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印制電路板OSP工藝介紹

日期:2017-06-27 / 人氣: / 來源:www.bcreader.com

OSP是一種耐熱可焊的有機涂層。OSP工藝過程是表面清洗、浸涂防氧化劑、干燥,工藝簡單,控制方便,表面涂層均勻平整,成本低廉,是消費類電子產品電路板設計開發中常使用的工藝。

OSP工藝流程

OSP是在印制板完成阻焊層和字符并經電測再經有機可焊性保護劑(OSP)處理后,裸銅焊盤和通孔內得到一種耐熱的有機可焊性涂層。這種有機耐熱可焊性涂層厚度為0.3~0.5μm,分解溫度可達300℃左右,OSP使用工藝流程如下圖所示。

OSP使用工藝流程介紹

OSP技術的實質和關鍵是在“OSP藥液”站(工位),該槽液中能提供少量Cu2+,同時OSP在酸性液中能離解。這種經前處理的印制板進入OSP液中時,印制板的裸銅(如連接盤或導通孔等)表面形成Cu+,然后離解的OSP的空電子對與印制板表面Cu+形成配合物,進而與銅形成配位鍵而形成了保護膜。

OSP的組成成份

目前用于印制板中的OSP藥液的組成大體如下:

烷基苯并咪唑 8~18g/L
有機酸 20~1.0g/L
氯化銅 0.1~1.0g/L
去離子水 0.1~1.0g/L
  1. 烷基苯并咪唑
  2. 它是OSP藥液中的主成分,是決定印制板可焊性和耐熱性的根本所在。因而其研制過程是相當保密的,各OSP生產商的烷基苯并咪唑都是自己合成制造的,這就造成了各生產商的OSP性能上的差別。如耐熱性(從受熱變色看,或變色時的溫度等)、分解溫度(各產品可從270~300℃)等,這些性能對于表面貼裝的焊接性能(特別是否經得起三次或三次以上的焊接)是至關重要的。
    烷基苯并咪唑類有機化合物中的咪唑環能與銅原子的2d10形成配位鍵,從而形成配合物,而長鏈烷基之間又通過范德華力而互相吸引,這樣便在銅表面形成一定厚度的保護層,其中又有苯環的存在,所以這層保護膜便具有很好的耐熱性和高的熱分解溫度。
    烷基苯并咪唑中烷基的選擇將決定著能不能作為印制板的OSP使用問題。而在OSP藥液中,烷基苯并咪唑含量在1%~5%范圍時,形成配合物保護膜速度無明顯變化;而當濃度大于10%時,因超過烷基苯并咪唑在水溶液的溶解度,會造成油狀物析出。所以,烷基苯并咪唑的含量應控制在10%之內,實用上所采用的烷基苯并咪唑含量遠小于該值。
  3. 氯化銅
  4. 在預焊劑溶液中加入適量的氯化銅,能促進配合物保護膜的生成,縮短浸涂時間。一般認為,由于銅離子的存在,在預焊劑溶液中烷基苯并咪唑與銅離子已有一定程度的配位。這種有一定程度聚集的配合物再沉積到銅表面形成配位膜時,能在較短的時間內形成較厚的保護層,因而起到配位促進劑的作用。實驗表面氯化銅加入量超過0.1%時,會使預焊劑溶液過早老化,一般應控制在0.03%~0.05%為宜。
  5. 有機酸
  6. 有機酸的加入可以增加烷基苯并咪唑在水溶液中的溶解度,促進配位保護膜的形成。而用量過多反而會使沉積在銅表面上的保護膜溶解,因而控制有機酸的加入值(即pH值)是至關重要的。一般應控制預焊劑溶液的pH值在3.5左右為宜。試驗中使用甲酸及乙酸或兩種酸混合使用,尚未發現明顯差異。

OSP的使用條件

  1. 溫度
  2. OSP溶液中含烷基苯并咪唑濃度為1%,pH值為3.5±0.1,試樣采用3mm×3mm的覆銅板,浸涂時間為1min,觀察在銅表面上形成配合物保護膜的厚度。在銅表面上形成的配合物膜的厚度受溫度的影響。在試驗范圍內,浸涂時間一定,膜厚度隨溫度升高而增加??刂茰囟仍?0~40°C,浸涂1min,即可形成致密、均勻而厚度適中的配合物膜。
  3. pH值
  4. OSP溶液的酸度是通過加入有機酸來調控的。為使在浸涂過程中保持pH值穩定,須添加一定量的緩沖劑。用3mm×3mm的覆銅箔板試樣,預焊劑溶液中的烷基苯并咪唑濃度為1%,改變溶液pH值,在40℃浸涂1min,pH值高于5時,烷基苯并咪唑的溶解度降低,有油狀物析出,對浸涂不利。pH值控制在4.0±0.5,可得到致密、均勻而厚度適中的配合物膜。而pH值過低,則因配合物膜溶解度增加,可使沉積在銅上的配合物溶解而不能形成要求厚度的膜。
  5. 浸涂時間
  6. 在確定的OSP槽液組成、溫度和pH值條件下,配合物保護膜形成的厚度,其開始將隨著浸涂時間的增加而直線上升(一般在30s之內)。然后,隨著時間的延長,膜厚增加將緩慢地進行,超過2min以后,膜厚度基本上沒有增加。因此,OSP的浸涂時間在1min左右便可以完成了。

OSP的優點有哪些?

近幾年來,OSP在印制板的應用實踐和經驗表明:OSP膜經過潮濕試驗和可焊性試驗都取得了可喜的效果。由于它僅在要焊接的裸銅上形成了0.3~0.5μm厚的薄膜,加上具有高的熱穩定性、致密性、疏水性等好的特性,因而迅速得到推廣應用。其優點主要有:

  1. 使用OSP膜可以大大提高印制線路板的生產能力,由于OSP膜的涂覆是連續進行的,避免了熱風整平工藝的間斷生產方式,因而生產效率大大提高。
  2. 能在印制板的裸銅部分形成一層厚度均勻的保護膜,因而提高了印制板板面和焊盤的平整度(共面性),使焊膏印刷更加容易,同時明顯減低了精密零件移位的概率,提高了高密度表面安裝技術裝配的合格率和可靠性。
  3. 工藝簡單,操作簡便,與其他焊接技術相容性好,同時易于操作和維護。操作環境好,污染少,易于自動化。
  4. 成本低廉,可以說它是所有印制板表面可焊性涂覆中成本最低的加工工藝。其不足之處是,所形成的保護膜極薄,易于劃傷(或擦傷等),必須精心操作和運放。同時其也僅是裸銅可焊性的保護膜而已,一旦保護膜被破壞,裸銅的可焊性便沒有保證了。

OSP工藝質量檢測

  1. 目視檢測有機助焊性保護膜外觀應均勻一致,平整。
  2. 膜后可通過分光光度計來檢測。也可通過目測,觀察成膜30min后板面是否變色,如果變色說明有機膜厚度不夠,致使銅面被氧化。
  3. 可焊性檢測可在不涂助焊劑的情況下,浸260℃的焊錫10s,所有焊盤應著錫飽滿,用鈍器刮焊盤無錫脫落。

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作者:電子產品設計


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