淺析OSP工藝在PCB中的應(yīng)用

熊宇 王家波

摘 ?要：抗氧化表面處理是在銅面上形成一層有機(jī)保護(hù)的可焊膜層，在加工過(guò)程中，容易出現(xiàn)膜面發(fā)黑及賈凡尼效應(yīng)等不良問(wèn)題。本文對(duì)主流的抗氧化工藝進(jìn)行了介紹，對(duì)OSP工藝的特點(diǎn)和工藝流程進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，并對(duì)OSP板件焊后變色機(jī)理進(jìn)行了深入探討，具有一定的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：OSP;PCB;熱風(fēng)整平

1 PCB抗氧化工藝綜述

在印制板制作的后期階段，已成型的板面的焊盤(pán)易氧化，從而導(dǎo)致焊盤(pán)上錫不良，不能形成牢固的焊點(diǎn)，出現(xiàn)虛焊，焊錫不飽滿(mǎn)等現(xiàn)象。通常的做法有物理和化學(xué)兩種工藝，經(jīng)過(guò)處理后的印制板能很好地彌補(bǔ)以上出現(xiàn)的缺陷。

主要的工藝方法包括：

a）松香涂覆工藝

工藝實(shí)質(zhì)是在經(jīng)過(guò)酸洗 磨板 烘干后板面均勻地涂上一層松香，松香分布在整個(gè)板面上，從而與空氣中的氧隔離，起到防氧化的作用。

b）電化學(xué)工藝

該工藝是在印制板面電鍍一層不易氧化 耐磨損的重金屬，如鍍金 鍍銀等。

c）表面鈍化工藝

該工藝就是在銅表面形成一層致密的氧化膜，這層膜能阻止銅面繼續(xù)氧化，也起到保護(hù)銅面的目的，適合中處理。

d）替代氧化工藝

該工藝是在銅面涂上一層比銅更活撥的物質(zhì)，當(dāng)空氣中的氧接近基板表面時(shí)，該物質(zhì)首先被氧化，電子轉(zhuǎn)移到已氧銅上，已氧銅獲得電子被還原，從而起到防氧化的目的，也適合中處理，如三氧化鉻。

e）OSP工藝

OSP（有機(jī)保焊膜，又稱(chēng)抗氧化表面處理）是PCB符合RoHS指令要求的表面處理工藝。OSP就工藝可簡(jiǎn)單描述為在銅面上，以化學(xué)的方法“長(zhǎng)出”一層有機(jī)膜層，具有防氧化，耐熱沖擊，耐濕性，用以保護(hù)銅表面于常態(tài)環(huán)境中不再繼續(xù)生銹（氧化或硫化等）。在后續(xù)的焊接高溫中，此層保護(hù)膜必須很容易被助焊劑所迅速清除，方可使露出的干凈銅面在極短時(shí)間內(nèi)與熔融焊錫立即結(jié)合成為牢固的焊點(diǎn)。

2 OSP工藝簡(jiǎn)介

OSP有機(jī)保護(hù)膜是一種新型環(huán)保的有機(jī)保護(hù)膜劑，較熱風(fēng)整平工藝有更好的平整度和翹曲度，可以完全取代熱風(fēng)整平工藝及松香工藝更適合電子工藝中SMT技術(shù)發(fā)展及環(huán)保方面的要求。

OSP工藝它用于裸銅經(jīng)受貯存和組裝過(guò)程保持表面的可焊性，并且完全取消了含鉛成分。O S P除了符合環(huán)保要求外還具備諸多的優(yōu)點(diǎn)：如與無(wú)鉛熱風(fēng)整平相比減少了阻焊膜表面錫珠影響裝配造成短路的隱患;與化學(xué)鎳金相比，不必?fù)?dān)心鎳層是否氧化侵蝕所造成的“黑盤(pán)（Black Pad）”的缺陷，具有更好的焊錫連接強(qiáng)度;它大大的降低了在浸銀工藝加工上的成本耗用，被譽(yù)為最便宜的印制電路板的表面終飾工藝;它比浸錫的工藝更加成熟，焊接后焊點(diǎn)脆性I M C 少且不會(huì)出現(xiàn)錫須問(wèn)題;它在焊盤(pán)表面上形成薄而平整的有機(jī)涂覆層，滿(mǎn)足SMT、BGA 和

