Teknik PCB - Film OSP proses bebas pemimpin untuk teknologi PCB

Untuk memenuhi keperluan mendesak industri elektronik untuk melarang memimpin, industri papan sirkuit cetak memindahkan rawatan permukaan terakhir dari penyemburan tin yang mengatasi udara panas (penyemburan tin-lead eutektik) ke rawatan permukaan lain, termasuk filem perlindungan organik (OSP), perak Immersion, Tin Immersion dan Nickel Immersion Gold Chemical. Film OSP dianggap sebagai pilihan terbaik kerana kemudahan tentera yang baik, proses sederhana dan biaya operasi yang rendah.

Dalam kertas ini, spektrometri mass a kromatografi gas-desorpsi panas (TD-GC-MS), analisis termogravimetrik (TGA) dan spektroskopi fotoelektron (XPS) digunakan untuk menganalisis ciri-ciri tahan panas generasi baru filem OSP tahan suhu tinggi. Kromatografi gas menguji komponen organik molekul kecil dalam filem OSP tahan suhu tinggi (HTOSP) yang mempengaruhi keterbatasan tentera, dan pada masa yang sama menunjukkan bahawa alkylbenzimidazole-HT dalam filem OSP tahan suhu tinggi mempunyai kecepatan yang sangat sedikit. Data TGA menunjukkan bahawa filem HTOSP mempunyai suhu degradasi yang lebih tinggi daripada filem OSP standar industri semasa. Data XPS menunjukkan bahawa selepas 5 reflows bebas lead OSP suhu tinggi, kandungan oksigen hanya meningkat kira-kira 1%. Perbaikan di atas terkait secara langsung dengan keperluan prajurit bebas lead industri.

Film OSP telah digunakan dalam papan sirkuit selama bertahun-tahun. Ia adalah filem polimer organometal yang dibentuk oleh reaksi komponen azol dengan unsur logam transisi, seperti tembaga dan zink. Banyak kajian telah mengungkapkan mekanisme penghalangan korosion dari komponen azol pada permukaan logam. G.P.Brown berjaya sintesis bensimidazol, tembaga (II), zink (II) dan unsur logam transisi lainnya dari polimer organometal, dan menggambarkan resistensi suhu tinggi yang baik poli(bensimidazol-zink) melalui TGA. Data TGA G.P.Brown â™s menunjukkan bahawa suhu degradasi poli(benzimidazol-zinc) adalah setinggi 400°C di udara dan 500°C di atmosfera nitrogen, sementara suhu degradasi poli(benzimidazol-copper) hanya 250°C. Film HTOSP baru-baru ini dikembangkan berdasarkan ciri-ciri kimia poly(benzimidazole-zinc), yang mempunyai resistensi panas terbaik.

Film OSP kebanyakan terdiri dari polimer organometal dan molekul organik kecil yang masuk semasa proses depositi, seperti asid gemuk dan komponen azol. Polimer organometal menyediakan perlawanan korrosion yang diperlukan, lembaran permukaan tembaga, dan kesukaran permukaan OSP. Suhu degradasi polimer organometal mesti lebih tinggi dari titik cair askar bebas lead untuk menahan proses penyalinan PCB bebas lead. Jika tidak, filem OSP akan rosak selepas diproses oleh proses bebas lead papan salinan PCB. Suhu degradasi filem OSP bergantung pada tahan panas polimer organometal. Faktor penting lain yang mempengaruhi resistensi oksidasi tembaga adalah volatiliti komponen azol, seperti benzimidazole dan phenylimidazole. Molekul kecil filem OSP akan menghisap semasa proses reflow bebas lead, yang akan mempengaruhi resistensi oksidasi tembaga. Spektrometri kromatografi-massa gas (GC-MS), analisis termogravimetri (TGA), dan spektroskopi fotoelektron (XPS) boleh digunakan untuk menjelaskan secara saintifik resistensi panas OSP.

eksperimen

1. Analisis spektrometri kromatografi-massa gas

Plat tembaga yang diuji dikelilingi dengan: a) filem HTOSP baru; b) filem OSP piawai industri; dan c) filem OSP industri lain. Lepaskan sekitar 0.74-0.79 mg filem OSP dari piring tembaga. Plat tembaga ini dan sampel-sampel yang tergores tidak pernah dijalani rawatan semula. Eksperimen ini menggunakan alat H/P6890GC/MS, dan menggunakan suntik tanpa suntik. Siringi bebas suntikan boleh langsung menyerbu sampel solid di ruang sampel. Siringa tanpa suntik boleh memindahkan sampel dalam tabung kaca kecil ke dalam kromatograf gas. Gas pembawa boleh terus menerus membawa komponen organik volatil ke lajur kromatograf gas untuk koleksi dan pemisahan. Letakkan sampel PCB dekat dengan puncak lajur supaya desorpsi panas boleh diulang secara efektif. Selepas sampel yang cukup dihancurkan, kromatografi gas mula berfungsi. Dalam eksperimen ini, kolum kromatografi gas RestekRT-1 (0.25mmid*30m, tebal filem 1.0μm) digunakan. Program meningkat suhu lajur kromatografi gas: Selepas pemanasan pada 35°C selama 2 minit, suhu mula meningkat ke 325°C, dan kadar pemanasan adalah 15°C/min. Keadaan penyesalan panas adalah: selepas pemanasan pada 250°C selama 2 minit. Nisbah massa/muatan bagi komponen organik volatil terpisah dikesan oleh spektrometri massa dalam julat 10-700dalton. Masa penahanan semua molekul organik kecil juga direkam.

