OSP表面处理PCB 焊接不良原因分析和改善对策

OSP表面处理PCB 焊接不良原因分析和改善对策

摘  要

OSP是(Organic Solderability Preservatives) 的简称，中译为有机保焊膜，又称护铜剂，英文亦称之Preflux。它的作用是阻挡湿气，防止焊盘氧化，保持焊接铜面具有良好的可焊性。由于OSP表面平整度好，焊点可靠性高、PCB制造工艺相对简单、成本低廉，对比其它表面处理PCB优势明显，越来越受到业界的欢迎。一般情况下，OSP表面处理的PCB上锡性良好，如PCB生产过程控制不当或SMT使用管控不当都会导致焊接不良的问题。本文根据OSP表面处理PCB的特点及焊接不良案例分析，重点从OSP膜厚度的控制及PCB储存和SMT使用方面对影响PCB可焊性不良的因素进行分析，并提出一些相应的改善对策。

关键词：OSP；PCB；焊锡性；焊点 ；焊盘；SMT

1.引言

PCB是现代电子产品不可缺少的材料，随着表面贴装技术(SMT)、集成电路(IC)技术的高速发展, PCB需要满足高密度、高平整化、高可靠性、更小孔径、更小焊盘的发展要求，对PCB表面处理和制作环境的要求也越来越高。OSP表面处理是目前常见的一种PCB表面处理技术，是在洁净的裸铜表面上，以化学的方法长出一层0.2~0.5um的有机皮膜，这层膜在常温下具有防氧化、耐热冲击、耐湿性，可以保护铜表面发生氧化或硫化的作用，在后续的高温焊接中，此种保护膜又必须很容易地被助焊剂所迅速清除，露出干净的铜表面在极短时间内与熔融焊锡结合成为牢固的焊点。OSP表面处理对比其它表面处理有如下优缺点：

a. OSP表面平整均匀，膜厚0.2~0.5um适合SMT密间距元件的PCB；

b. OSP膜耐热冲击性能好，适合无铅工艺及单双面板加工，并与任意焊料兼容；

c.水溶性操作，温度可控制在80 ℃以下，不会造成基板弯曲变形的问题；

d.操作环境好，污染少，易于自动化生产线；

e.工艺相对简单，良率高，成本较低等；

f.缺点是形成的保护膜极薄，OSP膜容易划伤（或擦伤）；

g. PCB经过多次高温焊接后，OSP膜（指未焊接焊盘上的OSP膜）会发生变色、裂解变薄、氧化，影响可焊性和可靠性；

h.药水配方种类多，性能不一，品质参差不齐等。

2.问题描述

在实际生产过程中，OSP板容易出现表面变色、膜厚不均匀、膜厚超差（太厚或太薄）等问题；在PCB制作的后期阶段，已成型的PCB如储存和使用不当容易出现焊盘氧化、焊盘上锡不良、不能形成牢固的焊点、虚焊及焊锡不饱满等焊接问题；SMT生产双面板第二面及锡炉焊接时容易出现回流焊接不良、焊点漏铜、外观满足不了IPC3级标准、锡炉焊接不良率高等问题。

3.案例分析

公司某OSP表面处理PCB产品在SMT生产第一面时元件焊盘上锡良好，在生产第二面时出现过炉后连接器及部分位置元件焊盘上锡不良，焊料在焊盘上出现一定的反湿润和拒焊问题，如下图1。本案例中的PCB是OSP表面处理方式，SMT制程是无铅工艺，根据基本焊接原理及实际工程经验分析，拒焊及反湿润出现与PCB表面焊盘的可焊性有直接的关系。因此，本案例的分析思路是首先通过外观检查，再分别使用异丙醇(清洗IPA)和盐酸清洗不良焊盘进行可焊性对比，再借助第三方实验室使用EDS进行成分分析等方法，找出OSP可焊性差的原因，并给出相应的改善对策。