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捷配PCB總結OSP電路板基礎知識

  • 2024-10-18 09:52:00
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【OSP(Organic Solderability Preservative,有機保焊膜)】是一種用于印刷電路板(PCB)表面處理的技術,其核心功能是通過在裸露的銅面上形成一層有機化合物薄膜,以保護銅面在制造、存儲和焊接過程中免受氧化和污染,確保后續(xù)的焊接工藝中,銅面保持良好的可焊性。


01


OSP(有機保焊劑)的生產流程圖


Acid Cleaner(脫脂):

主要目的在去除前制程中可能出現(xiàn)的銅面氧化物與指紋、油脂等污染,以得到清潔的銅面。


Micro-etch(微蝕):

微蝕的主要目的在去除銅面上比較嚴重之氧化物,并產生均勻光亮的微粗糙銅面,使得后續(xù)OSP皮膜長出來可以附著且更為細致均勻。一般OSP成膜后的銅面光澤與顏色與所選用之微蝕藥液有正相關性,因為不同藥水會造成銅面不同的粗糙度,而粗糙度則會影響光線的折射率與角度。


Acid Rinse(酸洗):

酸洗的功能在徹底清除微蝕后銅面上的殘留物質,確保銅面干凈,以利下一道制程進行。


OSP coating(有機保焊劑處理):

在銅面上長出一層有機銅錯化物的皮膜,以保護銅面于存儲期間不與大氣接觸而氧化。一般要求OSP成膜厚度在0.2-0.5um之間。

影響OSP成膜的要素有:OSP槽液的pH值、OSP槽液的濃度、OSP槽液的總酸度、操作溫度、反應時間。

OSP之后的水洗應嚴格管控其酸鹼值在pH2.1以上,以避免過酸的水洗將OSP皮膜咬蝕溶解,造成厚度不足。


Dry(烘干):

為了確保板面及孔內的涂布層干燥,建議使用60-90°C的熱風吹拂30秒。(這個溫度與時間可能因不同OSP材質而有不同要求)


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OSP表面處理電路板的原理



OSP工藝利用有機化合物(通常為苯并三氮唑或其衍生物),在銅表面化學吸附形成一層薄而均勻的保護膜。這層膜厚度一般在0.2至0.5微米之間,透明且不導電。其作用機制包括以下幾個方面:

  1. 化學鍵合OSP的有機分子與銅原子形成牢固的化學鍵,覆蓋在銅表面。這層有機膜能夠隔絕空氣中的氧氣、水分等對銅的氧化和腐蝕,防止銅面形成氧化銅。

  2. 熱分解在焊接過程中(通常是回流焊),OSP膜會受熱分解或揮發(fā),迅速暴露出清潔的銅面,從而確保良好的焊接性。這一過程通常發(fā)生在溫度超過150℃時。

  3. 可焊性保持OSP膜能夠在適當?shù)拇鎯l件下有效保持銅的可焊性,并確保在多次回流焊接過程中仍能提供良好的焊接性能。




OSP的優(yōu)點



  1. 環(huán)保性OSP工藝不使用有毒或重金屬材料,如鎳或金,符合環(huán)保法規(guī)(如RoHS、REACH)的要求。這使得OSP成為一種環(huán)保友好的表面處理方式。

  2. 低成本相較于其他常見的PCB表面處理方法,如化學鍍錫、化學鍍銀、化學鍍鎳/金(ENIG),OSP的成本最低。其工藝簡單,不需要昂貴的設備和復雜的操作流程,適合大批量生產。

  3. 良好的焊接性能OSP處理后的銅表面在初次焊接時具有極佳的可焊性,能夠確保焊點的完整性和可靠性。尤其是在無鉛焊接中,OSP的表現(xiàn)也相當優(yōu)異。

  4. 表面平整度由于OSP膜極薄,因此處理后的PCB保持了極好的平整度。這對于裝配要求高的器件(如細間距封裝的IC)非常重要,可以避免焊接不良現(xiàn)象。



OSP的缺點



  1. 對環(huán)境敏感OSP膜對環(huán)境條件(如濕度、溫度、空氣中的污染物)非常敏感。長期暴露在不利環(huán)境中,膜層會失去保護作用,導致銅表面氧化,從而影響焊接性能。因此,OSP處理的PCB需要在相對較短的時間內完成組裝和焊接,通常要求在制造后6個月內使用。

  2. 機械耐久性差OSP膜層很薄,且機械強度較低,容易在制造或搬運過程中被劃傷或損壞。一旦膜層被破壞,銅面暴露在空氣中,容易氧化,從而降低焊接質量。

  3. 適用范圍有限由于OSP對環(huán)境條件敏感,且焊接后的耐久性較弱,通常不適用于需要長期儲存、高可靠性或高溫工作的電子產品。這包括航空航天、軍工、醫(yī)療器械等領域的高端應用。

  4. 多次回流焊問題雖然OSP可以支持多次回流焊,但隨著焊接次數(shù)的增加,膜層的完整性和保護能力可能會減弱。這會導致焊接過程中銅面的氧化加劇,焊接質量逐漸下降。


結尾



OSP表面處理技術廣泛應用于消費電子產品、計算機、通信設備等對成本敏感且使用壽命較短的產品。它特別適用于多次回流焊工藝中,如表面貼裝技術(SMT)中的焊接工藝。然而,OSP并不適用于要求較高的高可靠性領域,或者需要長期儲存的產品。