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PCBA大讲堂:什么是OSP(有机保焊膜)表面处理电路板?有何优缺点?

发布时间 :2018-08-02 10:27 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA加工部
PCBA大讲堂:什么是OSP(有机保焊膜)表面处理电路板?有何优缺点?
OSP(Organic Solderability Preservative,有机保焊膜)】是利用化学方式在铜的表面长出一层有机铜错化物(complex compound)的皮膜。这层有机皮膜可以保护电路板上的洁净裸铜于常态的储存环境下不再与空气接触而生锈(硫化或氧化),并且可以在PCBA电路板组装的过程中轻易地被助焊剂及稀酸迅速的清除并露出洁净的铜面与熔融的焊锡形成焊接。
 
这OSP基本上是一层透明的保护膜,一般用肉眼极难察觉到它的存在,行家则可以透过折射反光来看出在铜箔上有否上有一层透明薄膜来判定,又因为做过OSP的板子与一般的裸铜板在外观看来并没有太大的差异,这也造成板厂在品值检查及量测的难度。
 
有机护铜剂(OSP)如果有破洞刚好在铜面上,铜面就会从破洞处开始氧化,进而影响到SMT组装的不良,而有机护铜剂的厚度越厚,对于铜箔的保护性就越好,但是相对的也需要较强活性的助焊剂才能清除它以进行焊接,所以一般要求OSP成膜厚度在0.2-0.5um之间。
 
OSP(有机保焊剂)的生产流程图
 
OSP(有机保焊剂)的生产流程图
 
Acid Cleaner(脱脂):
主要目的在去除前制程中可能出现的铜面氧化物与指纹、油脂等污染,以得到清洁的铜面。
 
Micro-etch(微蚀):
微蚀的主要目的在去除铜面上教严重之氧化物,并产生均匀光亮的微粗糙铜面,使得后续OSP皮膜长出来可以更为细致均匀。一般OSP成膜后的铜面光泽与颜色与所选用之微蚀药液有正相关性,因为不同药水会造成铜面不同的粗糙度。
 
Acid Rinse(酸洗):
酸洗的功能在彻底清除微蚀后铜面上的残留物质,以确保铜面干净。
 
OSP coating(有机保焊剂处理):
在铜面上长出一层有机铜错化物的皮膜,以保护铜面于储存期间不与大气接触而氧化。一般要求OSP成膜厚度在0.2-0.5um之间。
影响OSP成膜的要素有:
▪ OSP槽液的pH值
▪ OSP槽液的浓度
▪ OSP槽液的总酸度
▪ 操作温度
▪ 反应时间
OSP之后的水洗应严格管控其酸硷值在pH2.1以上,以避免过酸的水洗将OSP皮膜咬蚀溶解,造成厚度不足。
 
Dry(烘干):
为了确保板面及孔内的涂布层干燥,建议使用60-90°C的热风吹拂30秒。(这个温度与时间可能因不同OSP材质而有不同要求)
 
OSP(Organic Solderability Preservative,有机保焊膜)表面处理电路板的优点:
▪ 价钱便宜。
▪ 焊接强度佳。OSP铜基地的焊接强度基本上比ENIG镍基地来得好。
▪ 过期(三或六个月)的板子也可以重新做表面处理,但通常以一次为限,还得视板子状况。
 
OSP(Organic Solderability Preservative,有机保焊膜)表面处理电路板缺点:
▪ OSP为透明薄膜,不易量测其厚度,所以厚度也就不易管控,膜厚太薄达找不保护铜面的效果,膜厚太厚则不力焊接。
 
▪ 二次回焊时建议要在有开氮气的环境下操作,较能得到良好的焊接效果。
 
▪ 保存期限不足。一般来说OSP在板厂完成后,其保存期限(shelf life)最多六个月,有些只有三个月,视板厂的能力及板子的品质而定,有些超过保存期限的板子可以送回板厂洗掉PCB表面旧的OSP,然后重新上一层新的OSP。但是洗掉旧有的OSP比需使用具有腐蚀性的化学药剂,或多或少会伤害到铜面,所以焊垫如果太小将无法处理,必须与板厂沟通是否可以重新做表面处理。
 
▪ 容易受到酸及湿度影响。使用于二次回流焊(Reflow)时,需在一定时间内完成,通常第二次回流焊的效果会比较差。一般要求打开包装后需在24小时内用完(过完回焊)。一次回焊与二次回焊的时间越短越好,一般建议8小时内或12小时内过完二次回焊。
 
▪ OSP为绝缘层,所以板子上的测试点必须加印锡膏以去除原来的OSP层才能接触针点作电性测试。相关阅读:什么是ICT(In-Circuit-Test)?有何优缺点?
 
▪ OSP板子为铜基地,焊锡后初始会生成Cu6Sn5的良性IMC,但经过时间老化后则会渐渐转变为Cu3Sn的劣性IMC,对信赖性造成影响,所以如果需要长期使用于高温环境或需要较长使用寿命的产品必须多加考虑OSP的长期信赖度问题。
 
深圳宏力捷对OSP表面处理电路板的看法:
因为OSP的价格便宜、新鲜时可焊性良好、初始时焊接强度佳、使用一段时间后焊接性变差…等种种特性,深圳宏力捷认为OSP非常适合使用在一次性大量生产的消费性产品,如果可以让OSP与焊锡所生成之IMC在使用一段时间后(过了保固期限)才从良性Cu6Sn5转变为烈性Cu3Sn就更完美了。
 
而OSP则不适合用在少量多样的产品上面,也不适合用在需求预估(demand forecast)不淮的产品上,如果公司内电路板的库存经常超过六个月,真的不建议使用OSP表面处理的板子,「拿砖头砸自己的脚」虽然傻,但就是有人愿意~


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