PCB表面處理方式一是OSP ,二是HASL,此兩種表面處理之區(qū)別在那呢

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PCB表面處理方式一是OSP ,二是HASL,此兩種表面處理之區(qū)別在那呢PCB表面處理方式一是OSP ,二是HASL,此兩種表面處理之區(qū)別在那呢PCB表面處理方式:一是OSP ,二是HASL,此兩種表面處理之區(qū)別在那呢?1 熱風(fēng)整平（HAL）熱風(fēng)整平（HAL）或熱風(fēng)焊料整平（HASL）是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種先進(jìn)工藝，到了90年代中、后期，它占據(jù)著整個PCB 表面涂（鍍）覆層的90%以上。只是到了90年代的末期，由于表面安裝技術(shù)（SMT）的深入發(fā)展，才使HAL在PCB中的占有率逐步降低下來，但是

2、，目前HAL在PCB表面涂（鍍）覆中的占有率仍在50%左右。盡管SMT的高密度發(fā)展會使HAL在PCB中的應(yīng)用機(jī)率不斷下降，但是HAL技術(shù)在PCB生產(chǎn)中的應(yīng)用仍有很長的生命力，即使禁用鉛的焊料（無鉛的綠色焊料），無鉛的HAL技術(shù)和工藝也會開發(fā)和應(yīng)用起來。1.1 熱風(fēng)整平工藝和應(yīng)用熱風(fēng)整平技術(shù)是指把PCB（一般為在制板 panel）浸入熔融的低共熔點(diǎn)（183，如圖1所示）Sn/Pb（比例應(yīng)等于或接近于63/37，操作溫度為230250之間）合金中，然后拉出經(jīng)熱風(fēng)（控制熱風(fēng)溫度、風(fēng)速和風(fēng)刀角度，其中風(fēng)刀結(jié)構(gòu)與PCB板距離等已優(yōu)化而固定下來）吹去多余的Sn/Pb合金，得到所要求組成和厚度的Sn/Pb合

3、金層。在熱風(fēng)整平生產(chǎn)過程中要控制和維護(hù)好Sn/Pb合金組成的成份比例（一般要定期補(bǔ)充純錫，因?yàn)椴佩a比鉛更易于氧化，加上錫也易于與其它金屬形成合金，所以錫消耗比鉛要快）。同時，在高溫?zé)犸L(fēng)整平的過程中，PCB上的銅也會熔入到Sn/Pb 合金中去，使Sn/Pb合金中含有銅的組分，由于銅和錫會形成高熔點(diǎn)的合金化合物，如Cu6/Sn5、Cu4/Sn3、Cu3/Sn等。當(dāng)Sn/Pb合金中的銅含量0.3%（重量百分比）時，不僅會是使熱風(fēng)整平溫度提高（如超過250以上）才能得到平整而光亮的涂覆Sn/Pb合金層，甚至?xí)纬纱植诓黄交蛏呈癄畹谋砻?。因此?yīng)定期進(jìn)行分析Sn和Pb含量與比例，以保證其比例處于6264/

4、3836之間。同時，由于錫比鉛更易于氧化，因此，熔融的錫/鉛合金表面應(yīng)具有耐高溫的防氧化劑或耐熱助焊劑等加以保護(hù)。另外，還要經(jīng)常清除去在熔融的錫/鉛合金表面上的氧化物和錫與銅的合金化合物（要采用比HAL更高的溫度和一定保溫時間，使銅與錫能充分反應(yīng)，并漂浮在熔融的錫/鉛合金表面上。然后降低溫度到230左右清除去表面層或殘?jiān)?，以保證熔融的錫/鉛合金的組成比例和純潔。HAL的錫/鉛合金厚度的控制是極其重要的。對于THT（通孔插裝技術(shù)）來說，HAL的錫/鉛合金厚度一般為57um或更大些。但對于SMT（表面安裝技術(shù)）來說，HAL的錫/鉛合金厚度應(yīng)控制在35µm之間為宜，厚度太厚或太薄都會帶來

5、PCB焊接的可靠性問題。1.2 熱風(fēng)整平問題和挑戰(zhàn)HAL的錫/鉛合金的最大的優(yōu)點(diǎn)是它具有與焊料相同的組成和成分比例，同時，它能夠很好覆蓋于新鮮的銅的表面上而保護(hù)了銅不被氧化和污染。因此，HAL的錫/鉛合金具有極好的保護(hù)性、可焊性和可靠性。但是，HAL的錫/鉛合金層在SMT的應(yīng)用中也遇到了問題和挑戰(zhàn)，主要是來自熔融錫/鉛合金的表面張力太大（約為水的表面張力的68倍）和在高溫下產(chǎn)生錫/銅金屬間化合物（IMC，intermetallic compound）以及在HAL過程中PCB受到高溫（230250）的熱沖擊等三大方面。（1）熔融的錫/鉛合金表面張力太大帶來的問題和挑戰(zhàn)。當(dāng)表面安裝用的PCB不斷向

