淺析OSP工藝在PCB中的應用

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保護的可焊膜層，在加工過程中，容易出現膜面發黑及賈凡尼效應等不良問題。本文對主流的抗氧化工藝進行了介紹，對OSP工藝的特點和工藝流程進行了較為詳細的分析，并對OSP板件焊后變色機理進行了深入探討，具有一定的借鑒價值。

關鍵詞：OSP;PCB;熱風整平

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易氧化，從而導致焊盤上錫不良，不能形成牢固的焊點，出現虛焊，焊錫不飽滿等現象。通常的做法有物理和化學兩種工藝，經過處理后的印制板能很好地彌補以上出現的缺陷。

主要的工藝方法包括：

a）松香涂覆工藝

工藝實質是在經過酸洗 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氧化，也起到保護銅面的目的，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，當空氣中的氧接近基板表面時，該物質首先被氧化，電子轉移到已氧銅上，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（有機保焊膜，又稱抗氧化表面處理）是PCB符合RoHS指令要求的表面處理工藝。OSP就工藝可簡單描述為在銅面上，以化學的方法“長出”一層有機膜層，具有防氧化，耐熱沖擊，耐濕性，用以保護銅表面于常態環境中不再繼續生銹（氧化或硫化等）。在后續的焊接高溫中，此層保護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間內與熔融焊錫立即結合成為牢固的焊點。

2 OSP工藝簡介

OSP有機保護膜是一種新型環保的有機保護膜劑，較熱風整平工藝有更好的平整度和翹曲度，可以完全取代熱風整平工藝及松香工藝更適合電子工藝中SMT技術發展及環保方面的要求。

OSP工藝它用于裸銅經受貯存和組裝過程保持表面的可焊性，并且完全取消了含鉛成分。O S P除了符合環保要求外還具備諸多的優點：如與無鉛熱風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;與化學鎳金相比，不必擔心鎳層是否氧化侵蝕所造成的“黑盤（Black Pad）”的缺陷，具有更好的焊錫連接強度;它大大的降低了在浸銀工藝加工上的成本耗用，被譽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，焊接后焊點脆性I M C 少且不會出現錫須問題;它在焊盤表面上形成薄而平整的有機涂覆層，滿足SMT、BGA 和

CSP 等細間距封裝類型中要求平整度高的共面性。

由于在無鉛焊接中焊料更換，及其相對于有鉛焊接（錫鉛焊接）的溫度提高，導致焊接工藝窗口變窄，且板件有可能經過多次焊接，所以原來用于有鉛焊接的O S P 板件的耐高溫受到一定的影響，在無鉛焊接中呈現整體的外觀顏色出現不同程度的變化。這種整體的焊接變色對焊接性能是否有影響，是否能夠滿足未來的無鉛焊接性能，裝配廠家心中存在疑問，同時也成為PCB 廠商亟待正視的一個問題。

OSP主要工藝流程如圖一所示。

除油過程直接影響到最終成膜質量。除油不良，會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。實際操作過程中，應當通過化學分析控制溶液濃度，經查檢查除油效果，需要時及時更換溶液。

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，保持微蝕厚度的穩定至關重要，一般將微蝕厚度控制在1μm -1.5μm比較合適，實際操作中，每班生產前應測定微蝕速率，根據速率確定微蝕時間。

酸洗的目的是形成最終需要的抗氧化膜，應當先進行板件的DI水洗，防止污染酸洗液。OSP工藝的關鍵是控制成膜厚度，膜太薄，會導致耐不住環境腐蝕或焊接過程中預熱沖擊，影響最終焊接性能;膜太厚，會導致膜層不能被助焊劑有效溶解，影響焊接過程的潤濕面形成。一般膜層控制在0.2μm-0.5μm比較合適。實際批量生產過程中，應當定期抽樣進行膜層檢測，依據檢測結果適當調整浸泡時間、酸液濃度等參數。

3 應用指南

OSP膜層的印制板件必須保證良好的印刷工藝，因為印刷不良的板件往往要進行清洗，清洗過程有可能損傷OSP膜層。

采用OSP工藝的板件焊盤在Cu和焊料的Sn之間沒有其它材料的IMC隔離，如果采用無鉛焊接技術，含Sn量高的焊點的SnCu增長很快，可能影響焊點的可靠性，因此焊接時間需要不能過長。

由于膜層較薄，在焊接前不能經受惡劣環境的腐蝕和長時間的高溫沖擊，因此，包裝和存儲需要注意。板件應當采用真空包裝，附上干燥劑和濕度指示卡，PCB之間應使用隔離紙以避免磨擦損壞OSP膜層，存儲溫度不易長時間過高，一般儀0-35℃為宜，保存期限不宜過長，應小于6個月。

SMT現場進行PCB板件拆封時，必須檢查濕度指示卡，并于12小時內上線焊接，不要一次打開多包，萬一因設備、器件等其它因素造成長時間停留等待，易出現問題;印刷錫膏之后應盡快進行回流，因為錫膏里的助焊劑多OSP膜層腐蝕性較強。SMT單面貼片焊裝完成后，應于24小時內進行另一面的貼片焊裝;操作過程中避免用手直接接觸PCB表面，以免受汗液污染導致腐蝕氧化。