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O.S.P 製程教育訓練(Organic Solderability Preservatives) 一、各表面处理的介绍与比较 无铅焊接除了焊料(Solder)必须全部禁用铅外,电路板板面(含各式封装载)之焊垫、通孔焊环以及零件脚等各种表面处理,也都必须无铅.在无铅化焊接中,目前,能够适应无铅化焊接的表面处理主要有五大类: (一)有机保焊剂(OSP) (二)化镍浸金(ENIG) (三)浸镀银(I-Ag) (四)浸镀锡(I-Sn) (五)喷锡(HASL)所用喷锡之焊料将改为99.3Sn/0.7Cu.熔点高达227℃,操作 温度高达280 ℃ 它们的最主要功能主要有三个方面: (一)保护性-----在焊接高温条件下,牢固地保护着新鲜铜表面不受氧化、污染； (二)耐热性-----在无铅化化焊接加热过程中，不分层、不变色、不裂解（分 解）； (三)可焊性-----在无铅化高温焊接时，能熔入熔融焊料或熔融焊料中的助焊剂发 生熔解作用，然后分解挥发除去或浮着于焊点焊料表面。 1、有機保焊劑OSP 簡單的說OSP就是在潔淨的裸銅表面上,長出一層有機皮膜,用以保護銅面於常態環境中不再繼續生锈(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快速趕走清除,如此方可使露出的幹淨銅面，得以在極短時間內得與熔融焊錫立即結合為牢固的焊點，此等可護銅抗鏽的有機皮膜,一律稱之為有機保護劑. OSP在PCB中的应用,是早期松香型助焊剂的延续、深化与发展。到目前为止，它经历了苯基连唑类 咪唑类 苯基咪唑类 烷基苯并咪唑类 烷基苯基咪唑类等五代的演变，其核心是不断提高耐热问题。 苯基连唑(BTA),第一代 此BTA可使铜面免于腐蚀与氧化的护铜方法,可追溯到1960年代IBM在其PCB制程中,保护铜面的暂时性皮膜Cu-56(1%的BTA水溶液),后经供应商Enthone公司的继续研究改进,而成为知名的ENTEK处理法. BTA之所以能抗蚀护铜的原理,是因与铜材表面的氧化亚铜Cu2O进行立即直接的反应,而生成高分子态有机铜式之错合盐类,下式为其反应过程的示意结构,亦即于铜面形成多重薄膜的假想图.此等BTA与氧化亚铜所成的皮膜,属半透明性无色皮膜,在槽液中将会不断长厚,与温度,时间,PH值等有关.当BTA分子与氧化亚铜首先进行反应的瞬间,BTA会以其分子中三连唑之特殊方向性产生互动,并令其朝外而生成的〔Cu(I)BTA〕n的长链,再配合其他吸附的机理下,即可形成平面状分子膜面附著在铜面上. 若将上BTA分子式三连氮的五解环的1位与2位(见前图1)处,另处替换上其他的官能基时(例如甲基),则比起原始BTA的抑制效应要减低若干.但将六角苯环中的4与5位的氢原子,替换上甲基时,则又比起原始BTA的抑制效果增大了一些,将会使得皮膜在铜面上的吸附力更强,其抑制力强弱可排列为: 4Me-BTA(3nm)或5Me-BTA(7nm)BTA 1Me-BTA或 2Me-BTA BTA式有机保焊剂,厚度约4~14nm,在干燥空气中的保固寿命可达两年.但在高湿度的环境中,不耐高温环境,根本无法进行2~3次或多次焊接,而且金手指表面上也会长出不该有的OSP膜,太厚时更将使得接触导通受阻,或造成电阻的困扰,目前已不使用. 咪唑(IA)类,第二代 此类第二代化学品常用者为烷基咪唑,也可与氧化亚铜进行反应而形成高分子状的络合物皮膜,目前本类仅做为单面板助焊剂之用.下两图即分别为其结构式,及在铜面反应所生成有面铜高分子保护膜的过程. 此种OSP平均厚度很薄,只有10nm而已,故不耐高温的考验,温度愈高时保护性愈差,原因是铜面发生氧化的机会愈大之故.下图即为其高温劣化后出现氧化铜并以其厚度为指标,比较其焊锡性的下降情形.故本配方其亦无法进行多次高温焊接. 苯基咪唑(BIA)类,第三代 若将上述的咪唑再以衍生或替代上苯环时,则护铜效果更好.此种第三代BIA在铜面上也能快速形成高分子式的有机铜络合物,厚度可从10nm到1000nm不等,端视其反应时间与状况而定,但仍以0.3~0.4um最为适宜,不过此代之OSP会造成金面的变色,而遭到业者的反感,现已被淘汰. 现役衍生式苯基咪唑(SBA)类,第四代 后1997年时IBM研究员Sirtori等,发现进一步替代性的苯基咪