1、O SPO O O 工 艺 和 SMT应 用 指 南摘 要：本文简单介绍 了 O SPO O O CB的 生产工艺和优 缺 点，提供了我司 在 O SPO O O CBSMT工 艺中应用指导 。关 键词： O SPO O O CBSMT无 铅 工 艺随着 人们 对电 子产 品的 轻、 薄 、 短、 小 型化 、 多功 能化 方向 发展 ，印 制线 路板 向着 高精 密度 、薄 型化、多层化、小孔化方向发展，尤其是 SMT的迅猛发展，从而使 SMT用高密度薄板（如 IC卡、移动电话 、 笔记 本电 脑、 调 谐器 等印 制板 ） 不断 发展 ， 使得 热风 整平 工艺 愈来 愈不 适应 上述 要
2、求 。同 时热 风整平 工艺 使用的 Sn-Pb焊料 也不 符合 环保 要求 ， 随着 2006年 7月 1日欧盟 RoHS指令 的正 式实 施，业 界急需 寻求 PCB表面 处理 的无 铅替 代方 式， 最普 遍的 是有 机焊 料防 护 (OSP)、无 电镀 镍金 沉浸 (ENIG)、银沉浸 以及 锡沉 浸。 下图 是常 见的 几种 PCB表面 处理 方式 热风 整平 （ Sn-PbHASL）、 浸 Ag、浸 Sn、 OSP、无 电镀 镍浸金（ ENIG）的性能比较，其中后 4种适用于无铅工艺。可以看出 OSP的工艺简单、成本低，所以越来越受 到业 界的 欢迎 。OSP是 OrganicSo
3、lderabilityPresrvatives的简 称 ， 中 译 为 有 机 保 焊 膜 ， 又 称 护 铜 剂 ， 英 文 亦 称 之Preflux。 简单的说 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 时间内 与熔 融焊 锡立 即结 合成 为牢 固的 焊点 。 其实 OSP并非 新技 术， 它 实 际上 已经 有超过 35年， 比
4、SMT历史 还长 。 OSP具备 许多 好处 ， 例 如 平整面 好， 和 焊 盘的 铜之 间没有 IMC形成 ， 允 许焊 接时 焊料 和铜 直接 焊接 （ 润 湿性 好）， 低 温 的加 工工 艺 ，成本 低 （ 可 低于 HASL）， 加 工 时 的 能 源 使 用 少 等 等 。 OSP技术 早期 在日 本十 分受 欢迎 ， 有约 4成的 单 面板使 用这 种技 术， 而 双 面板 也有近 3成使 用它 。 在 美 国， SP技术 也在 1997年起 激增 ，从 1997以前 的约 10%用量 增加到 1999年的 35%。OSP有三 大类 的材 料： 松香 类（ Rosin）， 活
5、性 树 脂 类 （ ActiveResin）和 唑类 （ Azole）。 目 前 使 用 最物理 性能 Sn-PbHASL浸 Ag浸 Sn OSPENIG保存 寿命 (月 ) 121212126可经 历回 流次 数 4 5 5 4 4成本 中等 中等 中等 低 高工艺 复杂 程度 高 中等 中等 低 高工艺 温度 240C50C70C40C80C厚度 范围 ,微米 1-250.05-0.200.8-1.20.2-0.50.05-0.2Au3-5Ni助焊 剂兼 容性 好 好 好 一般 好广的是唑类 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
6、最新的 AP。O SPO O O 的 工艺流程：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1、除 油 除油 效果 的好 坏直 接影 响到 成膜 质量 。 除 油 不良 ， 则 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 ，
7、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 好采有 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（ 190-200C）， 最 终 影 响 焊 接 性 能
8、 ， 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 。O SPO O O 工 艺的缺点SP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 。 锡膏 印刷 工艺 要掌 握
9、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。O SPO O O CB的 SMT应 用指南：1、 O SPO O O B包 装 ,储 存 ,及 使用 :O SPO O O CB表面的有机涂料极薄 ,若长时间暴露在高温高湿环境下，
