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2021-05-27 03:33:48魯永興
印制電路信息 2021年5期
魯永興
（奧士康精密電路（惠州）有限公司，廣東 惠州 516200）
0 前言
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，印制電路板（PCB）向高精度、小型化、多層化、多功能化方向發(fā)展。使得工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的有機(jī)可焊性保護(hù)劑（OSP，Organic Solderability Preservative）表面處理，俗稱抗氧化處理越來越受到業(yè)界的關(guān)注和使用。OSP是通過化學(xué)的方法在裸銅表面形成一層有機(jī)保護(hù)膜。保護(hù)銅面在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不氧化，以利于焊接。
1 抗氧化表面處理的工藝特點(diǎn)
在電路板銅表面上形成一層有機(jī)膜，牢固地保護(hù)著銅面，在高溫下也能防氧化與污染。OSP膜厚一般控制在0.5 μm左右。優(yōu)點(diǎn)有如下幾點(diǎn)：
（1）符合環(huán)保要求，加工時(shí)的能源使用少；
（2）對(duì)阻焊油墨的要求低，可以重工；
（3）平整面好，成本低，既可用在低技術(shù)含量的電路板上，也可用在芯片封裝板上。
2 工藝流程及說明
除油→四槽水洗→微蝕→四槽水洗→酸洗→四槽水洗→吸干→抗氧化處理→兩槽水洗→超聲波水洗→三槽水洗→冷風(fēng)趕水→熱風(fēng)吹干
（1）除油的作用是清除PCB表面的有機(jī)污物（油污、指印、氧化膜等）清潔銅面。除油效果的好壞直接影響到成膜質(zhì)量。除油的控制，一方面，可通過化驗(yàn)分析，將濃度控制在工藝范圍內(nèi)；另一方面，也要經(jīng)常檢查除油效果，若效果不好應(yīng)及時(shí)更換溶液。
（2）微蝕的作用是進(jìn)一步去除銅面氧化物，粗化銅面。進(jìn)而可有效地增加銅面與OSP藥水所形成的有機(jī)膜結(jié)合力。微蝕的速度也直接影響到成膜效果，保持微蝕速度的穩(wěn)定是非常關(guān)鍵的。一般將微蝕速度控制在1.4～2.0 μm/min比較合適。
（3）OSP藥水浸涂的目的是在銅面及各穿孔內(nèi)覆蓋一層堅(jiān)固的有機(jī)保護(hù)膜。成膜前的水洗最好用去離子水（DI）水，以防OSP藥水遭到其他離子的污染，而造成再流焊后變色。成膜后的水洗也最好采用DI水，以防止膜層遭到污染被破壞。
3 過程管控要點(diǎn)
3.1 設(shè)備管控
（1）我公司OSP生產(chǎn)線是采用水平線，要求設(shè)備的整線傳動(dòng)需平衡、順暢。每段傳動(dòng)速度，需根據(jù)各溶液的處理時(shí)間可分段調(diào)節(jié)，同時(shí)也要保證最小尺寸的板能通過。
（2）保證各噴嘴的通暢，以防堵塞造成除油、微蝕及清洗的不良而影響成膜質(zhì)量。噴淋系統(tǒng)還包括壓力顯示系統(tǒng)，使噴淋壓力顯于監(jiān)控，讓其能在工藝參數(shù)控制范圍內(nèi)。
（3）浸涂前段地吹干要使板面沒有水分，因水分帶入OSP溶液易造成板面成膜的減薄；吹干風(fēng)的溫度過低，會(huì)造成OSP溶液溫度的下降，吹干風(fēng)的溫度過高易造成進(jìn)料段溶液的結(jié)晶，使成膜后出現(xiàn)斑點(diǎn)，影響處理和質(zhì)量。
