PCB工艺

再引用下Yang132的贴子“OSP工艺和SMT应用指南”OSP是OrganicSolderabilityPreservatives的简称，中译为有机保焊膜，又称护铜剂，英文亦称之Preflux。简单的说OSP就是在洁净的裸铜表面上，以化学的方法长出一层有机皮膜，这层膜具有防氧化，耐热冲击，耐湿性，用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈（氧化或硫化等）；但在后续的焊接高温中，此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速清除，如此方可使露出的干净铜表面得以在极短时间内与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。其实OSP并非新技术，它实际上已经有超过35年，比SMT历史还长。OSP具备许多好处，例如平整面好，和焊盘的铜之间没有IMC形成，允许焊接时焊料和铜直接焊接（润湿性好），低温的加工工艺，成本低（可低于HASL），加工时的能源使用少等等。OSP技术早期在日本十分受欢迎，有约4成的单面板使用这种技术，而双面板也有近3成使用它。OSP有三大类的材料：松香类（Rosin），活性树脂类（ActiveResin）和唑类（Azole）。目前使用最广的是唑类OSP。唑类OSP已经经过了约5代的改善，这五代分别名为BTA，IA，BIA，SBA和最新的APA。OSP的工艺流程：除油--二级水洗--微蚀--二级水洗--酸洗--DI水洗--成膜风干--DI水洗--干燥1、除油除油效果的好坏直接影响到成膜质量。除油不良，则成膜厚度不均匀。一方面，可以通过分析溶液，将浓度控制在工艺范围内。另一方面，也要经常检查除油效果是否好，若除油效果不好，则应及时更换除油液。2、微蚀微蚀的目的是形成粗糙的铜面，便于成膜。微蚀的厚度直接影响到成膜速率，因此，要形成稳定的膜厚，保持微蚀厚度的稳定是非常重要的。一般将微蚀厚度控制在1.0-1.5um比较合适。每班生产前，可测定微蚀速率，根据微蚀速率来确定微蚀时间。3、成膜成膜前的水洗最好采有DI水，以防成膜液遭到污染。成膜后的水洗也最好采有DI水，且PH值应控制在4.0-7.0之间，以防膜层遭到污染及破坏。OSP工艺的关键是控制好防氧化膜的厚度。膜太薄，耐热冲击能力差，在过回流焊时，膜层耐不往高温（190-200°C），最终影响焊接性能，在电子装配线上，膜不能很好的被助焊剂所溶解，影响焊接性能。一般控制膜厚在0.2-0.5um之间比较合适。OSP工艺的缺点OSP当然也有它不足之处，例如实际配方种类多，性能不一。也就是说供应商的认证和选择工作要做得够做得好。OSP工艺的不足之处是所形成的保护膜极薄，易于划伤（或擦伤），必须精心操作和运放。同时，经过多次高温焊接过程的OSP膜（指未焊接的连接盘上OSP膜）会发生变色或裂缝，影响可焊性和可靠性。锡膏印刷工艺要掌握得好，因为印刷不良的板不能使用IPA等进行清洗，会损害OSP层。透明和非金属的OSP层厚度也不容易测量，透明性对涂层的覆盖面程度也不容易看出，所以供应商这些方面的质量稳定性较难评估；OSP技术在焊盘的Cu和焊料的Sn之间没有其它材料的IMC隔离，在无铅技术中，含Sn量高的焊点中的SnCu增长很快，影响焊点的可靠性。OSPPCB的SMT应用指南：1、OSPPCB包装,储存,及使用:OSPPCB表面的有机涂料极薄,若长时间暴露在高温高湿环境下，PCB表面将发生氧化，可焊性变差，经过回流焊制程后，PCB表面有机涂料也会变薄，导致PCB铜箔容易氧化。所以OSPPCB与SMT半成品板保存方式及使用应遵守以下原则：(a)OSPPCB來料应采用真空包装，并附上干燥剂及湿度显示卡。运输和保存时，带有OSP的PCB之间要使用隔离纸以防止摩擦损害OSP表面。(b)不可暴露于直接日照环境,保持良好的仓库储存环境，相对湿度:30~70%,温度:15~30℃,保存期限小于6个月。