印制电路板OSP工艺介绍

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液中时，印制板的裸铜（如连接盘或导通孔等）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：

1. 烷基苯并咪唑
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生产商的烷基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接性能（特别是否经得起三次或三次以上的焊接）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，其中又有苯环的存在，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%范围时，形成配合物保护膜速度无明显变化；而当浓度大于10%时，因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，实用上所采用的烷基苯并咪唑含量远小于该值。

2. 氯化铜
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时，能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%时，会使预焊剂溶液过早老化，一般应控制在0.03%～0.05%为宜。

3. 有机酸
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，尚未发现明显差异。

OSP的使用条件

1. 温度
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，膜厚度随温度升高而增加。控制温度在30～40°C，浸涂1min，即可形成致密、均匀而厚度适中的配合物膜。

2. pH值
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，预焊剂溶液中的烷基苯并咪唑浓度为1%，改变溶液pH值，在40℃浸涂1min，pH值高于5时，烷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。

3. 浸涂时间
在确定的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加。因此，OSP的浸涂时间在1min左右便可以完成了。

OSP的优点有哪些？

近几年来，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膜可以大大提高印制线路板的生产能力，由于OSP膜的涂覆是连续进行的，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分形成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，同时明显减低了精密零件移位的概率，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，同时易于操作和维护。操作环境好，污染少，易于自动化。
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，易于划伤（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，如果变色说明有机膜厚度不够，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。