Tecnología de PCB - Película OSP de proceso sin plomo para tecnología de PCB

Para cumplir con los requisitos urgentes de la industria electrónica para la prohibición del plomo, la industria de placas de circuito impreso está cambiando el tratamiento final de la superficie de la pulverización de estaño nivelado por aire caliente (eutectica de estaño y plomo) a otros tratamientos de superficie, incluyendo películas protectoras orgánicas (osp), inmersión en plata, inmersión en estaño y inmersión química en níquel. Las películas OSP se consideran la mejor opción debido a su excelente soldabilidad, procesos simples y bajos costos operativos.

Las propiedades térmicas de la nueva generación de películas OSP resistentes a altas temperaturas se han analizado mediante espectrometría de masas de fase de desorción térmica (td - GC - ms), análisis termogravimétrico (tga) y fotoelectrónica (xps). La cromatografía de gases probó los componentes orgánicos de moléculas pequeñas que afectan la soldabilidad en las membranas OSP resistentes a altas temperaturas (htosp), al tiempo que demostró que el alquilbenzidazol HT en las membranas ospp resistentes a altas temperaturas tiene una pequeña volatilidad. Los datos de TGA muestran que la temperatura de degradación de la película htosp es superior a la de la película OSP estándar actual de la industria. Los datos de XPS muestran que después de cinco retornos sin plomo de OSP de alta temperatura, el contenido de oxígeno aumentó solo en aproximadamente un 1%. Las mejoras anteriores están directamente relacionadas con los requisitos de soldabilidad industrial sin plomo.

Las películas OSP se han utilizado en placas de circuito durante muchos años. Es una membrana polimérica de metal orgánico formada por la reacción de compuestos de Azoles con elementos metálicos de transición, como cobre y zinc. Muchos estudios han revelado el mecanismo de inhibición de los compuestos de Azoles en las superficies metálicas. G.P. Brown sintetizó con éxito polímeros metálicos orgánicos de benzidazol, cobre (ii), zinc (ii) y otros elementos metálicos de transición, y describió la excelente resistencia a altas temperaturas del Polifenileno benzidazol zinc a través de tga. Los datos de la TGA de G.P. Brown às muestran que la temperatura de degradación del zinc polifenólico en el aire es tan alta como 400 ° C y la velocidad de degradación en una atmósfera de nitrógeno es tan alta como 500 ° c, mientras que la temperatura de degradación del cobre polifenólico es de solo 250 ° c. Las nuevas películas htosp desarrolladas recientemente se basan en propiedades químicas de zinc benzidazol con la mejor resistencia al calor.

La película OSP se compone principalmente de polímeros metálicos orgánicos y pequeñas moléculas orgánicas intercaladas durante el proceso de deposición, como ácidos grasos y compuestos de azoles. Los polímeros metálicos orgánicos proporcionan la resistencia a la corrosión, la adherencia de la superficie de cobre y la dureza de la superficie requerida por osp. La temperatura de degradación del polímero metálico orgánico debe ser superior al punto de fusión de la soldadura sin plomo para soportar el proceso sin plomo de la replicación de pcb. De lo contrario, la película OSP se degradará después de ser tratada por el proceso sin plomo de la placa de copia de pcb. La temperatura de degradación de la película OSP depende en gran medida de la resistencia al calor de los polímeros metálicos orgánicos. Otro factor importante que afecta la antioxidación del cobre es la volatilidad de los compuestos de azoles, como el benzidazol y el fenidazol. Durante el proceso de retorno sin plomo, las pequeñas moléculas de la membrana OSP se evaporan, lo que afectará la antioxidación del cobre. La cromatografía de gases - espectrometría de masas (gc - ms), el análisis termogravimétrico (tga) y la fotoelectrónica (xps) pueden utilizarse para explicar científicamente la resistencia al calor de la osp.

Experimento

1. análisis de cromatografía de gases - espectrometría de masas

La placa de cobre probada está recubierta con: a) una nueva película htosp; B) película OSP estándar de la industria; Y c) otra membrana OSP industrial. Raspar alrededor de 0,74 - 0,79 mg de película OSP de la placa de cobre. Estas placas de cobre recubiertas y muestras raspadas no han sido tratadas con ningún tratamiento de retorno. En este experimento se utilizó un instrumento H / p6890gc / ms, utilizando jeringas sin jeringas. Las jeringas sin jeringas pueden desorbar directamente las muestras sólidas en el interior de la muestra. Las jeringas sin jeringas permiten transferir muestras del pequeño tubo de vidrio a la entrada del cromatógrafo de gases. El gas portador puede llevar continuamente compuestos orgánicos volátiles a la columna de cromatografía de gases para su recolección y separación. Coloque la muestra de PCB cerca de la parte superior de la columna para que la desorción térmica pueda repetirse de manera efectiva. Después de que se desordenaron suficientes muestras, la cromatografía de gases comenzó a funcionar. En este experimento se utilizó una columna de cromatografía de gases restekrt - 1 (0,25 mmid * 30m, espesor de película de 1,0 micras). Procedimiento de calentamiento de la columna de gas: después de calentarse a 35 ° C durante 2 minutos, la temperatura comienza a subir a 325 ° C y la velocidad de calentamiento es de 15 ° C / min. Las condiciones de desorción térmica son: 2 minutos después de calentarse a 250 ° c. La relación masa - carga de los compuestos orgánicos volátiles separados se detecta en el rango de 10 - 700 Dalton mediante espectrometría de masas. También se registraron los tiempos de retención de todas las moléculas orgánicas pequeñas.

