护铜剂(PCB线路板中的OSP工艺详解)

Posted 2023-05-27

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护铜剂(PCB线路板中的OSP工艺详解)

OSP是印刷电路板(PCB)铜箔表面处理的符合RoHS指令要求的一种工艺。 OSP是Organic Solderability Preservatives的简称，中译为有机保焊膜，又称护铜剂，英文亦称之Preflux。简单地说，OSP就是在洁净的裸铜表面上，以化学的方法长出一层有机皮膜。这层膜具有防氧化，耐热冲击，耐湿性，用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈（氧化或硫化等）；但在后续的焊接高温中，此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速清除，如此方可使露出的干净铜表面得以在极短的时间内与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。

OSP 有三大类的材料：松香类（Rosin），活性树脂类（Active Resin）和唑类（Azole）。目前使用最广的是唑类OSP。唑类OSP 已经经过了约5 代的改善，这五代分别名为BTA，IA，BIA，SBA和最新的APA。

OSP的流程为：除油-->二级水洗-->微蚀-->二级水洗-->酸洗-->DI水洗-->成膜风干-->DI 水洗-->干燥，相对其他表面处理工艺而言，较为容易。微蚀的目的是形成粗糙的铜面，便于成膜。微蚀的厚度直接影响到成膜速率，因此，要形成稳定的膜厚，保持微蚀厚度的稳定是非常重要的

1、除油

除油效果的好坏直接影响到成膜质量。除油不良，造成膜厚度不均匀。一方面，可以通过分析溶液，将浓度控制在工艺范围内。另一方面，也要经常检查除油效果是否好，若除油效果不好，则应及时更换除油液。

2、微蚀

微蚀的目的是形成粗糙的铜面，便于成膜。微蚀的厚度直接影响到成膜速率，因此，要形成稳定的膜厚，保持微蚀厚度的稳定是非常重要的。一般将微蚀厚度控制在1.0-1.5um 比较合适。每班生产前，可测定微蚀速率，根据微蚀速率来确定微蚀时间。

3、成膜

成膜前的水洗最好采有DI 水，以防成膜液遭到污染。成膜后的水洗也最好采用DI水，且PH值应控制在4.0-7.0之间，以防膜层遭到污染及破坏。OSP 工艺的关键是控制好防氧化膜的厚度。膜太薄，耐热冲击能力差，在过回流焊时，膜层耐不往高温（190-200°C），最终影响焊接性能，在电子装配线上，膜不能很好的被助焊剂所溶解，影响焊接性能。一般控制膜厚在0.2-0.5um之间比较合适。

OSP工艺缺点：

OSP 当然也有它不足之处，例如实际配方种类多，性能不一。也就是说供应商的认证和选择工作要做得够做得好。

OSP工艺的不足之处是所形成的保护膜极薄，易于划伤（或擦伤），必须精心操作和运放。同时，经过多次高温焊接过程的OSP膜（指未焊接的连接盘上OSP膜）会发生变色或裂缝，影响可焊性和可靠性。

测试

采用OSP 表面处理，如果测试点没有被焊料覆盖，将导致在ICT 测试时，出现针床夹具的接触问题。有很多人为因素会影响ICT 测试效果，其中的一些因素是：OSP 提供商类型、在回流炉中经过的次数、是否波峰工艺、氮气回流还是空气回流，以及在ICT 时的模拟测试类型等。仅仅改以采用更锋利的探针类型来穿过OSP 层，将只会导致损坏并戳穿PCA 测试过孔或者测试焊盘。所以强烈建议不要直接对裸露的铜焊盘进行探测，要求在开制钢网时考虑给所有测试点上锡。

应用指南

锡膏印刷工艺要掌握得好，因为印刷不良的板不能使用IPA 等进行清洗，会损害OSP 层。

透明和非金属的OSP 层厚度也不容易测量，透明性对涂层的覆盖面程度也不容易看出，所以供应商这些方面的质量稳定性较难评估。

OSP技术在焊盘的Cu和焊料的Sn之间没有其它材料的IMC隔离，在无铅技术中，含Sn 量高的焊点中的SnCu 增长很快，影响焊点的可靠性。

包装储存

OSP PCB 表面的有机涂料极薄, 若长时间暴露在高温高湿环境下，PCB 表面将发生氧化，可焊性变差，经过回流焊制程后，PCB 表面有机涂料也会变薄，导致PCB 铜箔容易氧化。所以OSP PCB 与SMT 半成品板保存方式及使用应遵守以下原则：

(a) OSP PCB 来料应采用真空包装，并附上干燥剂及湿度显示卡。运输和保存时，带有OSP的PCB之间要使用隔离纸以防止摩擦损害OSP表面。

(b)不可暴露于直接日照环境,保持良好的仓库储存环境，相对湿度: 30~70%, 温度: 15~30℃, 保存期限小于6 个月。

(c)在SMT 现场拆封时，必须检查湿度显示卡，并于12 小时内上线，绝对不要一次拆开好多包，万一打不完，或者设备出了点什么问题要用很长时间解决，那就容易出问题。印刷之后尽快过炉不要停留，因为锡膏里面的助焊剂对OSP皮膜腐蚀很强。保持良好的车间环境：相对湿度 40~60%, 温度: 22~27℃) 。生产过程中要避免直接用手接触PCB 表面，以免其表面受汗液污染而发生氧化。

(d)SMT 单面贴片完成后，必须于24 小时内要完成第二面SMT 零件贴片组装。

(e)完成SMT 后要在尽可能短的时间内（最长36小时）完成DIP 手插件。

(f)OSP PCB不可以烘烤，高温烘烤容易使OSP变色劣化。假若空板超过使用期限，可以退厂商进行OSP 重工