关于PCB抄板无铅制程OSP膜的性能及表征

文章摘要：使用可焊性测试板（STVs）进行通孔可焊性测试。总共有10个可焊性测试板STV阵列（每个阵列有4个STVs）涂上的膜厚约为0.35μm，其中5个STV阵列涂上HTOSP膜，另外5个STV阵列涂上工业标准的OSP膜。然后，涂膜后的STVs在焊膏回流炉内经过一系列高温、无铅回流处理。每个测试条件包括0、1、3、5或7次连续回流。每种膜要有4个STVs进行每一种回流测试条件。在回流处理过程后，所有STVs都经过高温和无铅波动焊接的处理。通孔可焊性可通过检验每个STV，计算正确填充的通孔数量来确定。通孔验收的标准是填充的焊料必须填充到镀通孔的顶部或通孔的上端边缘。每个STV有1196个通孔10milh

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　　使用可焊性测试板（STVs）进行通孔可焊性测试。总共有10个可焊性测试板STV阵列（每个阵列有4个STVs）涂上的膜厚约为0.35μm，其中5个STV阵列涂上HTOSP膜，另外5个STV阵列涂上工业标准的OSP膜。然后，涂膜后的STVs在焊膏回流炉内经过一系列高温、无铅回流处理。每个测试条件包括0、1、3、5或7次连续回流。每种膜要有4个STVs进行每一种回流测试条件。在回流处理过程后，所有STVs都经过高温和无铅波动焊接的处理。通孔可焊性可通过检验每个STV，计算正确填充的通孔数量来确定。通孔验收的标准是填充的焊料必须填充到镀通孔的顶部或通孔的上端边缘。

　　每个STV有1196个通孔

　　10milholes-Fourgrids，100holeseachgridsquareandrou ndpads

　　20milholes-Fourgrids，100holeseachgridsquareandrou ndpads

　　30milholes-Fourgrids，100holeseachgridsquareandrou ndpads

　　5.通过沾锡天平测试可焊性

　　O S P 膜的可焊性也可通过沾锡天平测试来*定。在沾锡天平测试样板上涂上HTOS P 膜， 经7 次无铅回流后，Tpeak=262℃。使用BTUTRS结合IR／convection回流炉在空气中进行回流处理。按照IPC／EIAJ-STD-003A第4.3.1.4部分进行沾锡天平测试，使用“RoboticProcessSystems”自动化沾锡天平测试器、EF-8000助焊剂、无清洁助焊剂以及SAC305合金焊料。

　　6.焊接结合力测试

　　焊接结合力可通过测量剪切力。在BGA焊盘测试板上（直径为0.76mm）涂上HTOSP膜，其厚度分别为0.25和0.48μm并经过3次最高温度为262℃的无铅回流处理。并用匹配的焊膏焊接到焊盘上，焊球是SAC305合金（直径为0.76mm）。用DagePC-400粘合力测试仪以200μm／see的剪切速度进行剪切测试。

　　结果及讨论

　　1.气相色谱—质谱分析

　　气相色谱—质谱可以检测OSP膜有机成分的挥发性。工业上不同的OSP产品含有不同的唑类化合物包括咪唑类和苯并咪唑。用于HTOSP膜的烷基苯并咪唑、用于标准的OSP膜的烷基苯并咪唑以及用于其他OSP膜的苯基咪唑在气相色谱柱子中加热时会挥发。由于有机金属聚合物不蒸发，气相色谱—质谱不能检验出与金属聚合的唑类化合物。因此，气相色谱—质谱只能检验出没有和金属反应的唑类化合物以及其他小分子。通常在气相色谱柱中同样的加热和气流条件下，挥发性较低的小分子保留时间更长。

　　用于标准OSP膜的烷基苯并咪唑和用于另一种OSP膜的苯基咪唑停留的时间为19.0分钟，说明了HT烷基苯并咪唑的挥发性最低。气相色谱—质谱在三种OSP膜中，HTOSP膜所含的杂质最少。OSP膜的有机杂质也会影响膜在回流处理过程中的可焊性并导致变色。

　　据KojiSaeki[5]报道说由于OSP膜表面的铜离子密度较小，表面的聚合反应比膜底部的弱。本文作者认为OSP膜表层还存留未反应的唑类化合物。回流处理过程中，更多的铜离子从底部移到膜的表层，从而提供机会与表层未反应的唑类化合物反应，进而防止铜氧化。用于HTOSP膜的烷基苯并咪唑-HT挥发性较低，因此更有机会与从低层移上表层的铜离子反应，进而降低回流过程铜的氧化。XPS可以显示从低层转移至表层的铜离子反应，进而降低回流过程铜的氧化。XPS可以显示从低层转移至表层的铜离子（将在下文讨论）。

　　2.热重量分析法（TGA）

　　热重量分析法（TGA）测量物质因温度改变而发生的质量变化，并可以进行质量变化的有效的定量分析。在本文的实验中，热重量分析是一种氮气保护下无铅回流的模拟方法，用于分析OSP膜在氮气保护下无铅回流过程中膜的小分子的挥发和高分子的降解情况。

　　TGA结果显示工业标准的OS P 膜的降解温度为259℃，而HTOSP膜则为290℃。虽然聚（苯并咪唑—锌）的降解温度高达400℃，然而，HTOSP膜的实际降解温度由于膜内存在聚（苯并咪唑—铜）因而不能达到400℃的高温。由于工业标准的OSP膜的化学成分为聚（苯并咪唑—铜），其膜降解温度较低，只有259℃。有趣的是，另一种HTOSP膜有两个降解温度，分别为256℃和356℃。原因是此OSP膜可能含有铁[6]，或是由于聚（苯基咪唑—铁）发生了逐级分解。F.Jian及他的同事得到的TGA结果显示聚（咪唑—铁）亦有两个降解温度，分别为216℃and378℃[7]。

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