6、高密度發(fā)展時，PCB的連接盤（焊盤）的密度越來越大，而其尺寸越來越小，在涂覆相同要求厚度的熔融錫/鉛合金下，由于表面張力的作用，使尺寸小的連接盤上錫/鉛合金層呈顯“龜背”現(xiàn)象（如圖2所示）。這種“龜背”現(xiàn)象將隨著高密度化（或連接盤微小化）的發(fā)展而嚴(yán)重化起來，其結(jié)果會導(dǎo)致元器件(特別是SMD 表面安置器件)的引腳與連接盤之間形成“點(diǎn)”的接觸,從而影響焊接的可靠性(特別是在高密度化焊接時,會引起位移和錯等位)問題.（2）在高溫下形成錫/銅合金化合物的影響。如果采用加大HAL的熱風(fēng)風(fēng)速（熱風(fēng)壓力）使熔融的錫/鉛合金層變薄來消除“龜背”現(xiàn)象而得到連接盤上的平面性（如圖3所示），也會帶來焊接可靠性問題。

7、因?yàn)樵诟邷叵?，錫和銅的界面之間會形成各種錫/銅合金化合物，如Cu3Sn、Cu3Sn2、Cu4Sn3、Cu6Sn5、Cu2Sn3等（參見圖3），所形成的各種合金化合物種類和厚度是與HAL的錫/鉛合金厚度、HAL的次數(shù)和高溫保持時間有關(guān)，同時，也與高溫的焊接次數(shù)有關(guān)，如HAL的處理溫度越高、時間越長和次數(shù)越多以及高溫的焊接次數(shù)多等都會使不可焊的銅/錫合金化合物（如Cu3Sn、Cu3Sn2）增多與增厚。當(dāng)錫/鉛合金層厚度很?。ㄈ绾穸?um）時，就有可能全部形成不可焊的銅/錫合金化合物。這種厚度很薄的銅/錫界面之間化合物，看起來平面性很好，但卻是不可焊的或焊接不牢固（虛焊）的，從而影響了焊接可靠性，這

8、方面的實(shí)例和教訓(xùn)不少。（3）熱風(fēng)整平對PCB的熱沖擊問題。PCB在熱風(fēng)整平過程中受到高溫（230250/35sec）的熱沖擊，必將對PCB的使用壽命帶來影響。有人做過實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)，熱風(fēng)整平對PCB使用壽命的影響，主要是表現(xiàn)在PCB（特別是多層板方面）的孔化失效率方面，經(jīng)過熱風(fēng)整平的常規(guī)多層板比起沒有經(jīng)過熱風(fēng)整平的孔化失效率要大50%左右（如采用常規(guī)FR-4材料的多層板經(jīng)過熱風(fēng)整平后，其孔化失效率將由1*10-9增加到2*10-9），這說明PCB的Z方向CTE（熱膨脹系數(shù)）對孔金屬化的影響是主要的。對于采用埋/盲孔結(jié)構(gòu)的多層板來說，熱風(fēng)整平對其孔化失效率的影響將小得多。同時，還應(yīng)理解到熱風(fēng)整平的過

9、程對PCB其它性能（如翹曲度、內(nèi)應(yīng)力、層間結(jié)合力等）也會帶來影響。今后，熱風(fēng)整平的發(fā)展趨勢是采用無鉛焊料的熱風(fēng)整平，如純錫的焊料（熔點(diǎn)為232）、錫/銀合金焊料（其低共熔點(diǎn)為221）、錫/銅合金焊料（其低共熔點(diǎn)為227）和錫/鉍合金焊料（其低共熔點(diǎn)為140，但其脆性太大）等。2 有機(jī)可焊性保護(hù)劑（OSP）有機(jī)可焊性保護(hù)劑（OSP organic solderability preservatives）在早期稱為耐熱預(yù)焊劑（preflux）。實(shí)質(zhì)上，它是一種烷基苯并咪唑（ABI alkyl benzimidazole）類化合物，具有很高的耐熱性，其分解溫度一般要求在300以上。因此，它

10、能夠很好地保護(hù)著新鮮的銅表面不被氧化和污染，在高溫焊接時，由于焊料的作用除去OSP而顯露出新鮮銅表面并迅速與焊料進(jìn)行牢固焊接。有機(jī)可焊性保護(hù)劑的基本原理是烷基苯并咪唑類有機(jī)化合物中的咪唑環(huán)能與銅原子的2d10電子形成配位鍵，從而形成烷基苯并咪唑-銅絡(luò)合物。其中，連鏈烷基之間又通過范得華力互相吸引著，這樣便在新鮮的銅表面上形成一定厚度（一般為0.30.5µm之間）的保護(hù)層，加上苯環(huán)的存在，所以這層保護(hù)膜便具有很好的耐熱性和高的分解溫度。烷基苯并咪唑-銅絡(luò)合物形成的示意圖如圖4所示，其中R基（烷基）的選擇或結(jié)合將決定著能不能作為PCB的OSP使用問題。烷基（R）的選擇會影響到OSP的耐熱

