PCB科技 - PCB科技用無鉛工藝OSP膜

為了滿足電子行業對鉛禁令的迫切要求, 印刷品 電路板行業 is shifting the final surface treatment from hot-air leveling tin spray (tin-lead eutectic) to other surface treatments, including organic protective film (OSP), 化學銀, 浸錫和化學鎳浸金. OSP薄膜因其良好的可焊性而被認為是最佳選擇, 工藝簡單，運行成本低.

本文採用熱脫附氣相色譜-質譜（TD-GC-MS）、熱重分析（TGA）和光電子能譜（XPS）分析了新一代耐高溫OSP薄膜的耐熱特性。 氣相色譜法測試了耐高溫OSP膜（HTOSP）中影響可焊性的小分子有機成分，同時表明耐高溫OSP膜中的烷基苯並咪唑HT的揮發性很小。 TGA資料表明，HTOSP膜的降解溫度高於當前行業標準OSP膜。 XPS資料表明，高溫OSP經過5次無鉛回流後，氧含量僅新增約1%。 上述改進與工業無鉛可焊性的要求直接相關。

OSP薄膜已在電路板中使用多年。 它是由唑化合物與過渡金屬元素（如銅和鋅）反應形成的有機金屬聚合物膜。 許多研究揭示了唑類化合物在金屬表面的緩蝕機理。 G、P.Brown成功合成了苯並咪唑、銅（II）、鋅（II）等過渡金屬元素的有機金屬聚合物，並通過熱重分析描述了聚苯並咪唑鋅優异的耐高溫效能。 G、P.Brown的TGA資料表明，聚苯並咪唑鋅在空氣中的降解溫度高達400°C，在氮氣環境中的降解溫度高達500°C，而聚苯並咪唑銅的降解溫度僅為250°C。最近開發的新型HTOSP膜基於具有最佳耐熱性的聚苯並咪唑鋅的化學性質。

OSP膜主要由金屬有機聚合物和沉積過程中夾帶的有機小分子組成, 如脂肪酸和唑類化合物. 有機金屬聚合物具有必要的耐腐蝕性, 銅表面附著力, OSP的表面硬度. 有機金屬聚合物的降解溫度必須高於無鉛焊料的熔點，以承受 PCB複製. 否則, OSP薄膜經過PCB複製板無鉛工藝處理後會降解. OSP膜的降解溫度在很大程度上取決於有機金屬聚合物的耐熱性. 影響銅抗氧化性的另一個重要因素是唑類化合物的揮發性, 如苯並咪唑和苯並咪唑. 在無鉛回流過程中，OSP膜的小分子將蒸發, 這會影響銅的抗氧化性. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), thermogravimetric analysis (TGA), and photoelectron spectroscopy (XPS) can be used to scientifically explain the heat resistance of OSP.

實驗

1、氣相色譜-質譜分析

測試銅板塗有：a）新的HTOSP膜； b）行業標準OSP膠片； 和c）另一種工業OSP薄膜。 從銅板上刮下約0.74-0.79 mg OSP膜。 這些塗層銅板和刮下的樣品沒有經過任何回流處理。 本實驗使用H/P6890GC/MS儀器，使用無注射器的注射器。 無注射器注射器可以直接解吸樣品室中的固體樣品。 無注射器的注射器可以將小玻璃管中的樣品轉移到氣相色譜儀的入口。 載氣可以連續將揮發性有機化合物帶入氣相色譜柱進行收集和分離。 將PCB樣品放在靠近色譜柱頂部的位置，以便可以有效地重複熱解吸。 解吸足够的樣品後，氣相色譜開始工作。 在本實驗中，使用了RestekRT-1（0.25mmid*30m，膜厚1.0mm）氣相色譜柱。 氣相色譜柱的升溫程式：在35°C下加熱2分鐘後，溫度開始上升到325°C，升溫速率為15°C/最小值。熱脫附條件為：在250°C下加熱2分鐘後。 通過質譜法在10-700道爾頓範圍內檢測分離的揮發性有機化合物的質量/電荷比。 還記錄了所有有機小分子的保留時間。

2、熱重分析（TGA）

同樣，在樣品上塗覆了一層新的HTOSP膜、一層工業標準OSP膜和另一層工業OSP膜。 從銅板上刮下約17.0 mg OSP膜作為資料測試樣品。 在熱重分析測試之前，樣品和薄膜都不能進行任何無鉛回流處理。 使用TA Instruments’2950TA在氮氣保護下進行TGA測試。 工作溫度在室溫下保持15分鐘，然後以10°C/min的速率新增到700°C。

3、光電子能譜（XPS）

光電子能譜（XPS），也稱為化學分析電子能譜（ESCA），是一種化學表面分析方法。 XPS可以量測塗層表面10nm的化學成分。 在銅板上塗覆HTOSP膜和行業標準OSP膜，然後進行5次無鉛回流。 XPS用於分析回流處理前後的HTOSP膜。 通過XPS分析了5次無鉛回流後的行業標準OSP膜。 使用的儀器是VGESCALABMarkII。

4.PCB通孔可焊性測試

使用可焊性測試板（STV）進行通孔可焊性測試。 共有10個可焊性測試板STV陣列（每個陣列有4個STV），塗有約0.35mm的膜厚，其中5個STV陣列塗有HTOSP膜，其他5個STV陣列塗有行業標準OSP膜。 然後，在錫膏回流爐中對塗覆的STV進行一系列高溫無鉛回流處理。 每個測試條件包括0、1、3、5或7個連續回流。 對於每種回流測試條件，每種類型的膠片有4個STV。 回流焊後，所有STV均進行高溫無鉛波峰焊接。 通孔可焊性可以通過檢查每個STV並計算正確填充的通孔數量來確定。 通孔的驗收標準是，填充的焊料必須填充到電鍍通孔的頂部或通孔的上邊緣。

每個STV有1196個通孔

10毫米孔四網格、100孔網格正方形和U ndpads

20milholes Fourgrids，100holeseachgridsquareandrou ndpads

30毫米孔四網格，100孔網格正方形和NDPAD

5.通過錫浸天平測試可焊性

OSP膜的可焊性也可以通過浸錫平衡測試來確定。 在7次無鉛回流後，在浸錫天平的測試面板上塗覆HTOS P膜，Tpeak=262℃。 使用BTUTR結合紅外/對流回流爐在空氣中進行回流處理。 根據IPC/EIAJ-STD-003A第4.3.1.4節，使用“RoboticProcessSystems”自動濕錫平衡測試儀、EF-8000助焊劑、非清潔助焊劑和SAC305合金焊料進行濕錫平衡測試。

6.PCB焊接力測試

PCB焊接 結合力可以通過剪切力來量測. Coat the HTOSP film on the BGA pad test board (diameter 0.76mm), 其厚度為0.25和0.分別為48mm, 並在最高溫度為262°C的條件下進行3次無鉛回流處理. 並使用匹配的焊膏焊接到焊盤上, the solder ball is SAC305 alloy (diameter 0.76mm). 剪切試驗用DagePC-400粘附試驗機在200mm的剪切速度下進行/看見.