基于OSP在印刷電路板的應用

在社會高速發展的今天，環境保護要求電路板行業減少污染，而按照傳統的工藝，如：噴錫(又名：熱風整平)。在2005年之前，是有鉛時代，當時常用6337的鉛錫進行加工電路板，大家知道，鉛是一種有害的物質，對水質和氣體都有不同程度的影響。從2006年開始，各終端客戶及政府的要求下，改變為無鉛(用錫銀銅或錫銅作為焊接的原料)，此工藝對環境的影響減少，但成本無形中增加了不少，且銀和銅都為重金屬。為降低成本，保護環境，OSP的應用將成為一種趨勢。

　　一、認識OSP

　　1. OSP是一組英文縮寫：Organic? Solderability Preservative)，稱為有機可焊性保護劑，又稱為耐熱預焊劑，在電路板業界中，稱為防氧化劑。

　　2. OSP的組成：一般的成份為：烷基苯并咪唑，有機酸，氯化銅及去離子水等。

　　二、OSP的優點

　　1. 熱穩定性，在與同樣為表面處理劑的FLUX比較時，發現OSP二次加熱235℃后，表面無氧化現象，保護膜未被破壞。分別取OSP的樣本及FLUX的樣本兩個，同時放入60℃，90％的恒溫恒濕箱中，一周后，OSP的樣本無明顯變化，而FULX的樣本表面，出現$小點，即被加熱后氧化。

　　2. 管理簡單性，OSP的工藝比較簡單，也容易操作，客戶端可以使用任何一種焊接方式對其進行加工，不需要特殊處理；在電路生產時，不必考慮表面均勻性的問題，也不必為其藥液的濃度擔心，簡單方便的管理方式，防呆的作業方法。

　　3. 低成本，因其只與裸銅部分進行反應，形成無粘性、薄且均勻的保護膜，所以每平方米的成本低于其它的表面處理劑，可以說是所有表面處理工藝中，比較便宜的一種。

　　4. 減少污染，OSP中不含有直接影響環境的有害物質，如：鉛及鉛化合物，溴及溴化合物等，在自動生產線上，工作環境良好，設備要求不高。

　　5. 下游廠商方便組裝，采用OSP進行表面處理，表面平整，印刷錫膏或粘貼SMD元件時，減少零件的偏移，同時降低SMD焊點空焊的機率。

　　三、以操作圣田SANTIN-808為實例，詳細講解OSP的應用

　　1. 產品簡介：

　　SANTIN-808有三種：分別為SANTIN-8081(單雙面)，SANTIN-8082(多層)，SANTIN-8083(雙面多層混金板)，都是以第五代咪唑衍生物與銅的化學反應，在電路板銅表面與孔壁上形成極薄且均勻的有機覆膜。此有機覆膜耐熱，免清洗。

　　2. 產品特性

　　除了與一般的OSP有共同的特性外，還有其特有的一些特性。

　　A. 良好的品質穩定性，如果使用真空包裝，可保護銅面約一年內不產生氧化現象、變質，保持良好的焊錫性，其可以經過三次280℃加熱，有機膜未產生氧化現象；

　　B. 采用稀醋酸溶液，較甲酸等其它體系，更加符合環保要求；

　　C. 化學性溫和，低溫制程，因此不會像噴錫(HASL)與化鎳金處理后易產生防焊剝離的情形，加熱時不產生有毒有害的氣體；

　　D. 與噴錫制程相比較，減少“錫球”產生的問題；

　　3. 物理性質

　　A. 外觀：透明淡$液體或透明淡藍色液體；

　　B. PH(20℃)：3.9±0.3

　　C. 比重(20℃)：1.02±0.02

　　D. 氣味：輕微醋酸味

　　E. 其他：符合UN／IATI規范要求，無危險性。

　　4. 處理流程(見圖1)