2. análisis termogravimétrico (tga)

Del mismo modo, se aplicó a la muestra una nueva película htosp, una película OSP estándar industrial y otra película OSP industrial. Raspar alrededor de 17,0 mg de película OSP de la placa de cobre como muestra de prueba de material. Antes de la prueba tga, ni la muestra ni la película pueden someterse a ningún tratamiento de retorno sin plomo. Las pruebas de TGA se realizan con 2950ta de Ta instruments bajo protección de nitrógeno. La temperatura de funcionamiento se mantiene a temperatura ambiente durante 15 minutos y luego se eleva a 700 ° C a una velocidad de 10 ° C / min.

3. espectro fotoelectrónico (xps)

La espectrometría de energía Optoelectrónica (xps), también conocida como espectrometría de energía electrónica de análisis químico (esca), es un método de análisis de superficie química. XPS puede medir la composición química de 10 nm en la superficie del recubrimiento. Aplicar una película htosp y una película OSP estándar de la industria a la placa de cobre, y luego pasar por cinco retornos sin plomo. Las películas htosp antes y después del tratamiento de retorno se analizaron con xps. Las películas OSP estándar de la industria después de cinco retornos sin plomo fueron analizadas a través de xps. El instrumento utilizado es vgescalabmarkii.

4. prueba de soldabilidad del agujero de PCB

Se utiliza una placa de prueba de soldabilidad (stv) para realizar la prueba de soldabilidad a través del agujero. Hay un total de 10 matrices STV de placas de prueba de soldabilidad (cada una tiene 4 stv), con un espesor de recubrimiento de aproximadamente 0,35 micras, de las cuales 5 matrices STV están recubiertas con película htosp y las otras 5 matrices STV están recubiertas con película OSP estándar de la industria. A continuación, el STV recubierto se somete a una serie de tratamientos de retorno sin plomo a alta temperatura en el horno de retorno de pasta de soldadura. Cada condición de prueba incluye 0, 1, 3, 5 o 7 retornos continuos. Para cada condición de prueba de retorno, cada tipo de membrana tiene 4 stv. Después del proceso de retorno, todos los STV fueron tratados para soldadura de picos de alta temperatura y sin plomo. La soldabilidad de los agujeros a través se puede determinar revisando cada STV y calculando el número de agujeros a través que se llenan correctamente. El criterio de aceptación del agujero es que la soldadura rellena debe rellenarse en la parte superior del agujero o en el borde superior del agujero.

Cada STV tiene 1.196 orificios

Cuatro cuadrículas de agujeros de 10 mm, cuatro cuadrículas de 100 agujeros cuadrados y redondos ndpad

20 mm de agujeros de cuatro cuadrículas, 100 agujeros de cuatro cuadrículas cuadradas y redondas ndpad

Cuatro cuadrículas de agujeros de 30 mm, 100 hocicos cuadrados y redondos ndpad

5. prueba de soldabilidad a través de la balanza de inmersión en estaño

La soldabilidad de la película OSP también se puede determinar mediante la prueba de equilibrio de inmersión en Estaño. Después de siete retornos sin plomo, se aplicó una película htos P en el panel de prueba de la balanza de inmersión en estaño, tpeak = 262 grados centígrados. El tratamiento de retorno se realiza en el aire utilizando una combinación de btutrs e ir / horno de retorno convectivo. De acuerdo con la sección 4.3.1.4 del IPC / eiaj - STD - 003a, la prueba de equilibrio de estaño húmedo se realiza con el probador automático de equilibrio de estaño húmedo "robotic processsystems", flujo EF - 8000, flujo no limpio y soldadura de aleación sac305.

6. prueba de adherencia de soldadura de PCB

La fuerza de Unión de soldadura de PCB se puede medir a través de la fuerza de Corte. Aplicar una película htosp a la placa de prueba de la almohadilla bga (0,76 mm de diámetro) con un espesor de 0,25 y 0,48 micras, respectivamente, y realizar tres tratamientos de retorno sin plomo, con una temperatura máxima de 262 ° c. Y se solda a la almohadilla con pasta de soldadura a juego, la bola de soldadura es de aleación sac305 (0,76 mm de diámetro). se realiza la prueba de cizallamiento a una velocidad de cizallamiento de 200 μm / See utilizando el probador de adherencia dagepc - 400.