11、性能和分解溫度高低程度，因此，烷基（R）的鏈長和結(jié)構(gòu)是OSP研究和開發(fā)中的主要課題，也是不斷改進(jìn)OSP耐熱性能和提高分解溫度的主要內(nèi)容，更是OSP供應(yīng)商保密的主要原因。用于PCB中的烷基苯并咪唑類（OSP）溶液的組成大體如表1所示。表 1   用于PCB中的OSP溶液組成烷基苯并咪唑812克/升有機(jī)酸（或PH值）2050克/升（PH=4.0±0.5）CuCl20.10克/升去離子水補(bǔ)充到要求容量溫度3040烷基苯并咪唑類在OSP溶液中的含量問題。當(dāng)OSP含量在15%之間時，所形成的絡(luò)合物保護(hù)膜速度無明顯變化，而OSP含量5%時，形成絡(luò)合物保護(hù)膜可加速，但OSP含量

12、大于10%時，因超過烷基苯并咪唑在水中的溶解度(與烷基類型和結(jié)構(gòu)有關(guān))，會造成油狀物析出。所以，烷基苯并咪唑的含量應(yīng)控制在10%之內(nèi)。實(shí)際上所采用的烷基苯咪唑的含量遠(yuǎn)小于這個值。氯化銅（CuCl2）在OSP溶液中的作用。在OSP溶液中加入適量的氯化銅，可促進(jìn)絡(luò)合物保護(hù)膜的形成，縮短浸漬時間。一般認(rèn)為，由于銅離子存在，在OSP溶液中使烷基苯并咪唑與銅離子形成一定程度的絡(luò)合。這種有一定程度聚集絡(luò)合物再沉積到銅表面形成絡(luò)合物保護(hù)膜時，能在較短的時間內(nèi)形成較厚的絡(luò)合物保護(hù)膜，因而起到ABI（Alkyl benzimidazole）絡(luò)合的促進(jìn)劑作用。實(shí)驗(yàn)表明：氯化銅加入量超過0.1%時，會使OSP 溶液

13、過早老化,一般應(yīng)控制在0.03%0.05%之間為宜。有機(jī)酸在OSP溶液中的作用。加入有機(jī)酸可以增加烷基苯并咪唑（ABI）在水溶液中的溶解度，促進(jìn)絡(luò)合物保護(hù)膜的形成。而用量過多反而會使沉積在銅表面上的ABI膜溶解，因而控制有機(jī)酸的加入量（即PH值）是至關(guān)重要的。OSP溶液的PH值應(yīng)控制在3.5左右為宜（PH一般為3.5±0.1）。當(dāng)PH值大于5.0時，會降低ABI的溶解度呈油狀物析出，對浸漬不利。而PH值過低，則會增加絡(luò)合物的溶解度，導(dǎo)致在銅表面上沉積的絡(luò)合物溶解而不能形成所要求厚度的膜，甚至不能形成絡(luò)合物膜（如PH3.0時）因而主張OSP溶液的PH=4.0±0.5之間。操作

14、溫度和時間。形成絡(luò)合物的膜厚度隨著OSP溶液的操作溫度升高而增加，但太高的操作溫度不利于維護(hù)和操作。太低的操作溫度成膜速度太慢，甚至不形成絡(luò)合物膜（如低于25時）。在上述OSP溶液控制條件下，操作時間為30秒到1分鐘之間，操作時間大于2分鐘，絡(luò)合物膜厚度基本上沒有增加。因此，ABI含量為1%、PH=4.0±0.5的OSP 溶液，操作溫度控制在35±5、操作時間控制在40±10秒，便可以得到厚度偽0.4±0.1µm的均勻而致密的絡(luò)合物OSP膜了。OSP 膜的特點(diǎn)。近十年來，OSP在PCB的應(yīng)用實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)表明：OSP膜經(jīng)過潮濕試驗(yàn)、可焊性試驗(yàn)等都得到可喜的結(jié)果和認(rèn)可。其優(yōu)點(diǎn)是：（一）能在PCB的裸銅部分形成一層均勻而致密的0.30.5µm厚度的耐熱可焊性保護(hù)層，因而能保持PCB本身原有的板面和連接（焊）盤的平整度（共面性），這是表面安裝技術(shù)等焊接要求的必要和充分條件；（二）工藝簡單，便于操作和維護(hù)，操作環(huán)境好，污染少，易于自動化；（三）成本低廉，可以說它是所有PCB可焊性表面涂（鍍）覆中成本最低的加工工藝。OSP膜的不足之處是所形成的保護(hù)膜