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印刷电路板OSP制程讲解

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摘要:本文主要介绍OSP在应用时的流程及维护事项。以其简单、方便、节约的特性,使用的范围越来越广,很快得到各电路板厂商及其客户的认可,在环境保护为主题的当今社会,OSP的应用更显示出其在电路板表面处理的优越性。

在社会高速发展的今天,环境保护要求电路板行业减少污染,而按照传统的工艺,如:喷锡(又名:热风整平)。在2005年之前,是有铅时代,当时常用6337的铅锡进行加工电路板,大家知道,铅是一种有害的物质,对水质和气体都有不同程度的影响。从2006年开始,各终端客户及政府的要求下,改变为无铅(用锡银铜或锡铜作为焊接的原料),此工艺对环境的影响减少,但成本无形中增加了不少,且银和铜都为重金属。为降低成本,保护环境,OSP的应用将成为一种趋势。

一、认识OSP

1. OSP是一组英文缩写:Organic  Solderability PreservATIve),称为有机可焊性保护剂,又称为耐热预焊剂,在电路板业界中,称为防氧化剂。

2. OSP的组成:一般的成份为:烷基苯并咪唑,有机酸,氯化铜及去离子水等。

二、OSP的优点

1. 低成本,因其只与裸铜部分进行反应,形成无粘性、薄且均匀的保护膜,所以每平方米的成本低于其它的表面处理剂,可以说是所有表面处理工艺中,比较便宜的一种。

2. 热稳定性,在与同样为表面处理剂的FLUX比较时,发现OSP二次加热235℃后,表面无氧化现象,保护膜未被破坏。分别取OSP的样本及FLUX的样本两个,同时放入60℃,90%的恒温恒湿箱中,一周后,OSP的样本无明显变化,而FULX的样本表面,出现$小点,即被加热后氧化。

3. 下游厂商方便组装,采用OSP进行表面处理,表面平整,印刷锡膏或粘贴SMD元件时,减少零件的偏移,同时降低SMD焊点空焊的机率。

4. 管理简单性,OSP的工艺比较简单,也容易操作,客户端可以使用任何一种焊接方式对其进行加工,不需要特殊处理;在电路生产时,不必考虑表面均匀性的问题,也不必为其药液的浓度担心,简单方便的管理方式,防呆的作业方法。

5. 减少污染,OSP中不含有直接影响环境的有害物质,如:铅及铅化合物,溴及溴化合物等,在自动生产线上,工作环境良好,设备要求不高。

三、以操作圣田SANTIN-808为实例,详细讲解OSP的应用

1. 产品简介:

SANTIN-808有三种:分别为SANTIN-8081(单双面),SANTIN-8082(多层),SANTIN-8083(双面多层混金板),都是以第五代咪唑衍生物与铜的化学反应,在电路板铜表面与孔壁上形成极薄且均匀的有机覆膜。此有机覆膜耐热,免清洗。

2. 产品特性

除了与一般的OSP有共同的特性外,还有其特有的一些特性。

A. 与喷锡制程相比较,减少“锡球”产生的问题;

B. 采用稀醋酸溶液,较甲酸等其它体系,更加符合环保要求;

C. 良好的品质稳定性,如果使用真空包装,可保护铜面约一年内不产生氧化现象、变质,保持良好的焊锡性,其可以经过三次280℃加热,有机膜未产生氧化现象;

D. 化学性温和,低温制程,因此不会像喷锡(HASL)与化镍金处理后易产生防焊剥离的情形,加热时不产生有毒有害的气体;

3. 物理性质

A. 外观:透明淡$液体或透明淡蓝色液体;

B. 气味:轻微醋酸味

C. PH(20℃):3.9±0.3

D. 比重(20℃):1.02±0.02

E. 其他:符合UN/IATI规范要求,无危险性。

4. 处理流程(见图1)

5. 槽液维护

A、PH(20℃):3.9±0.3

A-1、在槽液控制过程中,最为重要的是PH值,因PH值升高时,膜厚会增加厚度,当其降低时,膜厚会减少厚度;

A-2、防止外来的水或其它溶液进入OSP槽液中,同时预防槽液蒸发,这样会使PH值越来越高,当PH值超出控制范围时,用分析****醋酸的溶液来调整PH值;

B、有效成分浓度60%~100%

B-1、浓度过高,槽液容易产生结晶现象;浓度太低时,铜面的有机膜变薄。

B-2、防止微蚀液混入OSP槽液中,会因为SO42-增加,铜箔表面出现异样的色泽,影响外观,且容易氧化。

C、有机膜的厚度0.20~0.35um

C-1、膜的厚度小于0.20um时,在储存或热循环处理时,铜箔表面易出现氧化现象;大于0.35um时,有可能在元件组装时,不被助焊剂完全去除而产生焊接不良;

C-2、如果使用无铅焊料,膜厚必须维持在0.20 ~0.35um之间。

D、液位

在槽体外侧,制作一个尺规,用于测量OSP的液位,每日检查,当液位有下降时,用原液补充,如果当天的消耗量过大(一般单面板25~30m2/L,双面板为15~20m2/L),应及时联络厂商进行确认,同时自查一下OSP槽的前后压辘是否正常工作,基板有无带入水分或带走OSP原液。

E、OSP槽液调整

用此OSP药液不需要添加浓缩液,只需要添加补充剂即可,但切勿自行处理,应该通知供应商,由其派人员前来处理。

F、OSP槽液的更换

F-1、更换时机:槽液内有大量的SO42- 增加,而影响产品的品质;另外,每公升的处理量达到最大值(一般单面板30m2/L,双面板为20m2/L);

F-2、更换方法:

F-2-1、先将槽内废液排干,因为OSP槽液中含有少许的铜离子,应该把废液排到指定的废水回收站,或用桶收集,交由有资格的环保处理中心或厂商作无害化处理;

F-2-2、再清洗槽体,在清洗前,折下槽内的滚轮,确认工作场所的通风设备在开启的状态,操作时请戴上眼罩、手套及防护衣等,防止皮肤与药液接触。用布擦拭槽体的结晶物,如果干布无法清除,可用5%盐酸加95%的甲醇进行擦拭,在确认清除干净后,用大量D.I水冲洗槽体,并打开排水管,冲洗完毕后,关闭排水管阀门;

F-2-3、向槽内注入D.I水,打开泵辅使水在槽内循环,以清洗管道及喷嘴中的杂物,约循环5分钟后,排干槽水的废水,用干布擦拭槽体,待其干燥后,用干布粘少许OSP原液再抹拭一次;

F-2-4、清洗滚轮,因为其在槽内长时间与OSP药液接触,当药液挥发后易产生结晶体,可用5%盐酸加95%的甲醇配制溶解液体,将滚轮置于清洗槽内,注入配制好的溶解液,浸泡到能容易洗掉为止,取出滚轮用水冲洗后,再用布擦干净,然后装回OSP槽内;

F-2-5、最后将OSP原液注入槽内。

6、设备使用材质

不锈钢、钛、硬PVC、PP、PE、碳纤维、ABS等。不可使用软EPT、软PVC、不锈钢焊接、橡胶及PVA等。

四、总结

应用OSP的电路板,在下游客户的使用时,可以降低焊接性的不良,在生产过程中,要求检查人员戴手套作业,以免手汗或水滴残留于焊点上,造成其成份分解。

在全球客户使用无铅焊接的环境下,一般的表面处理很难适应,OSP工艺作为不含有害物质,表面平整,性能稳定,价格低廉,使用简单的表面处理工艺,将是电路板业中表面处理的一个趋势,尤其是高密度的BGA及CSP也开始引进并使用。



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