(c)在SMT现场拆封时，必须检查湿度显示卡，并于12小时内上线，绝对不要一次拆开好多包，万一打不完，或者设备出了点很么问题要用很长时间解决，那就容易出问题。印刷之后尽快过炉不要停留，因为锡膏里面的助焊剂对OSP皮膜腐蚀很强。保持良好的车间环境：相对湿度40~60%,温度:22~27℃)。生产过程中要避免直接用手接触PCB表面，以免其表面受汗液污染而发生氧化。(d)SMT单面贴片完成后，必须于24小时内要完成第二面SMT零件贴片组装。(e)完成SMT后要在尽可能短的时间内（最长36小时）完成DIP手插件。(f)OSPPCB不可以烘烤，高温烘烤容易使OSP变色劣化。假若空板超过使用期限，可以退厂商进行OSP重工。2、OSPPCB的SMT锡膏印刷钢板设计OSP相对于普通的喷锡板钢网开口面积会稍大一点,所以当PCB由喷锡改为OSP时,钢网最好重开,要保证焊锡能盖住整个焊盘。钢板开刻基本上可以使用喷锡板的原则，考虑到OSP因为平整，对锡膏成形有利，而且PAD不能提供一部分焊锡了，所以开口可以适当增大，但是要以吃饱锡为好，不要过分了。开口增大以后，为了解决SMTCHIP件锡珠、立碑及OSPPCB露铜问题，将锡膏印刷机钢网开孔设计方式,改为凹型设计。(a)在锡膏印刷钢板设计时,尽可能让焊锡全部覆盖焊盘。根据IPC610-D版PCBA焊锡质量目视检验标准,焊盘边缘小部分露铜的情况是可以被判定允收的，但覆盖率至少要达到焊盘面积的80%以上。(b)若是PCB上零件位置因故未放置零件,锡膏也需尽量覆盖焊盘。(c)为了防止OSPPCB在SMT制程中等待时间太久造成贯穿孔氧化，以致产生焊锡性及可靠度问题，可以考虑在锡膏印刷站将所有ICT测试点及DIP贯穿孔印上锡膏，以保护贯穿孔不致氧化生锈。3、OSPPCB印刷锡膏不良的重工(a)尽量避免印刷错误，因为清洗会损害OSP保护层。(b)当PCB印刷锡膏不良时，由于OSP保护膜极易被有机溶剂侵蚀，所有OSPPCB不能用高挥发性溶剂浸泡或清洗，建议以无纺布沾75%酒精擦除锡膏。(c)重工完成后的PCB，应该在2小时内完成当次重工PCB面的SMT焊锡作业。4、OSPPCB的回流炉温度曲线回流焊时峰值温度设置的不要太高（240-245℃），炉内时间要控制好，否则再做第二面的时候可能会出现焊盘吃锡问题，当然，出现这个情况也说明板子的耐高温不过关。对双面装配，首次回流需要氮气环境来维持第二面的可焊性。现在的OSP也会在有助焊剂和热的时候消失，但第二面的保护剂保持完整，直到印有锡膏或过波峰焊，此时回流或波峰焊时才不一定要求惰性气体环境。在首次的有氧加热情况下通孔里的OSP（不耐热的品种）会与焊盘上一样产生部分乃至全部的分解，以至于有漏出基材的可能，这可通过OSP的变色程度观察到，而分解和氧化的OSP残留物溶解性和流动性都会显著的下降，非原焊剂可对付的，通孔的主要焊接面积在内孔，内孔的可焊面积会受到分解和氧化的OSP残留物的影响。5、OSPPCB的ICT测试采用OSP表面处理，如果测试点没有被焊料覆盖，将导致在ICT测试时，出现针床夹具的接触问题。有很多任务艺因素会影响ICT测试效果，其中的一些因素是：OSP提供商类型、在回流炉中经过的次数、是否波峰工艺、氮气回流还是空气回流，以及在ICT时的模拟测试类型等。仅仅改以采用更锋利的探针类型来穿过OSP层，将只会导致损坏并戳穿PCA测试过孔或者测试焊盘。所以强烈建议不要直接对裸露的铜焊盘进行探测，要求在开制钢网时考虑给所有测试点上锡。沉金板与镀金板的区别随着IC的集成度越来越高，IC脚也越多越密。而垂直喷锡工艺很难将成细的焊盘吹平整，这就给SMT的贴装带来了难度；另外喷锡板的待用寿命（shelflife）很短。而镀金板正好解决了这些问题：1对于表面贴装工艺,尤其对于0603及0402超小型表贴,因为焊盘平整度直接关系到锡膏印制工序的质量,对后面的再流焊接质量起到决定性影响,所以,整板镀金在高密度和超小型表贴工艺中时常见到。2在试制阶段,受元件采购等因素的影响往往不是板子来了马上就焊,而是经常要等上几个星期甚至个把月才用,镀金板的待用寿命(shelflife)比铅锡合金长很多倍所以大家都乐意采用.