（4）浸涂后段的吸干、吹干段要求能將多余的殘液吹盡，終止其反應(yīng)。否則后續(xù)的DI水將帶走板面上的殘液，致使此處成膜減薄或造成膜后的不均勻。吸干段的吸水轆也要保持清潔，半干狀態(tài)，以保證徹底吸干。
（5）過濾循環(huán)系統(tǒng)要確保分段獨(dú)立，防止其他液體的介入，要配有獨(dú)立的循環(huán)泵，使溶液能在槽體內(nèi)保持良好的循環(huán)狀態(tài)；過濾網(wǎng)和過濾棉芯要保持清潔定期保養(yǎng)維護(hù)；各循環(huán)泵功率適宜，過大易產(chǎn)生大量氣泡，會(huì)影響到成膜的均勻性。
（6）在水平輸送生產(chǎn)線上，OSP作業(yè)段出口處都裝配有吸水輥，以減少槽液的帶出，也可以協(xié)助OSP膜的快速干燥，此種海綿狀的吸水輥要經(jīng)常用清水清洗，降低對(duì)板面的污染，
3.2 工藝管控
（1）除油段要定期地分析和添加除油液，確保除油液濃度。
（2）微蝕段要保證溫度的穩(wěn)定，否則溫度過高會(huì)導(dǎo)致溶液的分解加速，出現(xiàn)微蝕不良；穩(wěn)定的溫度有利于微蝕劑含量和硫酸濃度及成膜均勻。
（3）OSP段為成膜的關(guān)鍵，溫度、pH值、濃度和浸涂時(shí)間都是控制的要點(diǎn)。操作溫度會(huì)影響到成膜厚度;不管何種型號(hào)的OSP，其槽液pH值必須嚴(yán)格控制在特定范圍內(nèi)，以保證其化學(xué)反應(yīng)的正常進(jìn)行。當(dāng)pH值起變化時(shí)，可采用甲乙酸或氨水對(duì)OSP溶液進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
4 生產(chǎn)清潔和維修保養(yǎng)要求
生產(chǎn)清潔和維修保養(yǎng)要求見表1所示。OSP缸用HCL清洗時(shí)，需要注意設(shè)備材質(zhì)的匹配性。
5 OSP線藥水的存放及使用方法
使用方法：將OSP線需要添加的藥水統(tǒng)一放置，各藥水存放處要放好相對(duì)應(yīng)的MSDS（材料安全數(shù)據(jù)卡）OSP缸用HCL清洗時(shí)，需要注意設(shè)備材質(zhì)的匹配性。并且藥水下方有藍(lán)色的膠筐裝著，量杯，開蓋錘等輔助工具也統(tǒng)一放在筐內(nèi)。存放條件：現(xiàn)場(chǎng)要擺放整齊，存放在托盤內(nèi)以防藥水漏時(shí)外溢，現(xiàn)場(chǎng)有張貼有害物的管理標(biāo)識(shí)。而且要有藥水特性及使用說明的管理標(biāo)識(shí)卡。
6 產(chǎn)品控制及一般質(zhì)量問題評(píng)估
產(chǎn)品控制見表2所示。一般質(zhì)量問題評(píng)估見表3所示。
表1 生產(chǎn)清潔和維修保養(yǎng)要求
表2 產(chǎn)品控制表
表3 質(zhì)量問題評(píng)估表
7 OSP常見問題及解決方法
OSP常見問題及解決方法見表4所示。
8 OSP后PCB的儲(chǔ)存要求
因OSP工藝所形成的保護(hù)膜極薄，易于劃傷刮花，必須精心操作和搬運(yùn)。
經(jīng)OSP的PCB長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫、高濕環(huán)境下，PCB表面將發(fā)生氧化，可焊性降低，所以其保存方式應(yīng)遵守以下原則。
（1）應(yīng)采用真空包裝并附上干燥劑和濕度顯示卡，在板間要使用隔離紙以防止擦花損害OSP表面；
表4 常見問題解決方法表
（2）OSP板不可暴露于直接日照環(huán)境，須保存在低溫低濕，濕度RH≤60%，溫度為15～35 ℃，保存期限應(yīng)小于6個(gè)月；
