PCB技術 - PCB技術用無鉛プロセスOSPフィルム

電子業界の鉛含有禁止令に対する切実な要求を満たすために、プリント配線板業界は最終表面処理を熱風平坦化スズスプレー（スズ−鉛共晶）から有機保護膜（OSP）、銀浸漬、錫浸漬、化学ニッケル浸漬金を含む他の表面処理に転換している。OSP膜は、優れた半田付け性、簡単なプロセス、低作業コストのために最適な選択とされています。

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耐性OSP薄膜の耐熱特性を分析した。ガスクロマトグラフィー法は高温耐性OSP膜中の溶接可能性に影響する小分子有機成分を試験し、同時に高温耐性OSPP膜中のアルキルベンズイミダゾールHTは揮発性が小さいことを表明した。TGAデータによると、HTOSP膜は現在の工業規格のOSP膜よりも高い分解温度を持っている。XPSデータによると、5回の高温OSP無鉛還流を経て、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。

OSPフィルムは回路基板に長年使用されている。アゾール系化合物と遷移金属元素（銅や亜鉛など）との反応により形成される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、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.ブラウンダムの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、窒素雰囲気中は500°Cに達したが、ポリベンゾイミダゾール銅の分解温度は250°Cにとどまった。最近開発された新しいHTOSPフィルムは、最適な耐熱性を有する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。

OSP膜は主に有機金属ポリマーと堆積中に介在した小さな有機分子、例えば脂肪酸とアゾール系化合物から構成されている。有機金属ポリマーは、OSPに必要な耐食性、銅表面付着力、表面硬度を提供する。有機金属ポリマーの分解温度は、PCB複製の無鉛プロセスに耐えるためには、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膜はPCB複製板の無鉛プロセスを経て劣化する。OSP膜の分解温度は有機金属ポリマーの耐熱性に大きく依存する。銅の抗酸化性に影響するもう一つの重要な要素は、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薄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）及び光電子分光（XPS）は、OSPの耐熱性を科学的に説明するために使用することができる。

じっけん

1.ガスクロマトグラフィー-質量分析

試験した銅板は、a)新しいHTOSP膜、b）業界標準OSPフィルム、およびc）別の産業用OSPフィルム。銅板からOSPフィルム約0.74 ~ 0.79 mgを拭き取った。これらの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、いかなるリフロー処理も施されていない。本実験はH/P 6890 GC/MS機器を用い、注射器を持たない注射器を用いた。無シリンジシリンジは、試料チャンバ内の固体試料を直接脱着することができる。注射器を持たない注射器は、小さなガラス管のサンプルをガスクロマトグラフィーの入口に移すことができる。キャリアガスは、気相カラムに連続的に揮発性有機化合物を持ち込んで収集し、分離することができる。PCB試料をカラムの上部に近づけて配置し、熱脱着を効果的に繰り返すことができるようにした。十分な数の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用いた。ガスクロマトグラフカラムの昇温手順：35°Cで2分間加熱した後、温度は325°Cに上昇し始め、加熱速度は15°C/分であった。熱脱着条件は、250°Cで2分間加熱した後である。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。すべての小さな有機分子の保持時間も記録されている。

2.熱重量分析（TGA）

同様に、新しいHTOSP膜、工業標準OSP膜、および別の工業用OSP膜をサンプル上にコーティングした。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を用いた2950 TAによるTGA試験を窒素保護下で行った。動作温度は室温で15分間保持し、その後10°C/分の速度で700°Cに上昇した。

3.光電子分光法（XPS）

光電子分光法（XPS）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はコーティング表面の10 nmの化学成分を測定することができる。銅板にHTOSP膜と業界標準OSP膜を塗布し、無鉛還流を5回行った。XPSを用いてリフロー処理前後のHTOSP膜を分析した。XPSを用いて5回の無鉛還流後の工業標準OSPフィルムを分析した。使用する機器はVGESCALABMarkIIです。

4.PCB貫通孔の溶接可能性試験

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（各アレイには4個のSTVがある）があり、コーティング厚は約0.35島188 mであり、そのうち5個のSTVアレイはHTOSP膜が塗布され、他の5個のSTVアレイは業界標準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。各還流試験条件について、各タイプの膜には4つのSTVがある。リフロープロセスの後、すべてのSTVを高温および無鉛ピーク溶接に使用するために処理した。貫通孔の溶接可能性は、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って決定することができる。貫通孔の検収基準は、充填された半田がメッキ貫通孔の上部または貫通孔の上端に充填されなければならないことである。

STVあたり1196個の貫通孔がある

10milholes Four grids，100holes seachgrids quare and rou ndpads

20milholes Four grids，100holes seachgrids quare and rou ndpads

30milholes Four grids，100holes seachgrids quare and rou ndpads

5.錫浸漬天秤による溶接可能性の試験

OSP膜の半田付け可能性は、半田浸漬平衡試験により決定することもできる。7回の無鉛還流後、錫天秤浸漬試験パネルにHTOS P膜、Tpeak=262℃を塗布した。BTUTRSとIR/対流還流炉を組み合わせて空気中で還流処理を行う。IPC/EIAJ-STD-003 A第4.3.1.4節の規定に基づき、「RoboticProcessSystems」自動湿式錫平衡試験器、EF-8000フラックス、非清浄フラックス、SAC 305合金フラックスを用いて湿式錫平衡試験を行った。

6.PCB半田結合力試験

PCB溶接結合力はせん断力によって測定することができる。BGAパッド試験板（直径0.76 mm）上にHTOSP薄膜を塗布し、厚さはそれぞれ0.25と0.48 Isla 188 mで、そして3回の無鉛還流処理を行い、最高温度は262°Cであった。そしてマッチングした半田ペーストを用いてパッドに半田付けし、半田ボールはSAC 305合金（直径0.76 mm）である。DagePC-400付着力試験器を用いて200μm/seeのせん断速度でせん断試験を行った。