再说镀金PCB在度样阶段的成本与铅锡合金板相比相差无几。但随着布线越来越密，线宽、间距已经到了3-4MIL。因此带来了金丝短路的问题：随着信号的频率越来越高，因趋肤效应造成信号在多镀层中传输的情况对信号质量的影响越明显：趋肤效应是指：高频的交流电，电流将趋向集中在导线的表面流动。根据计算，趋肤深度与频率有关：镀金板的其它缺点在沉金板与镀金板的区别表中已列出。为什么要用沉金板为解决镀金板的以上问题，采用沉金板的PCB主要有以下特点:1、因沉金与镀金所形成的晶体结构不一样，沉金会呈金黄色较镀金来说更黄，客户更满意。2、因沉金与镀金所形成的晶体结构不一样，沉金较镀金来说更容易焊接，不会造成焊接不良，引起客户投诉。3、因沉金板只有焊盘上有镍金，趋肤效应中信号的传输是在铜层不会对信号有影响。4、因沉金较镀金来说晶体结构更致密，不易产成氧化。5、因沉金板只有焊盘上有镍金，所以不会产成金丝造成微短。6、因沉金板只有焊盘上有镍金，所以线路上的阻焊与铜层的结合更牢固。7、工程在作补偿时不会对间距产生影响。8、因沉金与镀金所形成的晶体结构不一样，其沉金板的应力更易控制，对有邦定的产品而言，更有利于邦定的加工。同时也正因为沉金比镀金软，所以沉金板做金手指不耐磨。9、沉金板的平整性与待用寿命与镀金板一样好。常见的PCB表面处理工艺这里的“表面”指的是PCB上为电子元器件或其他系统到PCB的电路之间提供电气连接的连接点，如焊盘或接触式连接的连接点。裸铜本身的可焊性很好，但是暴露在空气中很容易氧化，而且容易受到污染。这也是PCB必须要进行表面处理的原因。1、HASL在穿孔器件占主导地位的场合，波峰焊是最好的焊接方法。采用热风整平（HASL，Hot-airsolderleveling）表面处理技术足以满足波峰焊的工艺要求，当然对于结点强度（尤其是接触式连接）要求较高的场合，多采用电镀镍/金的方法。HASL是在世界范围内主要应用的表面处理技术，但是有三个主要动力推动着电子工业不得不考虑HASL的替代技术：成本、新的工艺需求和无铅化需要。从成本的观点来看，许多电子元件诸如移动通信和个人计算机正变成平民化的消费品。以成本或更低的价格销售，才能在激烈的竞争环境中立于不败之地。组装技术发展到SMT以后，PCB焊盘在组装过程中要求采用丝网印刷和回流焊接工艺。在SMA场合，PCB表面处理工艺最初依然沿用了HASL技术，但是随着SMT器件的不断缩小，焊盘和网板开孔也在随之变小，HASL技术的弊端逐渐暴露了出来。HASL技术处理过的焊盘不够平整，共面性不能满足细间距焊盘的工艺要求。环境的关注通常集中在潜在的铅对环境的影响。2、有机可焊性保护层（OSP）OSP的保护机理故名思意，有机可焊性保护层（OSP,Organicsolderabilitypreservative）是一种有机涂层，用来防止铜在焊接以前氧化，也就是保护PCB焊盘的可焊性不受破坏。目前广泛使用的两种OSP都属于含氮有机化合物，即连三氮茚（Benzotriazoles）和咪唑有机结晶碱（Imidazoles）。它们都能够很好的附着在裸铜表面，而且都很专一―――只情有独钟于铜，而不会吸附在绝缘涂层上，比如阻焊膜。连三氮茚会在铜表面形成一层分子薄膜，在组装过程中，当达到一定的温度时，这层薄膜将被熔掉，尤其是在回流焊过程中，OSP比较容易挥发掉。咪唑有机结晶碱在铜表面形成的保护薄膜比连三氮茚更厚，在组装过程中可以承受更多的热量周期的冲击。OSP涂附工艺清洗:在OSP之前，首先要做的准备工作就是把铜表面清洗干净。其目的主要是去除铜表面的有机或无机残留物，确保蚀刻均匀。微蚀刻（Microetch）：通过腐蚀铜表面，新鲜明亮的铜便露出来了，这样有助于与OSP的结合。可以借助适当的腐蚀剂进行蚀刻，如过硫化钠（sodiumpersulphate），过氧化硫酸（peroxide/sulfuricacid）等。Conditioner：可选步骤，根据不同的情况或要求来决