Technologie PCB - Film OSP sans plomb pour la technologie PCB

Pour répondre aux exigences pressantes de l'industrie électronique en matière d'interdiction du plomb, l'industrie des circuits imprimés est en train de passer du traitement de surface final par pulvérisation d'étain plané à l'air chaud (eutectique étain - plomb) à d'autres traitements de surface, notamment des films de protection organiques (OSP), de L'argent trempé, de l'étain trempé et de l'or trempé au nickel chimique. Les membranes OSP sont considérées comme le meilleur choix en raison de leur excellente soudabilité, de leur processus simple et de leurs faibles coûts d'exploitation.

Les propriétés de résistance thermique de la nouvelle génération de films OSP résistant aux hautes températures sont analysées dans cet article en utilisant la chromatographie en phase getter pyrolytique - spectrométrie de masse (TD - GC - MS), l'analyse thermogravimétrique (TGA) et la spectroscopie photoélectronique (XPS). La chromatographie en phase gazeuse a testé de petites molécules de composants organiques dans des membranes OSP résistantes aux hautes températures (htosp) qui affectent la soudabilité, tout en montrant que les alkylbenzimidazoles HT dans les membranes OSP résistantes aux hautes températures ont peu de volatilité. Les données TGA montrent que les températures de dégradation des membranes htosp sont plus élevées que celles des membranes OSP standard actuelles de l'industrie. Les données XPS montrent que la teneur en oxygène n'a augmenté que d'environ 1% après 5 reflux OSP sans plomb à haute température. Les améliorations ci - dessus sont directement liées à l'exigence de soudabilité sans plomb dans l'industrie.

Les films OSP sont utilisés dans les cartes de circuit depuis de nombreuses années. Il s'agit d'un film polymère organométallique formé par la réaction d'un composé azolique avec des éléments de métaux de transition tels que le cuivre et le zinc. De nombreuses études ont révélé un mécanisme inhibiteur de corrosion des surfaces métalliques par des composés azolés. G.P. Brown a réussi à synthétiser des polymères organométalliques de Benzimidazole, de cuivre (II), de zinc (II) et d'autres éléments de métaux de transition et a décrit par TGA l'excellente résistance à haute température du zinc Polybenzimidazole. Les données TGA de G.P. brunâs montrent que le Polybenzimidazole - zinc se dégrade jusqu'à 400°C dans l'air et jusqu'à 500°c dans une atmosphère d'azote, alors que le Polybenzimidazole - cuivre ne se dégrade qu'à 250°c. Le nouveau film htosp récemment développé est basé sur les propriétés chimiques du zinc Polybenzimidazole avec une résistance thermique optimale.

Les membranes OSP sont principalement constituées de polymères organométalliques et de petites molécules organiques entraînées lors du dépôt, telles que les acides gras et les composés azolés. Les polymères organométalliques offrent la résistance à la corrosion, l'adhérence de surface du cuivre et la dureté de surface requises par OSP. La température de dégradation du polymère organométallique doit être supérieure au point de fusion de la soudure sans plomb pour résister au processus sans plomb de réplication de PCB. Sinon, le film OSP se dégrade après avoir été traité par le processus sans plomb PCB Replica Board. La température de dégradation du film OSP dépend fortement de la résistance thermique du polymère organométallique. Un autre facteur important affectant la résistance à l'oxydation du cuivre est la volatilité des composés azolés tels que le Benzimidazole et le phénylimidazole. Lors du reflux sans plomb, les petites molécules du film OSP s'évaporent, ce qui affectera la résistance à l'oxydation du cuivre. La chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse (GC - MS), l'analyse thermogravimétrique (TGA) et la spectroscopie photoélectronique (XPS) peuvent être utilisées pour expliquer scientifiquement la résistance thermique des OSP.

Expérimentations

1. Chromatographie en phase gazeuse - analyse par spectrométrie de masse

Les plaques de cuivre testées sont revêtues: a) d'un nouveau film htosp; B) film OSP standard de l'industrie; Et c) Une autre Membrane OSP industrielle. Environ 0,74 - 0,79 mg de film OSP ont été grattés de la plaque de cuivre. Ces plaques de cuivre enduites et les échantillons raclés n'ont subi aucun traitement de reflux. Cette expérience utilise un instrument H / p6890gc / MS avec une seringue et non une seringue. La seringue sans seringue peut désorber directement l'échantillon solide dans la Chambre d'échantillon. Une seringue sans seringue peut transférer l'échantillon dans un petit tube de verre à l'entrée du chromatographe en phase gazeuse. Le gaz porteur peut amener en continu les composés organiques volatils sur une colonne de chromatographie en phase gazeuse pour collecte et séparation. Placez l'échantillon de PCB près du Haut de la colonne afin que la désorption thermique puisse être répétée efficacement. Après désorption d'un nombre suffisant d'échantillons, la chromatographie en phase gazeuse commence à fonctionner. Dans cette expérience, une colonne de chromatographie en phase gazeuse restekrt - 1 (0,25 mmid * 30 m, épaisseur de membrane 1,0 µm) a été utilisée. Procédure de montée en température de la colonne de chromatographie en phase gazeuse: après 2 minutes de chauffage à 35°c, la température commence à monter à 325°c avec une vitesse de chauffage de 15°C / minute. Les conditions de désorption thermique sont: après 2 minutes de chauffage à 250°c. Les rapports masse - charge des COV isolés ont été détectés par spectrométrie de masse sur une plage de 10 à 700 daltons. Le temps de rétention de toutes les petites molécules organiques a également été enregistré.