2. Analisis termogravimetrik (TGA)

Sama seperti, filem HTOSP baru, filem OSP piawai industri, dan filem OSP industri lain ditutup pada sampel. Sekitar 17.0 mg filem OSP telah dicabut dari piring tembaga sebagai sampel ujian bahan. Sebelum ujian TGA, sampel dan filem tidak boleh menerima rawatan semula bebas lead. Guna 2950TA Instruments TA untuk melakukan ujian TGA di bawah perlindungan nitrogen. Suhu kerja disimpan pada suhu bilik selama 15 minit, kemudian meningkat ke 700°C pada kadar 10°C/min.

3. Spektroskopi fotoelektron (XPS)

Spektroskopi Fotorelektron (XPS), juga dipanggil Spektroskopi Elektron Analisi Kimika (ESCA), adalah kaedah analisis permukaan kimia. XPS boleh mengukur komposisi kimia 10nm permukaan penutup. Menutup filem HTOSP dan filem OSP piawai industri di atas plat tembaga, kemudian pergi melalui 5 reflows bebas lead. XPS digunakan untuk menganalisis filem HTOSP sebelum dan selepas rawatan reflow. Film OSP standar industri selepas 5 reflow bebas lead juga dianalisis oleh XPS. Instrumen yang digunakan adalah VGESCALABMarkII.

4. PCB melalui ujian kesesatan lubang

Menggunakan papan ujian kemudahan tentera (STV) untuk ujian kemudahan tentera melalui lubang. Terdapat jumlah 10 tatasusunan STV papan ujian soterabiliti (setiap tatasusunan mempunyai 4 STV) dikelilingi dengan tebal filem kira-kira 0.35μm, dari mana 5 tatasusunan STV dikelilingi dengan filem HTOSP, dan 5 tatasusunan STV lainnya dikelilingi dengan filem OSP piawai industri. Kemudian, STV meliputi mengalami siri rawatan ulang suhu tinggi, bebas lead dalam oven melekat solder reflow. Setiap syarat ujian termasuk 0, 1, 3, 5 atau 7 tindakan ulang berturut-turut. Terdapat 4 STV untuk setiap jenis filem untuk setiap kondisi ujian ulang. Selepas proses reflow, semua STV diproses untuk suhu tinggi dan soldering gelombang bebas lead. Kemudahan tentera melalui lubang boleh ditentukan dengan memeriksa setiap STV dan menghitung bilangan lubang yang dipenuhi dengan betul. Kriterium penerimaan untuk melalui lubang adalah bahawa tentera penuh mesti dipenuhi ke atas yang dilapisi melalui lubang atau tepi atas lubang melalui.

Setiap STV mempunyai 1196 melalui lubang

10milholes-Fourgrids,100holeseachgridsquareandrou ndpads

20milholes-Fourgrids,100holeseachgridsquareand ndpads

30milholes-Fourgrids,100holeseachgridsquareand ndpads

5. Uji kemudahan tentera melalui seimbang tin-dip

Kemudahan tentera filem OSP juga boleh ditentukan oleh ujian keseimbangan dip-tin. Menutup filem HTOS P pada panel ujian seimbang tin dipped, selepas 7 kali reflow bebas lead, Tpeak=262 darjah Celsius. Guna BTUTRS kombinasi dengan oven IR/konveksi reflow untuk rawatan reflow di udara. Lakukan ujian keseimbangan tin basah sesuai dengan seksyen IPC/EIAJ-STD-003A 4.3.1.4, menggunakan ujian keseimbangan tin basah automatik "RoboticProcessSystems", aliran EF-8000, aliran tidak bersih dan solder selai SAC305.

6. Ujian kekuatan ikatan tentera PCB

Kekuatan penyelamatan PCB boleh diukur dengan kekuatan penyelamatan. Kulit filem HTOSP pad a papan ujian pad BGA (diameter 0,76m m), yang tebal adalah 0,25 dan 0,48μm sesuai, dan mengalami tiga rawatan ulang bebas lead dengan suhu maksimum 262°C. Dan gunakan pasta tentera yang sepadan untuk solder ke pad, bola tentera ialah selai SAC305 (diameter 0.76m m). ujian pemotong dilakukan dengan ujian pegangan DagePC-400 pad a kelajuan pemotong 200μm/lihat.