什麼是OSP(有機保焊膜)表面處理電路板?有何優缺點?

這張照片的板子工作熊自己也分不出來是裸銅板還是OSP,因為OSP基本上只是在裸銅板上覆蓋一層透明的保護薄膜而已,兩者之間的差異其實很難用肉眼區別出,只是裸銅板放在大氣環境下一段時間後銅面容易出現氧化現象。

【OSP(Organic Solderability Preservative,有機保焊膜)】是利用化學方式在銅的表面長出一層有機銅錯化物(complex compound)的皮膜。這層有機皮膜可以保護電路板上的潔淨裸銅於常態的儲存環境下不再與空氣接觸而生鏽(硫化或氧化),並且可以在電路板組裝的過程中輕易地被助焊劑及稀酸迅速的清除並露出潔淨的銅面與熔融的焊錫形成焊接。

這OSP基本上是一層透明的保護膜,一般用肉眼極難察覺到它的存在,行家則可以透過折射反光來看出在銅箔上有否上有一層透明薄膜來判定,又因為做過OSP的板子與一般的裸銅板在外觀看來並沒有太大的差異,這也造成板廠在品值檢查及量測的難度。







有機護銅劑(OSP)如果有破洞剛好在銅面上,銅面就會從破洞處開始氧化,進而影響到SMT組裝的不良,而有機護銅劑的厚度越厚,對於銅箔的保護性就越好,但是相對的也需要較強活性的助焊劑才能清除它以進行焊接,所以一般要求OSP成膜厚度在0.2-0.5um之間。

OSP(有機保焊劑)的生產流程圖

OSP (有機保焊劑)流程圖

Acid Cleaner(脫脂):

主要目的在去除前製程中可能出現的銅面氧化物與指紋、油脂等污染,以得到清潔的銅面。

Micro-etch(微蝕):

微蝕的主要目的在去除銅面上教嚴重之氧化物,並產生均勻光亮的微粗糙銅面,使得後續OSP皮膜長出來可以更為細緻均勻。一般OSP成膜後的銅面光澤與顏色與所選用之微蝕藥液有正相關性,因為不同藥水會造成銅面不同的粗糙度。

Acid Rinse(酸洗):

酸洗的功能在徹底清除微蝕後銅面上的殘留物質,以確保銅面乾淨。

OSP coating(有機保焊劑處理):

在銅面上長出一層有機銅錯化物的皮膜,以保護銅面於儲存期間不與大氣接觸而氧化。一般要求OSP成膜厚度在0.2-0.5um之間。

影響OSP成膜的要素有:

  • OSP槽液的pH值
  • OSP槽液的濃度
  • OSP槽液的總酸度
  • 操作溫度
  • 反應時間

OSP之後的水洗應嚴格管控其酸鹼值在pH2.1以上,以避免過酸的水洗將OSP皮膜咬蝕溶解,造成厚度不足。

Dry(烘乾):

為了確保板面及孔內的塗布層乾燥,建議使用60-90°C的熱風吹拂30秒。(這個溫度與時間可能因不同OSP材質而有不同要求)

OSP(Organic Solderability Preservative,有機保焊膜)表面處理電路板的點:

OSP(Organic Solderability Preservative,有機保焊膜)表面處理電路板點:

工作熊對OSP表面處理電路板的個人看法:

因為OSP的價格便宜、新鮮時可焊性良好、初始時焊接強度佳、使用一段時間後焊接性變差…等種種特性,工作熊個人認為OSP非常適合使用在一次性大量生產的消費性產品,如果可以讓OSP與焊錫所生成之IMC在使用一段時間後(過了保固期限)才從良性Cu6Sn5轉變為烈性Cu3Sn就更完美了。

而OSP則不適合用在少量多樣的產品上面,也不適合用在需求預估(demand forecast)不準的產品上,如果公司內電路板的庫存經常超過六個月,真的不建議使用OSP表面處理的板子,「拿磚頭砸自己的腳」雖然傻,但就是有人願意~

OSP的優缺點已經闡明了,焊錫強度比ENIG要來得強嗎?這是後續要討論的問題~歡迎大家討論~


延伸閱讀:
整理幾種常見PCB表面處理的優缺點
ENIG表面處理是什麼電路板?有何優缺點?
[影片]電路板生產線製程簡介(PCB Production Process)

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