论文部分内容阅读
摘 要：抗氧化表面处理是在铜面上形成一层有机保护的可焊膜层，在加工过程中，容易出现膜面发黑及贾凡尼效应等不良问题。本文对主流的抗氧化工艺进行了介绍，对OSP工艺的特点和工艺流程进行了较为详细的分析，并对OSP板件焊后变色机理进行了深入探讨，具有一定的借鉴价值。
关键词：OSP;PCB;热风整平
1 PCB抗氧化工艺综述
在印制板制作的后期阶段，已成型的板面的焊盘易氧化，从而导致焊盘上锡不良，不能形成牢固的焊点，出现虚焊，焊锡不饱满等现象。通常的做法有物理和化学两种工艺，经过处理后的印制板能很好地弥补以上出现的缺陷。
主要的工艺方法包括：
a）松香涂覆工艺
工艺实质是在经过酸洗 磨板 烘干后板面均匀地涂上一层松香，松香分布在整个板面上，从而与空气中的氧隔离，起到防氧化的作用。
b）电化学工艺
该工艺是在印制板面电镀一层不易氧化 耐磨损的重金属，如镀金 镀银等。
c）表面钝化工艺
该工艺就是在铜表面形成一层致密的氧化膜，这层膜能阻止铜面继续氧化，也起到保护铜面的目的，适合中处理。
d）替代氧化工艺
该工艺是在铜面涂上一层比铜更活拨的物质，当空气中的氧接近基板表面时，该物质首先被氧化，电子转移到已氧铜上，已氧铜获得电子被还原，从而起到防氧化的目的，也适合中处理，如三氧化铬。
e）OSP工艺
OSP（有机保焊膜，又称抗氧化表面处理）是PCB符合RoHS指令要求的表面处理工艺。OSP就工艺可简单描述为在铜面上，以化学的方法“长出”一层有机膜层，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）。在后续的焊接高温中，此层保护膜必须很容易被助焊剂所迅速清除，方可使露出的干净铜面在极短时间内与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。
2 OSP工艺简介
OSP有机保护膜是一种新型环保的有机保护膜剂，较热风整平工艺有更好的平整度和翘曲度，可以完全取代热风整平工艺及松香工艺更适合电子工艺中SMT技术发展及环保方面的要求。
OSP工艺它用于裸铜经受贮存和组装过程保持表面的可焊性，并且完全取消了含铅成分。O S P除了符合环保要求外还具备诸多的优点：如与无铅热风整平相比减少了阻焊膜表面锡珠影响裝配造成短路的隐患;与化学镍金相比，不必担心镍层是否氧化侵蚀所造成的“黑盘（Black Pad）”的缺陷，具有更好的焊锡连接强度;它大大的降低了在浸银工艺加工上的成本耗用，被誉为最便宜的印制电路板的表面终饰工艺;它比浸锡的工艺更加成熟，焊接后焊点脆性I M C 少且不会出现锡须问题;它在焊盘表面上形成薄而平整的有机涂覆层，满足SMT、BGA 和
CSP 等细间距封装类型中要求平整度高的共面性。
由于在无铅焊接中焊料更换，及其相对于有铅焊接（锡铅焊接）的温度提高，导致焊接工艺窗口变窄，且板件有可能经过多次焊接，所以原来用于有铅焊接的O S P 板件的耐高温受到一定的影响，在无铅焊接中呈现整体的外观颜色出现不同程度的变化。这种整体的焊接变色对焊接性能是否有影响，是否能够满足未来的无铅焊接性能，装配厂家心中存在疑问，同时也成为PCB 厂商亟待正视的一个问题。
OSP主要工艺流程如图一所示。
除油过程直接影响到最终成膜质量。除油不良，会造成成膜表面被油脂覆盖，造成最终的部分位置膜层缺失或厚度不均匀。实际操作过程中，应当通过化学分析控制溶液浓度，经查检查除油效果，需要时及时更换溶液。