（3）生產(chǎn)過程中避免用裸手接觸OSP板面，以避免其表面受污染發(fā)生氧化。
（4）OSP板要避免暴露在酸氣充斥的環(huán)境中，包裝拆包后48 h內(nèi)使用完。
（5）兩面SMT（表面安裝）完成后建議24 h內(nèi)完成DIP（雙列直插式安裝）。
9 結(jié)語
OSP是印制電路板銅箔表面處理的符合RoHS指令要求的一種工藝。工藝控制必須樹立防患未然的思想，當(dāng)OSP藥水濃度有波動(dòng)但還沒有超出控制范圍之前就要去控制，查找原因，將隱患消滅在萌芽狀態(tài)。
要樹立安全第一的思想意識(shí)，OSP很多化學(xué)藥水的腐蝕性都很強(qiáng)，在進(jìn)行藥水調(diào)整操作時(shí)，必須佩戴好防護(hù)勞保用品注意安全，了解危險(xiǎn)化學(xué)藥水發(fā)生意外時(shí)的處理方法。
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1 抗氧化表面處理的工藝特點(diǎn)
在電路板銅表面上形成一層有機(jī)膜，牢固地保護(hù)著銅面，在高溫下也能防氧化與污染。OSP膜厚一般控制在0.5 μm左右。優(yōu)點(diǎn)有如下幾點(diǎn)：
（1）符合環(huán)保要求，加工時(shí)的能源使用少；
（2）對(duì)阻焊油墨的要求低，可以重工；
（3）平整面好，成本低，既可用在低技術(shù)含量的電路板上，也可用在芯片封裝板上。
2 工藝流程及說明
除油→四槽水洗→微蝕→四槽水洗→酸洗→四槽水洗→吸干→抗氧化處理→兩槽水洗→超聲波水洗→三槽水洗→冷風(fēng)趕水→熱風(fēng)吹干
（1）除油的作用是清除PCB表面的有機(jī)污物（油污、指印、氧化膜等）清潔銅面。除油效果的好壞直接影響到成膜質(zhì)量。除油的控制，一方面，可通過化驗(yàn)分析，將濃度控制在工藝范圍內(nèi)；另一方面，也要經(jīng)常檢查除油效果，若效果不好應(yīng)及時(shí)更換溶液。
（2）微蝕的作用是進(jìn)一步去除銅面氧化物，粗化銅面。進(jìn)而可有效地增加銅面與OSP藥水所形成的有機(jī)膜結(jié)合力。微蝕的速度也直接影響到成膜效果，保持微蝕速度的穩(wěn)定是非常關(guān)鍵的。一般將微蝕速度控制在1.4～2.0 μm/min比較合適。
（3）OSP藥水浸涂的目的是在銅面及各穿孔內(nèi)覆蓋一層堅(jiān)固的有機(jī)保護(hù)膜。成膜前的水洗最好用去離子水（DI）水，以防OSP藥水遭到其他離子的污染，而造成再流焊后變色。成膜后的水洗也最好采用DI水，以防止膜層遭到污染被破壞。
3 過程管控要點(diǎn)
3.1 設(shè)備管控
（1）我公司OSP生產(chǎn)線是采用水平線，要求設(shè)備的整線傳動(dòng)需平衡、順暢。每段傳動(dòng)速度，需根據(jù)各溶液的處理時(shí)間可分段調(diào)節(jié)，同時(shí)也要保證最小尺寸的板能通過。
（2）保證各噴嘴的通暢，以防堵塞造成除油、微蝕及清洗的不良而影響成膜質(zhì)量。噴淋系統(tǒng)還包括壓力顯示系統(tǒng)，使噴淋壓力顯于監(jiān)控，讓其能在工藝參數(shù)控制范圍內(nèi)。
（3）浸涂前段地吹干要使板面沒有水分，因水分帶入OSP溶液易造成板面成膜的減薄；吹干風(fēng)的溫度過低，會(huì)造成OSP溶液溫度的下降，吹干風(fēng)的溫度過高易造成進(jìn)料段溶液的結(jié)晶，使成膜后出現(xiàn)斑點(diǎn)，影響處理和質(zhì)量。