　　5. 槽液維護

　　A、PH(20℃)：3.9±0.3

　　A-1、在槽液控制過程中，最為重要的是PH值，因PH值升高時，膜厚會增加厚度，當其降低時，膜厚會減少厚度；

　　A-2、防止外來的水或其它溶液進入OSP槽液中，同時預防槽液蒸發，這樣會使PH值越來越高，當PH值超出控制范圍時，用分析純冰醋酸的溶液來調整PH值；

　　B、有效成分濃度60％～100％

　　B-1、濃度過高，槽液容易產生結晶現象；濃度太低時，銅面的有機膜變薄。

　　B-2、防止微蝕液混入OSP槽液中，會因為SO42-增加，銅箔表面出現異樣的色澤，影響外觀，且容易氧化。

　　C、有機膜的厚度0.20～0.35um

　　C-1、膜的厚度小于0.20um時，在儲存或熱循環處理時，銅箔表面易出現氧化現象；大于0.35um時，有可能在元件組裝時，不被助焊劑完全去除而產生焊接不良；

　　C-2、如果使用無鉛焊料，膜厚必須維持在0.20 ～0.35um之間。

　　D、液位

　　在槽體外側，制作一個尺規，用于測量OSP的液位，每日檢查，當液位有下降時，用原液補充，如果當天的消耗量過大(一般單面板25～30m2/L，雙面板為15～20m2/L)，應及時聯絡廠商進行確認，同時自查一下OSP槽的前后壓轆是否正常工作，基板有無帶入水分或帶走OSP原液。

　　E、OSP槽液調整

　　用此OSP藥液不需要添加濃縮液，只需要添加補充劑即可，但切勿自行處理，應該通知供應商，由其派人員前來處理。

　　F、OSP槽液的更換

　　F-1、更換時機：槽液內有大量的SO42- 增加，而影響產品的品質；另外，每公升的處理量達到最大值(一般單面板30m2/L，雙面板為20m2/L)；

　　F-2、更換方法：

　　F-2-1、先將槽內廢液排干，因為OSP槽液中含有少許的銅離子，應該把廢液排到指定的廢水回收站，或用桶收集，交由有資格的環保處理中心或廠商作無害化處理；

　　F-2-2、再清洗槽體，在清洗前，折下槽內的滾輪，確認工作場所的通風設備在開啟的狀態，操作時請戴上眼罩、手套及防護衣等，防止皮膚與藥液接觸。用布擦拭槽體的結晶物，如果干布無法清除，可用5％鹽酸加95％的甲醇進行擦拭，在確認清除干凈后，用大量D.I水沖洗槽體，并打開排水管，沖洗完畢后，關閉排水管閥門；

　　F-2-3、向槽內注入D.I水，打開泵輔使水在槽內循環，以清洗管道及噴嘴中的雜物，約循環5分鐘后，排干槽水的廢水，用干布擦拭槽體，待其干燥后，用干布粘少許OSP原液再抹拭一次；

　　F-2-4、清洗滾輪，因為其在槽內長時間與OSP藥液接觸，當藥液揮發后易產生結晶體，可用5％鹽酸加95％的甲醇配制溶解液體，將滾輪置于清洗槽內，注入配制好的溶解液，浸泡到能容易洗掉為止，取出滾輪用水沖洗后，再用布擦干凈，然后裝回OSP槽內；

　　F-2-5、最后將OSP原液注入槽內。

　　6、設備使用材質

　　不銹鋼、鈦、硬PVC、PP、PE、碳纖維、ABS等。不可使用軟EPT、軟PVC、不銹鋼焊接、橡膠及PVA等。

　　四、總結

　　應用OSP的電路板，在下游客戶的使用時，可以降低焊接性的不良，在生產過程中，要求檢查人員戴手套作業，以免手汗或水滴殘留于焊點上，造成其成份分解。

　　在全球客戶使用無鉛焊接的環境下，一般的表面處理很難適應，OSP工藝作為不含有害物質，表面平整，性能穩定，價格低廉，使用簡單的表面處理工藝，將是電路板業中表面處理的一個趨勢，尤其是高密度的BGA及CSP也開始引進并使用。

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