10、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 O SPO O O CB与SMT半成 品板 保存 方式 及使 用应 遵守 以下 原则 ：(a)O SPO O O CB來料应采用真空包装，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:3070%,温度:1530 ,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
11、对不要一次拆开好多包，万一打不完，或者设备出了点很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4060%,温度:2227 )。 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 ST后要 在尽 可能 短的 时间 内（ 最长 36小时 ）完成 DIP手插 件。(f)O SPO O O CB不可以 烘烤 ，高 温烘
12、 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 O O O O SP重工 。2、 O SPO O O CB的 SMT锡 膏印刷钢板设计SP相对于 普通 的喷 锡板 钢网 开口 面积 会稍 大一 点 ,所以当 PCB由喷锡 改为 OSP时 ,钢网最 好重 开 ,要保 证焊 锡能 盖住 整个 焊盘 。 钢 板 开刻 基本 上可 以使 用喷 锡板 的原 则， 考 虑到 SP因为 平整 ， 对 锡 膏 成形有 利，而且 PAD不能 提供 一部 分焊 锡了 ，所 以 开口 可以 适当 增大 ，但 是 要以 吃饱 锡为 好，不 要过 分 了 。开口 增大 以后 ，
13、为 解决 SMTCHIP件锡 珠 、 碑及 O SPO O O CB 铜问 题， 将锡 膏印 刷机 钢网 开孔 设计方式 ,改为 凹型 设计 。(a)在锡 膏印 刷钢 板设 计时 ,尽可 能让 焊锡 全部 覆盖 焊盘 。根据 IPC610-D版 PCBA焊锡 质量 目视 检 验标准 ,焊盘 边缘 小部 分 铜的 情况 是可 以被 判定 允收 的， 但覆 盖 至少 要达 到焊 盘面 积的 80%以上 。(b) 是 PCB上 件位 置因 故未 放置 零件 ,锡膏 也需 尽量 覆盖 焊盘 。(c)为 防止 O SPO O O CB在 SMT制程中等待时间太久造成贯穿孔氧化，以致产生焊锡性及可靠 问
14、题 ，可以 考虑 在锡 膏印 刷站 将所 有 ICT测试 点及 DIP贯穿 孔印 上锡 膏， 以保 护贯 穿孔 致氧 化生 锈。3、 O SPO O O CB印 刷锡膏 的 重工(a)尽量 避免 印刷 错误 ，因 为清 洗会 损害 OSP保护 层。(b)当 PCB印刷锡膏 时，由于 O SPO O O 保护膜极 被有机溶剂侵蚀，所有 O SPO O O CB 能用高挥发性溶剂 浸泡 或清 洗， 建议 以无 纺布沾 75%酒精 擦除 锡膏 。(c)重工 完成 后的 PCB， 应该在 2小时 内完 成当 次重工 PCB面的 SMT焊锡 作业 。 4、 O SPO O O CB的 回流炉温 曲 线回
15、流 焊时 峰值 温度 设置 的不 要太 高（ 240-245 ）， 炉 内时 间要 控制 好， 否则 再做 第二 面的 时候 可能会出 现焊 盘吃 锡问 题， 当然 ，出 现这 个情 况也 说明 板子 的耐 高温 不过 关。 对双 面装 配， 首 次 回流 需要 氮气 环境 来维 持第 二面 的可 焊性 。 现 在的 OSP也会 在有 助焊 剂和 热的 时候消 失， 但 第二 面的 保护 剂保 持完 整， 直 到印 有锡 膏或 过波 峰焊 ，此 时回 流或 波峰 焊时 才不 一定 要求 惰性气 体环 境。 在首 次的 有氧 加热 情况 下通 孔里的 OSP（不 耐热 的品 种）会 与 焊盘 上
16、一 样产 生部 分乃 至全 部的 分 解 ，以至于有漏出基材的可能，这可通过 SP的变色程度观察到，而分解和氧化的 OSP残留物溶解性和流动性 都会 显著 的下 降， 非 原焊 剂可 对付 的， 通 孔的 主要 焊接 面积 在内 孔， 内孔 的可 焊面 积会 受到 分解 和氧化的 OSP残留 物的 影响 。5、 O SPO O O CB的 ICT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 多任 务艺 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 。
