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PCBブログ - PCB複製板の無鉛プロセスにおけるOSP膜の性能

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PCB複製板の無鉛プロセスにおけるOSP膜の性能

2022-04-21
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Author:pcb

電子業界の鉛含有に対する切実な要求を満たすために、プリント基板業界は表面処理を熱風平錫スプレー(錫鉛共晶)から他の表面処理に転向しており、有機保護膜(OSP)、銀浸漬、錫浸漬、ニッケル化学めっき金浸漬を含む。OSP薄膜は、優れた溶接性、加工の容易さ、低作業コストのために最適と考えられている。OSP(有機溶接可能保護膜)は優れた溶接可能性、簡単性、低コストを有し、最良の表面処理プロセスと考えられている。本文は熱分解吸気クロマトグラフィー-質量分析(TD-GC-MS)、熱重量分析(TGA)と光電子分光(XPS)を用いて次世代高温OSP薄膜の関連耐熱性能を分析した。ガスクロマトグラフィーは高温OSP膜(HTOSP)の半田付け可能性に影響を与える小分子有機成分を試験し、同時に高温OSP膜中のアルキルベンズイミダゾールHTが小さい揮発性を有することを表明した。TGAデータは、HTOSP膜が現在の工業標準OSP膜よりも高い分解温度を有することを示している。XPSデータによると、5回の無鉛還流サイクルを経た後、高温OSPの酸素含有量は約1%しか増加しなかった。上記の改良は、工業用無鉛溶接性の要求と直接関連している。

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OSP膜はプリント基板に長年使用されており、銅や亜鉛などの遷移金属元素とのアゾール系化合物の反応により形成された有機金属ポリマー膜である。多くの研究により、金属表面に対するアゾール化合物の腐食抑制機構が明らかになった。G.P.ブラウンはベンズイミダゾールと銅(II)、亜鉛(II)などの遷移金属元素の有機金属重合体の合成に成功し、TGAを通じてポリベンズイミダゾール亜鉛の優れた耐高温性能を記述した。G.P.ブラウンのTGAデータによると、空気中のポリベンゾイミダゾール亜鉛の分解温度は400°Cに達し、窒素保護雰囲気中の分解速度は500°Cに達したが、ポリベンゾイミダゾール銅の分解速度は250°Cにとどまった。最近開発された新しいHTOSPフィルム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いるため、優れた耐熱性を持っている。OSP膜は主に有機金属ポリマーと堆積中に挟まれた有機小分子からなり、脂肪酸やアゾール類などがある。有機金属ポリマーは、必要な耐食性、銅表面付着力、およびOSP表面硬度を提供する。有機金属ポリマーの分解温度は、無鉛加工に耐えるために無鉛半田の融点より高くなければならない。そうでなければ、OSPフィルムは無鉛プロセス後に分解される。OSP薄膜の分解温度は有機金属重合体の耐熱性に大きく依存する。銅の抗酸化活性に影響を与えるもう1つの重要な要素は、ベンズイミダゾールやフェニルイミダゾールなどのアゾール系化合物の揮発性である。OSP膜の小分子は無鉛還流中に蒸発し、銅の抗酸化性に影響を与える。ガスクロマトグラフィー-質量分析(GC-MS)、熱重量分析(TGA)、光電子分光(XPS)を用いてOSPの耐熱性を科学的に証明することができる。ガスクロマトグラフィー−質量分析試験の銅板塗布:a)新型HTOSP膜、b)業界標準OSPフィルムと、c)別の工業用OSPフィルム。銅板からOSP膜約0.74〜0.79 mgを削り取った。コーティングされた銅板とワイピングされたサンプルはいずれもリフロー処理されていない。この実験ではH/P 6890 GC/MS機器を使用し、シリンダを持たない注射器を使用した。シリンジレスシリンジは、固体試料を注射室で直接脱着することができる。シリンジレスシリンジは、微小なガラス管からガスクロマトグラフの入口室にサンプルを移すことができる。キャリアガスは揮発性有機物をGCカラムに連続的に持ち込んで収集し、分離した。試料をカラムの上部に当てて配置することにより、熱脱着の効果的な複製が可能になる。十分なサンプルが脱着された後、ガスクロマトグラフィーが動作し始めた。本実験では、RestekRT-1(0.25 mmid 30 m、膜厚1.0μm)ガスクロマトグラフィーカラムを使用した。ガスクロマトグラフカラムの加熱手順:35°Cで2分間加熱した後、温度は325°Cに上昇し、加熱速度は15°C/分である。熱脱着条件は:250°Cで2分間加熱する。分離された揮発性有機化合物の質量荷重比を質量分析法により10〜700ダルトンの範囲で検出した。すべての有機小分子の保持時間も記録した。熱重量分析(TGA)も同様に、新しいHTOSP膜、工業標準OSP膜、別の工業OSP膜をそれぞれサンプルに塗布した。銅板からOSPフィルム約17.0 mgを材料試験サンプルとして掻き落とした。TGA試験の前に、サンプルとフィルムはすべて無鉛還流処理を行うことはできません。TA Instrumentsからの2950 TAを用いて窒素保護下でTGA試験を行った。動作温度は室温で15分間保持し、その後10°C/min.3の速度で700°Cに上昇した。光電子分光法(XPS)光電子分光法は、化学分析電子分光法(ESCA)とも呼ばれ、化学表面分析方法である。XPSは10 nmでコーティング表面の化学成分を測定した。HTOSP膜と工業標準OSP膜を銅板に塗布し、無鉛還流を5回行った。XPSを用いて還流処理前後のHTOSPフィルムを分析した、XPSを用いて5回の無鉛還流後の工業標準OSP薄膜を分析し、使用した機器はVGESCALAB Mark IIであった。スルーホール溶接可能性試験スルーホール溶接可能性試験は溶接可能性試験板(STV)を用いて行った。10個の溶接可能性試験板STVアレイ(アレイ当たり4個のSTV)には約0.35μmの膜厚が塗布され、そのうち5個のSTVアレイにはHTOSP膜が塗布され、他の5個のSTVアレイには工業標準OSP膜が塗布されている。その後、コーティングされたSTVに対して一連の高温無鉛還流処理を半田ペースト還流炉で行った。各試験条件には、0、1、3、5または7つの連続還流が含まれます。還流試験条件ごとに、各膜には4つのSTVがある。リフロープロセス後、すべてのSTVは高温無鉛ピーク溶接処理を受けた。各STVを検査し、正確に充填された貫通孔の数を計算することにより、貫通孔の溶接可能性を決定することができる。スルーホール検収の基準は、はんだフィラーがメッキスルーホールの上部またはスルーホールの上端に充填されなければならないことである。各STVには1196個の貫通穴があります。10 mm穴4マス、100穴4マス、パッド20 mm穴4マス、100穴3マス、パッド30 mm穴4グリッド、100穴5マス、パッド5。半田浸漬バランス試験による半田付け可能性OSP膜の半田付け可能性も半田浸漬天秤試験により決定することができる。錫浸漬天秤試料にHTOS P膜を塗布