Analyse thermogravimétrique (TGA)

De même, un nouveau film htosp, un film OSP standard industriel et un autre film OSP industriel ont été appliqués sur l'échantillon. Environ 17,0 mg de membrane OSP ont été grattés de la plaque de cuivre comme échantillon d'essai du matériau. Ni l'échantillon ni le film ne peuvent subir de traitement de reflux sans plomb avant le test TGA. Le test TGA a été réalisé sous protection d'azote avec le 2950ta de ta instruments. La température de fonctionnement est maintenue 15 minutes à température ambiante puis portée à 700°c à raison de 10°C / minute.

3. Spectroscopie photoélectronique (XPS)

La spectroscopie photoélectronique (XPS), également connue sous le nom de spectroscopie électronique analytique chimique (Esca), est une méthode d'analyse chimique de surface. XPS peut mesurer la composition chimique de 10 nm de la surface du revêtement. La plaque de cuivre est recouverte d'un film htosp et d'un film OSP standard de l'industrie, puis soumise à 5 reflux sans plomb. L'analyse des membranes htosp avant et après traitement au reflux a été réalisée à l'aide de XPS. Les films OSP standard de l'industrie après 5 reflux sans plomb ont été analysés par XPS. L'instrument utilisé est le vgescalabmarkii.

4. Essai de soudabilité de via PCB

Le test de soudabilité par trou traversant est réalisé à l'aide d'une plaque d'essai de soudabilité (STV). Il y a un total de 10 matrices STV de plaques d'essai de soudabilité (4 STV par matrice) avec une épaisseur de revêtement d'environ 0,35 μm, dont 5 matrices STV sont revêtues d'un film htosp et les 5 autres matrices STV sont revêtues d'un film OSP standard de l'industrie. Le STV revêtu est ensuite soumis à une série de traitements de reflux sans plomb à haute température dans un four de reflux de pâte à souder. Chaque condition d'essai comporte 0, 1, 3, 5 ou 7 reflux successifs. Pour chaque condition de test de reflux, il y a 4 STV pour chaque type de membrane. Après le processus de reflux, tous les STV sont traités pour le soudage à haute température et sans plomb. La soudabilité des Vias peut être déterminée en vérifiant chaque STV et en calculant le nombre de Vias correctement remplis. Le critère d'acceptation pour un trou traversant est que la soudure remplie doit être remplie au Sommet du trou traversant plaqué ou au bord supérieur du trou traversant.

Chaque STV a 1196 trous traversants

10mm trou quadrilatère, 100 trous quadrilatère carré et rond ndpad

20 mm trou Quad, 100 trous Quad carré et rond ndpad

30 mm trou quadrilatère, 100 trous heitchiger carré et rond ndpad

5. Soudabilité testée par la balance d'immersion en étain

La soudabilité du film OSP peut également être déterminée par un test d'équilibre au trempage d'étain. Après 7 reflux sans plomb, une membrane htos P est appliquée sur le panneau d'essai de la balance trempée à l'étain, tpeak = 262 degrés Celsius. Le traitement de reflux a été effectué dans l'air à l'aide de btutrs en combinaison avec un four de reflux ir / convection. L'essai d'équilibre de l'étain humide a été effectué conformément à la section 4.3.1.4 de la norme IPC / eiaj - STD - 003A à l'aide du testeur automatique d'équilibre de l'étain humide roboticprocessystems, du flux ef - 8000, du flux non nettoyant et de la soudure d'alliage sac305.

6. Essai de force de liaison de soudure de PCB

La force de liaison de soudage PCB peut être mesurée par la force de cisaillement. Un film htosp de 0,25 et 0,48 µm d'épaisseur a été appliqué sur une plaque d'essai BGA pad (diamètre 0,76 mm) et soumis à trois traitements de reflux sans plomb jusqu'à une température maximale de 262°c. Et soudé sur les Plots à l'aide d'une pâte à souder correspondante, les billes sont en alliage sac305 (diamètre 0,76 mm). Le test de cisaillement est effectué à l'aide d'un testeur d'adhérence dagepc - 400 à une vitesse de cisaillement de 200 µm / See.