微蚀的目的是形成粗糙的铜表面，便于成膜。腐蚀的厚度影响到成膜速率，保持微蚀厚度的稳定至关重要，一般将微蚀厚度控制在1μm -1.5μm比较合适，实际操作中，每班生产前应测定微蚀速率，根据速率确定微蚀时间。
酸洗的目的是形成最终需要的抗氧化膜，应当先进行板件的DI水洗，防止污染酸洗液。OSP工艺的关键是控制成膜厚度，膜太薄，会导致耐不住环境腐蚀或焊接过程中预热冲击，影响最终焊接性能;膜太厚，会导致膜层不能被助焊剂有效溶解，影响焊接过程的润湿面形成。一般膜层控制在0.2μm-0.5μm比较合适。实际批量生产过程中，应当定期抽样进行膜层检测，依据检测结果适当调整浸泡时间、酸液浓度等参数。
3 应用指南
OSP膜层的印制板件必须保证良好的印刷工艺，因为印刷不良的板件往往要进行清洗，清洗过程有可能损伤OSP膜层。
采用OSP工艺的板件焊盘在Cu和焊料的Sn之间没有其它材料的IMC隔离，如果采用无铅焊接技术，含Sn量高的焊点的SnCu增长很快，可能影响焊点的可靠性，因此焊接时间需要不能过长。
由于膜层较薄，在焊接前不能经受恶劣环境的腐蚀和长时间的高温冲击，因此，包装和存储需要注意。板件应当采用真空包装，附上干燥剂和湿度指示卡，PCB之间应使用隔离纸以避免磨擦损坏OSP膜层，存储温度不易长时间过高，一般仪0-35℃为宜，保存期限不宜过长，应小于6个月。
SMT现场进行PCB板件拆封时，必须检查湿度指示卡，并于12小时内上线焊接，不要一次打开多包，万一因设备、器件等其它因素造成长时间停留等待，易出现问题;印刷锡膏之后应尽快进行回流，因为锡膏里的助焊剂多OSP膜层腐蚀性较强。SMT单面贴片焊装完成后，应于24小时内进行另一面的贴片焊装;操作过程中避免用手直接接触PCB表面，以免受汗液污染导致腐蚀氧化。
关键词：OSP;PCB;热风整平
1 PCB抗氧化工艺综述
在印制板制作的后期阶段，已成型的板面的焊盘易氧化，从而导致焊盘上锡不良，不能形成牢固的焊点，出现虚焊，焊锡不饱满等现象。通常的做法有物理和化学两种工艺，经过处理后的印制板能很好地弥补以上出现的缺陷。
主要的工艺方法包括：
a）松香涂覆工艺
工艺实质是在经过酸洗 磨板 烘干后板面均匀地涂上一层松香，松香分布在整个板面上，从而与空气中的氧隔离，起到防氧化的作用。
b）电化学工艺
该工艺是在印制板面电镀一层不易氧化 耐磨损的重金属，如镀金 镀银等。
c）表面钝化工艺
该工艺就是在铜表面形成一层致密的氧化膜，这层膜能阻止铜面继续氧化，也起到保护铜面的目的，适合中处理。
d）替代氧化工艺
该工艺是在铜面涂上一层比铜更活拨的物质，当空气中的氧接近基板表面时，该物质首先被氧化，电子转移到已氧铜上，已氧铜获得电子被还原，从而起到防氧化的目的，也适合中处理，如三氧化铬。
e）OSP工艺
OSP（有机保焊膜，又称抗氧化表面处理）是PCB符合RoHS指令要求的表面处理工艺。OSP就工艺可简单描述为在铜面上，以化学的方法“长出”一层有机膜层，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）。在后续的焊接高温中，此层保护膜必须很容易被助焊剂所迅速清除，方可使露出的干净铜面在极短时间内与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。