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（3）OSP段為成膜的關(guān)鍵，溫度、pH值、濃度和浸涂時(shí)間都是控制的要點(diǎn)。操作溫度會(huì)影響到成膜厚度;不管何種型號(hào)的OSP，其槽液pH值必須嚴(yán)格控制在特定范圍內(nèi)，以保證其化學(xué)反應(yīng)的正常進(jìn)行。當(dāng)pH值起變化時(shí)，可采用甲乙酸或氨水對(duì)OSP溶液進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
4 生產(chǎn)清潔和維修保養(yǎng)要求
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5 OSP線藥水的存放及使用方法
使用方法：將OSP線需要添加的藥水統(tǒng)一放置，各藥水存放處要放好相對(duì)應(yīng)的MSDS（材料安全數(shù)據(jù)卡）OSP缸用HCL清洗時(shí)，需要注意設(shè)備材質(zhì)的匹配性。并且藥水下方有藍(lán)色的膠筐裝著，量杯，開蓋錘等輔助工具也統(tǒng)一放在筐內(nèi)。存放條件：現(xiàn)場(chǎng)要擺放整齊，存放在托盤內(nèi)以防藥水漏時(shí)外溢，現(xiàn)場(chǎng)有張貼有害物的管理標(biāo)識(shí)。而且要有藥水特性及使用說明的管理標(biāo)識(shí)卡。
6 產(chǎn)品控制及一般質(zhì)量問題評(píng)估
產(chǎn)品控制見表2所示。一般質(zhì)量問題評(píng)估見表3所示。
表1 生產(chǎn)清潔和維修保養(yǎng)要求
表2 產(chǎn)品控制表
表3 質(zhì)量問題評(píng)估表
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OSP常見問題及解決方法見表4所示。
8 OSP后PCB的儲(chǔ)存要求
因OSP工藝所形成的保護(hù)膜極薄，易于劃傷刮花，必須精心操作和搬運(yùn)。
經(jīng)OSP的PCB長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫、高濕環(huán)境下，PCB表面將發(fā)生氧化，可焊性降低，所以其保存方式應(yīng)遵守以下原則。
（1）應(yīng)采用真空包裝并附上干燥劑和濕度顯示卡，在板間要使用隔離紙以防止擦花損害OSP表面；
表4 常見問題解決方法表
（2）OSP板不可暴露于直接日照環(huán)境，須保存在低溫低濕，濕度RH≤60%，溫度為15～35 ℃，保存期限應(yīng)小于6個(gè)月；
（3）生產(chǎn)過程中避免用裸手接觸OSP板面，以避免其表面受污染發(fā)生氧化。
（4）OSP板要避免暴露在酸氣充斥的環(huán)境中，包裝拆包后48 h內(nèi)使用完。
（5）兩面SMT（表面安裝）完成后建議24 h內(nèi)完成DIP（雙列直插式安裝）。
9 結(jié)語
OSP是印制電路板銅箔表面處理的符合RoHS指令要求的一種工藝。工藝控制必須樹立防患未然的思想，當(dāng)OSP藥水濃度有波動(dòng)但還沒有超出控制范圍之前就要去控制，查找原因，將隱患消滅在萌芽狀態(tài)。
要樹立安全第一的思想意識(shí)，OSP很多化學(xué)藥水的腐蝕性都很強(qiáng)，在進(jìn)行藥水調(diào)整操作時(shí)，必須佩戴好防護(hù)勞保用品注意安全，了解危險(xiǎn)化學(xué)藥水發(fā)生意外時(shí)的處理方法。
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