Integrace organického kovu do procesu povrchové úpravy

Sabine Schröder, Ormecon Chemie, časopis ON BOARD, februar 2003

Kromě bezolovnatých pájek a pájecích past, je také v elektronickém průmyslu rostoucí poptávka po bezolovnatých povrchových úpravách. Nový postup kombinování unikátní technologie organických kovů s dobře zavedenou technologii imersního cínování může nabídnout vhodné řešení pro dobře pájitelný povrch DPS.

Organické kovy jsou zcela nová třída materiálů, která nabízí, že byl vyvinut skutečný vodivý aditiv. Klasické kovy, tak jak je známe dnes, charakterizuje rys tak zvaný " elektronové oblaky ", kde volný elektron se může pohybovat volně přes hmotu a poskytovat vodivost, která je závislá na teplotě.

První organický kov

skutečně poprvé tato charakteristika byla zpozorována v materiálu, který nenáleží do tradiční skupiny kovů, ale spíše je skutečný vnitřní vodivý polymer. Jako všechny polymery, to je pouze se skládají z " organických " atomů, dosáhnul první zastupující zcela nové třídy materiálů - organické kovy. Tento první OM, Ormecon, náleží do rodiny polyanilinů a představuje unikátní řadu vlastností:

  1. je pouze organický a skládat se z prvků C, O, H, N, a S
  2. je elektricky vodivý
  3. má mocenství vzácného kovu ( je umístěný mezi Ag a Cu v řadě kovů )
  4. má katalytické vlastnosti
  5. je možno ho redukovat a oxidovat bez proměnný jeho formy
  6. je nerozpustný ve vodě a proto je zpracován na disperzi

Některé z těchto vlastností se používá pro kombinování s imersním cínem.

Organické kovy a imersní cín : Hlavní cíl Ormecon Chemie byl vyvinout povrchovou úpravu pro DPS s konečnou pájitelnou vrstvou OM . Ale protože nemohl být realizován, byla vřazena imersní vodná disperze OM do klasického cínovacího postupu jako předběžná úprava. A je to tato samá předběžná úprava, která konečně dělá rozdíl, a to má dva důležité efekty, které směřují do významného zdokonalení jakosti vyloučeného kovu Sn : kvůli její schopnosti přesouvat se volně mezi různými oxidačními stavy a vysoký potenciál oproti mědí, to vede k definování okysličení u měděných povrchů. U elektron přijímajících povrchů, to vede k utváření Cu ( 1+ ) pouze, a ne Cu ( 2+ ), zajistit reprodukovatelnost měděného povrchu desek dříve, než se ponoří do cínovací lázně. Jakost výsledné povrchové úpravy je závislá na jakosti předběžné úpravy, toto je první podmínka, že se zkvalitní Sn vrstva (obr.1).

Diskuse a výsledky : Výsledky z pájecí vlny jsou uvedeny v tabulce 1. Stárnutí v páře vede ke ztrátě v zaplnění otvorů provedení pro Ni/Au a OSP. Suché stárnutí v 155 °C po 4 hodinách je nevýhodné pro OSP. Všechny ostatní povrchové úpravy účinkují docela dobře ve všech různých podmínkách stárnutí, pokud se týče vyplnění a smáčivosti otvorů.

Tabulka l: Vyplnění otvorů po pájecí vlně. 100% = všechno otvory vyplněny, 0 % = žádný otvor nevyplněn. Všechny údaje jsou v %.

 HALNi/AuChemický SnORMECONAgOSP
Čerstvé-bez stárnutí1001008710095100
Parní stárnutí/8 h984391988979
155 °C 4 h95100781009511
85 °C/85%/24h1009654958888
Průměr988578989270

 

Výsledky smáčivosti pasty na mědí pokrytém plátovaném laminátu jsou uvedeny v tabulce 2. Hodnoty rovné 1 ukazují smáčivost stejnou, jako tisk originální pasty. Hodnoty větší než 1 odpovídají dobré smáčivosti, zatímco hodnoty menší než 1 představují špatnou smáčivost. Hodnota 0 ukazuje celkové odsmáčení na konečné povrchové úpravě. Tento pokus také ukazuje negativní vliv parního stárnutí na Ni/Au povrch, kdy je pasta úplně odsmáčená. Stejný výsledek se vyskytuje pro OSP po suchém stárnutí - podmínky ( 155 °C/ 4h ). Tento výsledek odpovídá výsledkům po pájecí vlně.

Tabulka 2: Smáčení pájecí pasty pro různé podmínky stárnutí

 HALNi/AuChemický SnORMECONAgOSP
Čerstvé-bez stárnutí1,261,41,281,721,120,97
Parní stárnutí/8 h1,0701,311,161,011,09
155 °C 4 h110,691,031,030
85 °C/85%/24h11,060,91,210,91
Průměr1,080,871,051,281,020,77

 

Výsledek vyčíslení rovnováhy smáčení je uveden v tab. 3.

Zde znovu není skoro žádná smáčecí síla pro OSP a Ag po 155 °C/4h stárnutí. Toto souhlasí s jinými výsledky zkoušky. Všechny jiné povrchové úpravy mají smáčecí sílu mezi 2 a 4, což značí méně významné rozdíly, než následující výsledky na měření úhlu smáčení. Pokud jde o úhly smáčení, vyšší hodnoty odpovídají horšímu smáčení povrchu, a to znamená vyšší styčné napětí ( tenze ), zatímco nízké úhly smáčení znamenají vysoké smáčení síly. Je možno vidět, že se smáčecí síla mění během stárnutí. Suché stárnutí je znovu kritické pro OSP a Ag ( úhel smáčení je větší než 120° ). Podmínky parního stárnutí vedou ke zvýšení úhlu smáčení Ni/Au na 100 °. Pouze HAL vykazuje stálý úhel smáčení, nezávislý na podmínkách stárnutí.

Tabulka 3: Výsledky smáčecí rovnováhy

Povrchová úpravaTestovací kriteriumČerstvé – bez stárnutíParní test stárnutí – 8 h155 °C/4 h 85 °C/85%/24 h
HALSmáčecí síla>21.79>2>2
Smáčecí úhel87848398
Ni/AU
Nikl/zlato
Smáčecí síla>2>2>4>4
Smáčecí úhel571015661
Chemický cínSmáčecí síla>2>2>2>2
Smáčecí úhel838410389
ORMECON
Chemický cín
Smáčecí síla>4>2>4>2
Smáčecí úhel78717774
AG
Stříbro
Smáčecí síla4>2Nesmáčivé>2
Smáčecí úhel6961>12072
OSP
Organický povlak
Smáčecí síla>4>40,4>2
Smáčecí úhel604712250