OSP表面處理工藝簡介

2021-12-10 SMT技術分享

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OSP是印刷電路板(PCB)銅箔表面處理的符合RoHS指令要求的一種工藝。OSP是Organic Solderability Preservatives的簡稱，中譯為有機保焊膜，又稱護銅劑，英文亦稱之Preflux。簡單地說，OSP就是在潔淨的裸銅表面上，以化學的方法長出一層有機皮膜。這層膜具有防氧化，耐熱衝擊，耐溼性，用以保護銅表面於常態環境中不再繼續生鏽（氧化或硫化等）；但在後續的焊接高溫中，此種保護膜又必須很容易被助焊劑所迅速清除，如此方可使露出的乾淨銅表面得以在極短的時間內與熔融焊錫立即結合成為牢固的焊點。

其實OSP並非新技術，它實際上已經有超過35年，比SMT歷史還長。OSP 具備許多好處，例如平整面好，和焊盤的銅之間沒有IMC 形成，允許焊接時焊料和銅直接焊接（潤溼性好），低溫的加工工藝，成本低（可低於HASL），加工時的能源使用少等等。OSP 技術早期在日本十分受歡迎，有約4 成的單面板使用這種技術，而雙面板也有近3成使用它。在美國，OSP 技術也在1997 年起激增，從1997 以前的約10%用量增加到1999年的35%。

OSP 有三大類的材料：松香類（Rosin），活性樹脂類（Active Resin）和唑類（Azole）。

目前使用最廣的是唑類OSP。唑類OSP 已經經過了約5 代的改善，這五代分別名為BTA，IA，BIA，SBA和最新的APA。

OSP PCB 表面的有機塗料極薄, 若長時間暴露在高溫高溼環境下，PCB 表面將發生氧化，可焊性變差， 經過回流焊製程後，PCB 表面有機塗料也會變薄，導致PCB 銅箔容易氧化。所以OSP PCB 與SMT 半成品板保存方式及使用應遵守以下原則：

(a) OSP PCB 來料應採用真空包裝，並附上乾燥劑及溼度顯示卡。運輸和保存時，帶有OSP的PCB之間要使用隔離紙以防止摩擦損害OSP表面。

(b)不可暴露於直接日照環境,保持良好的倉庫儲存環境，相對溼度: 30~70%, 溫度: 15~30℃, 保存期限小於6 個月。

(c)在SMT 現場拆封時，必須檢查溼度顯示卡，並於12 小時內上線，絕對不要一次拆開好多包，萬一打不完，或者設備出了點什麼問題要用很長時間解決，那就容易出問題。印刷之後儘快過爐不要停留，因為錫膏裡面的助焊劑對OSP皮膜腐蝕很強。保持良好的車間環境：相對溼度 40~60%, 溫度: 22~27℃) 。生產過程中要避免直接用手接觸PCB 表面，以免其表面受汗液汙染而發生氧化。

(d)SMT 單面貼片完成後，必須於24 小時內要完成第二面SMT 零件貼片組裝。

(e)完成SMT 後要在儘可能短的時間內（最長36小時）完成DIP 手插件。

(f)OSP PCB不可以烘烤，高溫烘烤容易使OSP變色劣化。假若空板超過使用期限，可以退廠商進行OSP 重工。

OSP 相對於普通的噴錫板鋼網開口面積會稍大一點,所以當PCB 由噴錫改為OSP 時,鋼網最好重開,要保證焊錫能蓋住整個焊盤。鋼板開刻基本上可以使用噴錫板的原則，考慮到OSP 因為平整，對錫膏成形有利，而且PAD 不能提供一部分焊錫了，所以開口可以適當增大，但是要以吃飽錫為好，不要過分了。開口增大以後，為了解決SMT CHIP 件錫珠、立碑及OSP PCB 露銅問題，將錫膏印刷機鋼網開孔設計方式, 改為凹型設計。

(a)在錫膏印刷鋼板設計時, 儘可能讓焊錫全部覆蓋焊盤。根據IPC 610-D 版PCBA 焊錫質量目視檢驗標準, 焊盤邊緣小部分露銅的情況是可以被判定允收的，但覆蓋率至少要達到焊盤面積的80%以上。

(b)若是PCB上零件位置因故未放置零件, 錫膏也需儘量覆蓋焊盤。

(c)為了防止OSP PCB在SMT 製程中等待時間太久造成貫穿孔氧化，以致產生焊錫性及可靠度問題，可以考慮在錫膏印刷站將所有ICT 測試點及DIP 貫穿孔印上錫膏，以保護貫穿孔不致氧化生鏽。

回流焊時峰值溫度設置的不要太高（240-245℃），爐內時間要控制好，否則再做第二面的時候可能會出現焊盤吃錫問題，當然，出現這個情況也說明板子的耐高溫不過關。

對雙面裝配，首次回流需要氮氣環境來維持第二面的可焊性。現在的OSP也會在有助焊劑和熱的時候消失，但第二面的保護劑保持完整，直到印有錫膏或過波峰焊，此時回流或波峰焊才不一定要求在惰性氣體環境下。

在首次的有氧加熱情況下通孔裡的OSP（不耐熱的品種）會與焊盤上一樣產生部分乃至全部的分解，以至於有漏出基材的可能，這可通過OSP的變色程度觀察到，而分解和氧化的OSP殘留物溶解性和流動性都會顯著的下降，非原焊劑可對付的，通孔的主要焊接面積在內孔，內孔的可焊面積會受到分解和氧化的OSP殘留物的影響。




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