp es mayor que la de la película estándar de la industria 0 S p.. Esto es consistente con la resistencia al calor de la película htosp. Con el aumento de los tiempos de reflujo sin plomo, T. (timetozero) will gradually increase, Pero la fuerza humectante del Estaño disminuirá gradualmente. Sin embargo,, Después de 7 reflow sin plomo, la película htosp mantiene una buena soldabilidad.. La prueba de cizallamiento muestra que la fuerza de cizallamiento aumenta gradualmente hasta 25N. Porque la fuerza de Corte depende de la sección transversal de la fuerza de corte, Los resultados variarán dependiendo de la forma de la bola y de la distancia entre el corte y la almohadilla.. Los autores sostienen que el esfuerzo de cizallamiento no está limitado por el espesor de la película OSP, siempre que la superficie de cobre pueda prevenir adecuadamente la oxidación del cobre..

in conclusion
1. Volatilidad del alquilbencimidazol HT en comparación con otras membranas OSP.
2. Comparación de la temperatura de degradación de la película htosp con otras películas de prueba OSP.
3. Después de 5 reflow sin plomo, El contenido de oxígeno de la membrana htosp aumentó sólo un 1%, Las películas OSP estándar de la industria aumentaron un 7%.5%. Al mismo tiempo, La película htosp es básicamente incolora.
4. Debido a la excelente resistencia al calor de la película htosp, Después de más de 3 reflow sin plomo, Todavía tiene buena soldabilidad en la prueba a través del agujero y la prueba de equilibrio de inmersión de estaño.
5. La película htosp puede proporcionar juntas de soldadura de alta fiabilidad, Las pruebas de cizallamiento pueden demostrar esta fiabilidad PCB Board.