2 OSP工艺简介
OSP有机保护膜是一种新型环保的有机保护膜剂，较热风整平工艺有更好的平整度和翘曲度，可以完全取代热风整平工艺及松香工艺更适合电子工艺中SMT技术发展及环保方面的要求。
OSP工艺它用于裸铜经受贮存和组装过程保持表面的可焊性，并且完全取消了含铅成分。O S P除了符合环保要求外还具备诸多的优点：如与无铅热风整平相比减少了阻焊膜表面锡珠影响裝配造成短路的隐患;与化学镍金相比，不必担心镍层是否氧化侵蚀所造成的“黑盘（Black Pad）”的缺陷，具有更好的焊锡连接强度;它大大的降低了在浸银工艺加工上的成本耗用，被誉为最便宜的印制电路板的表面终饰工艺;它比浸锡的工艺更加成熟，焊接后焊点脆性I M C 少且不会出现锡须问题;它在焊盘表面上形成薄而平整的有机涂覆层，满足SMT、BGA 和
CSP 等细间距封装类型中要求平整度高的共面性。
由于在无铅焊接中焊料更换，及其相对于有铅焊接（锡铅焊接）的温度提高，导致焊接工艺窗口变窄，且板件有可能经过多次焊接，所以原来用于有铅焊接的O S P 板件的耐高温受到一定的影响，在无铅焊接中呈现整体的外观颜色出现不同程度的变化。这种整体的焊接变色对焊接性能是否有影响，是否能够满足未来的无铅焊接性能，装配厂家心中存在疑问，同时也成为PCB 厂商亟待正视的一个问题。
OSP主要工艺流程如图一所示。
除油过程直接影响到最终成膜质量。除油不良，会造成成膜表面被油脂覆盖，造成最终的部分位置膜层缺失或厚度不均匀。实际操作过程中，应当通过化学分析控制溶液浓度，经查检查除油效果，需要时及时更换溶液。
微蚀的目的是形成粗糙的铜表面，便于成膜。腐蚀的厚度影响到成膜速率，保持微蚀厚度的稳定至关重要，一般将微蚀厚度控制在1μm -1.5μm比较合适，实际操作中，每班生产前应测定微蚀速率，根据速率确定微蚀时间。
酸洗的目的是形成最终需要的抗氧化膜，应当先进行板件的DI水洗，防止污染酸洗液。OSP工艺的关键是控制成膜厚度，膜太薄，会导致耐不住环境腐蚀或焊接过程中预热冲击，影响最终焊接性能;膜太厚，会导致膜层不能被助焊剂有效溶解，影响焊接过程的润湿面形成。一般膜层控制在0.2μm-0.5μm比较合适。实际批量生产过程中，应当定期抽样进行膜层检测，依据检测结果适当调整浸泡时间、酸液浓度等参数。
3 应用指南
OSP膜层的印制板件必须保证良好的印刷工艺，因为印刷不良的板件往往要进行清洗，清洗过程有可能损伤OSP膜层。
采用OSP工艺的板件焊盘在Cu和焊料的Sn之间没有其它材料的IMC隔离，如果采用无铅焊接技术，含Sn量高的焊点的SnCu增长很快，可能影响焊点的可靠性，因此焊接时间需要不能过长。
由于膜层较薄，在焊接前不能经受恶劣环境的腐蚀和长时间的高温冲击，因此，包装和存储需要注意。板件应当采用真空包装，附上干燥剂和湿度指示卡，PCB之间应使用隔离纸以避免磨擦损坏OSP膜层，存储温度不易长时间过高，一般仪0-35℃为宜，保存期限不宜过长，应小于6个月。
SMT现场进行PCB板件拆封时，必须检查湿度指示卡，并于12小时内上线焊接，不要一次打开多包，万一因设备、器件等其它因素造成长时间停留等待，易出现问题;印刷锡膏之后应尽快进行回流，因为锡膏里的助焊剂多OSP膜层腐蚀性较强。SMT单面贴片焊装完成后，应于24小时内进行另一面的贴片焊装;操作过程中避免用手直接接触PCB表面，以免受汗液污染导致腐蚀氧化。