CSP 等細(xì)間距封裝類(lèi)型中要求平整度高的共面性。

由于在無(wú)鉛焊接中焊料更換，及其相對(duì)于有鉛焊接（錫鉛焊接）的溫度提高，導(dǎo)致焊接工藝窗口變窄，且板件有可能經(jīng)過(guò)多次焊接，所以原來(lái)用于有鉛焊接的O S P 板件的耐高溫受到一定的影響，在無(wú)鉛焊接中呈現(xiàn)整體的外觀顏色出現(xiàn)不同程度的變化。這種整體的焊接變色對(duì)焊接性能是否有影響，是否能夠滿(mǎn)足未來(lái)的無(wú)鉛焊接性能，裝配廠家心中存在疑問(wèn)，同時(shí)也成為PCB 廠商亟待正視的一個(gè)問(wèn)題。

OSP主要工藝流程如圖一所示。

除油過(guò)程直接影響到最終成膜質(zhì)量。除油不良，會(huì)造成成膜表面被油脂覆蓋，造成最終的部分位置膜層缺失或厚度不均勻。實(shí)際操作過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)通過(guò)化學(xué)分析控制溶液濃度，經(jīng)查檢查除油效果，需要時(shí)及時(shí)更換溶液。

微蝕的目的是形成粗糙的銅表面，便于成膜。腐蝕的厚度影響到成膜速率，保持微蝕厚度的穩(wěn)定至關(guān)重要，一般將微蝕厚度控制在1μm -1.5μm比較合適，實(shí)際操作中，每班生產(chǎn)前應(yīng)測(cè)定微蝕速率，根據(jù)速率確定微蝕時(shí)間。

酸洗的目的是形成最終需要的抗氧化膜，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行板件的DI水洗，防止污染酸洗液。OSP工藝的關(guān)鍵是控制成膜厚度，膜太薄，會(huì)導(dǎo)致耐不住環(huán)境腐蝕或焊接過(guò)程中預(yù)熱沖擊，影響最終焊接性能;膜太厚，會(huì)導(dǎo)致膜層不能被助焊劑有效溶解，影響焊接過(guò)程的潤(rùn)濕面形成。一般膜層控制在0.2μm-0.5μm比較合適。實(shí)際批量生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)定期抽樣進(jìn)行膜層檢測(cè)，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果適當(dāng)調(diào)整浸泡時(shí)間、酸液濃度等參數(shù)。

3 應(yīng)用指南

OSP膜層的印制板件必須保證良好的印刷工藝，因?yàn)橛∷⒉涣嫉陌寮M(jìn)行清洗，清洗過(guò)程有可能損傷OSP膜層。

采用OSP工藝的板件焊盤(pán)在Cu和焊料的Sn之間沒(méi)有其它材料的IMC隔離，如果采用無(wú)鉛焊接技術(shù)，含Sn量高的焊點(diǎn)的SnCu增長(zhǎng)很快，可能影響焊點(diǎn)的可靠性，因此焊接時(shí)間需要不能過(guò)長(zhǎng)。

由于膜層較薄，在焊接前不能經(jīng)受惡劣環(huán)境的腐蝕和長(zhǎng)時(shí)間的高溫沖擊，因此，包裝和存儲(chǔ)需要注意。板件應(yīng)當(dāng)采用真空包裝，附上干燥劑和濕度指示卡，PCB之間應(yīng)使用隔離紙以避免磨擦損壞OSP膜層，存儲(chǔ)溫度不易長(zhǎng)時(shí)間過(guò)高，一般儀0-35℃為宜，保存期限不宜過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)小于6個(gè)月。

SMT現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行PCB板件拆封時(shí)，必須檢查濕度指示卡，并于12小時(shí)內(nèi)上線(xiàn)焊接，不要一次打開(kāi)多包，萬(wàn)一因設(shè)備、器件等其它因素造成長(zhǎng)時(shí)間停留等待，易出現(xiàn)問(wèn)題;印刷錫膏之后應(yīng)盡快進(jìn)行回流，因?yàn)殄a膏里的助焊劑多OSP膜層腐蝕性較強(qiáng)。SMT單面貼片焊裝完成后，應(yīng)于24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行另一面的貼片焊裝;操作過(guò)程中避免用手直接接觸PCB表面，以免受汗液污染導(dǎo)致腐蝕氧化。