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印制电路板OSP工艺介绍

日期:2017-06-27 / 人气: / 来源:www.edrkp.live

OSP是一种耐热可焊的有机涂层。OSP工艺过程是表面清洗、浸涂防氧化剂、干燥,工艺简单,控制方便,表面涂层均匀平整,成本低廉,是消费类电子产品电路板设计开发中常使用的工艺。

OSP工艺流程

OSP是在印制板完成阻焊层和字符并经电测再经有机可焊性保护剂(OSP)处理后,裸铜焊盘和通孔内得到一种耐热的有机可焊性涂层。这种有机耐热可焊性涂层厚度为0.3~0.5μm,分解温度可达300℃左右,OSP使用工艺流程如下图所示。

OSP使用工艺流程介绍

OSP技术的实质和关键是在“OSP药液”站(工位),该槽液中能提供少量Cu2+,同时OSP在酸性液中能离解。这种经前处理的印制板进入OSP液中?#20445;?#21360;制板的裸铜(如连?#20248;?#25110;导通孔等)表面形成Cu+,然后离解的OSP的空电子对与印制板表面Cu+形成配合物,进而与铜形成配位键而形成了保护膜。

OSP的组成成份

目前用于印制板中的OSP药液的组成大体如下:

烷基苯并咪唑 8~18g/L
有机酸 20~1.0g/L
氯化铜 0.1~1.0g/L
去离子水 0.1~1.0g/L
  1. 烷基苯并咪唑
  2. 它是OSP药液中的主成分,是决定印制板可焊性和耐热性的根本所在。因而其研制过程是相当保密的,各OSP生产商?#32784;?#22522;苯并咪唑都是自己合成制造的,这就造成了各生产商的OSP性能上的差别。如耐热性(从受热变色看,或变色时的温度等)、分解温度(各产品可从270~300℃)等,这些性能对于表面贴装的焊?#26377;?#33021;(特别是否经得起三?#20301;?#19977;?#25105;?#19978;的焊接)是至关重要的。
    烷基苯并咪唑类有机化合物中的咪唑环能与铜原子的2d10形成配位键,从而形成配合物,而长链烷基之间又通过范德华力而互相吸引,这样便在铜表面形成一定厚度的保护层,其中又有?#20132;?#30340;存在,所以这层保护膜便具有很好的耐热性和高的热分解温度。
    烷基苯并咪唑中烷基的选择将决定着能不能作为印制板的OSP使用问题。而在OSP药液中,烷基苯并咪唑含量在1%~5%范围?#20445;?#24418;成配合物保护膜速度无明显变化;而当浓度大于10%?#20445;?#22240;超过烷基苯并咪唑在水溶液的溶解度,会造成油状物析出。所以,烷基苯并咪唑的含量应控制在10%之内,实用上所采用?#32784;?#22522;苯并咪唑含量远小于该值。
  3. 氯化铜
  4. 在预焊剂溶液中加入适量的氯化铜,能促进配合物保护膜的生成,缩短浸涂时间。一般认为,由于铜离子的存在,在预焊剂溶液中烷基苯并咪唑与铜离子已有一定程度的配位。这种有一定程度聚集的配合物再沉积到铜表面形成配位膜?#20445;?#33021;在较短的时间内形成较厚的保护层,因而起到配位促进剂的作用。实验表面氯化铜加入量超过0.1%?#20445;?#20250;使预焊剂溶液过早老化,一般应控制在0.03%~0.05%为宜。
  5. 有机酸
  6. 有机酸的加入可以增加烷基苯并咪唑在水溶液中的溶解度,促进配位保护膜的形成。而用量过多反而会使沉积在铜表面上的保护膜溶解,因而控制有机酸的加入值(即pH值)是至关重要的。一般应控制预焊剂溶液的pH值在3.5左右为宜。试验中使用甲酸及乙酸或两种酸混合使用,?#24418;?#21457;现明显差异。

OSP的使用条件

  1. 温度
  2. OSP溶液中含烷基苯并咪唑浓度为1%,pH值为3.5±0.1,试样采用3mm×3mm的覆铜板,浸涂时间为1min,观察在铜表面上形成配合物保护膜的厚度。在铜表面上形成的配合物膜的厚度受温度的影响。在试验范围内,浸涂时间一定,膜厚?#20154;?#28201;度升高而增?#21360;?#25511;制温度在30~40°C,浸涂1min,即可形成致密、均匀而厚度适中的配合物膜。
  3. pH值
  4. OSP溶液的酸度是通过加入有机酸来调控的。为使在浸涂过程中保持pH值稳定,须添加一定量的缓冲剂。用3mm×3mm的覆铜箔板试样,预焊剂溶液中?#32784;?#22522;苯并咪唑浓度为1%,改变溶液pH值,在40℃浸涂1min,pH值高于5?#20445;?#28919;基苯并咪唑的溶解度降低,有油状物析出,对浸涂不利。pH值控制在4.0±0.5,可得到致密、均匀而厚度适中的配合物膜。而pH值过低,则因配合物膜溶解度增加,可使沉积在铜上的配合物溶解而不能形成要求厚度的膜。
  5. 浸涂时间
  6. 在?#33539;?#30340;OSP槽液组成、温度和pH值条件下,配合物保护膜形成的厚度,其开始将随着浸涂时间的增加而直线上升(一般在30s之内)。然后,随着时间的延长,膜厚增加将缓慢地进行,超过2min以后,膜厚度基本上没有增?#21360;?#22240;此,OSP的浸涂时间在1min左右便可以完成了。

OSP的优点有哪些?

近?#25913;?#26469;,OSP在印制板的应用实践和经验表明:OSP膜经过潮湿试验和可焊性试验都取得了可喜的效果。由于它仅在要焊接的裸铜上形成了0.3~0.5μm厚的薄膜,加上具有高的热稳定性、致密性、疏水性等好的特性,因而迅速得到推广应用。其优点主要有:

  1. 使用OSP膜可?#28304;?#22823;提高印制线路板的生产能力,由于OSP膜?#32784;?#35206;是连续进行的,避免了热风整平工艺的间断生产方式,因而生产效率大大提高。
  2. 能在印制板的裸铜部?#20013;?#25104;一层厚度均匀的保护膜,因而提高了印制板板面和焊盘的平整度(共面性),使焊膏印刷更加容易,同时明显减低?#21496;?#23494;零件移位的概率,提高了高密度表面安装技术装配的合格率和可靠性。
  3. 工艺简单,操作简便,与其他焊接技术相容性好,同时?#23376;?#25805;作和维护。操作环境好,污染少,?#23376;?#33258;动化。
  4. 成本低廉,可以说它是所有印制板表面可焊性涂覆中成本最低的加工工艺。其不足之处是,所形成的保护膜极薄,?#23376;?#21010;伤(或擦伤等),必须精心操作和运放。同时其也仅是裸铜可焊性的保护膜而已,一旦保护膜被破坏,裸铜的可焊性便没有保证了。

OSP工艺质量检测

  1. 目视检测有机助焊性保护膜外观应均匀一致,平整。
  2. 膜后可通过分光光度计来检测。也可通过目测,观察成膜30min后板面是否变色,如果变色?#24471;?#26377;机膜厚度不够,致使铜面被氧化。
  3. 可焊性检测可在不涂助焊剂的情况下,浸260℃的焊锡10s,所有焊盘应着锡饱满,用钝器刮焊盘无锡脱落。

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作者:电子产品设计


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