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适用于无铅制程的新一代OSP膜之性能及表征(二)




关键词:
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]。

   3.光电子能谱分析法

  光电子能谱分析法利用光电电离和发射光电子能量分散的分析方法,研究样品表面的成分和电子状态。氧(1s)、铜(2p)和锌(2p)的结合能最高点在XPS谱分别显示为532-534eV、932-934eV和1022eV。此技术可为样品最外层10nm的表面成分做定量分析。通过分析,HT0SP膜在无铅回流处理前含有5.02%的氧和0.24%的锌。经过5次无铅回流后,HT0SP膜含氧和锌分别为6.2%和0.22%。经过5次无铅回流后,铜含量从0.60%增加到1.73%。铜离子增加的原因可能是低层的铜离子在回流过程中迁移至表层。

  E.K.Changetc[8]也通过使用光电子能谱分析法进行工业标准的0SP膜的表面分析。没有经过任何回流处理前,氧含量为5.0%,然后在空气中分别进行1次和3次传统SnPb回流后,其氧含量分别增加至9.1%和11.0%。另外也报道,在经过氮气保护,一次SnPb回流后,其氧含量增加至6.5%。本实验中,光电子能谱显示工业标准的0SP膜在经过5次无铅回流后,其氧含量增加到12.5%。所以,在5次无铅回流前后,氧含量增加7.5%,大于HT0SP膜的1.2%氧含量的增值。

   铜的焊接性能在很大程度上取决于铜的氧化程度以及所使用助焊剂的强弱。所以,用XPS所测出氧的含量是0SP膜耐热性能的一个很好的指标。和工业标准的0SP膜相比,HT0SP具有更好的耐热性能。

   经过5次无铅回流后,变色测试显示HT0SP膜基本无变色,而工业标准的0SP膜则明显变色。变色测试结果与XPS的分析结果一致。

   4.可焊性测试

  沾锡天平测试显示经过多次无铅回流后,HT0SP膜的通孔可焊性高于现在工业标准的0 S P 膜。这与
HTOSP膜的耐热性相一致。随着无铅回流次数的增加,T.(timetozero)会逐渐增加,但最大的沾锡力会慢慢下降。然而,经过7次无铅回流后HT0SP膜仍可维持其优异的可焊性。剪切测试显示剪切力逐渐增加并达到了25N的最高点。由于剪切力取决于剪切的横截面,因此结果因焊球的形状与剪切和焊盘之间的间隙不同而不同。本文作者认为只要铜表面有足够的保护,防止铜氧化,剪切力就不受限于OSP膜的厚度。

   结论

   1.与其他所测试的0SP膜相比,用于HT0SP膜的烷基苯并咪唑-HT挥发性最低。
  2.与其他所测试的0SP膜相比,HT0SP膜的降解温度最高。
  3.经过5次无铅回流后,HT0SP膜的氧含量仅增加了1%,而工业标准的0SP膜则增加了7.5%。同时,HT0SP膜基本不变色。
   4.由于HT0SP膜优异的耐热性,其经过超过3次无铅回流后,在通孔测试和沾锡天平测试中其仍具有提供优异的焊接性。
  5.HTOSP膜可提供高可靠性的焊接点,剪切测试可证明此可靠性。

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