符合IPC標準仍失效？90%工廠都忽視的OSP膜厚耐受漏洞

發布時間： 2025-08-15 00:00

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OSP表面處理工藝具有控制簡單、成本低廉、表面平整等優點，越來越廣泛應用于PCB生產制造中。然而，在實際生產過程中，工藝不良、產品儲存或使用不當等都容易導致OSP板出現表面變色、膜厚不均勻、焊盤上錫不良、虛焊及焊錫不飽滿等問題。

某OSP 焊盤過兩次爐溫后，波峰焊出現嚴重的上錫不良。降低爐溫后，無可焊性問題。本文將以OSP焊盤上錫不良為例，分析其失效原因與機理，并提出改善建議。

1.外觀檢查

NG PCBA多數波峰焊點孔環表面存在明顯上錫不良現象，呈現退潤濕及不潤濕特征；不潤濕位置呈現OSP膜層顏色，疑似OSP膜層未被去除。

NG PCBA上錫不良波峰焊點外觀檢查照片

圖1.NG PCBA上錫不良波峰焊點外觀檢查照片

2.表面分析

潤濕不良位置表面平整，表面無明顯焊錫殘留現象；成分分析顯示，潤濕不良位置未發現明顯異常元素存在；Cl元素推測來自未去除OSP膜層成分，后續通過其他分析手段進一步確認。

NG PCBA波峰焊點潤濕不良位置形貌觀察及成分分析

圖2.NG PCBA波峰焊點潤濕不良位置形貌觀察及成分分析

3.剖面分析

潤濕不良位置1無明顯焊錫殘留，形貌放大后，局部疑似OSP膜層殘留；

潤濕不良位置2 FIB切割后，明顯發現OSP膜層殘留現象。

NG PCBA波峰焊點潤濕不良位置切片、FIB切割后截面形貌觀察照片

圖3.NG PCBA波峰焊點潤濕不良位置切片、FIB切割后截面形貌觀察照片

4.OSP膜層成分分析

為了表征OSP有機膜受熱分解程度及對比NG批次PCB光板（命名為樣品A）與對比PCB光板（命名為樣品B）OSP膜層成分是否存在差異，分別對NG批次PCB光板、對比PCB光板、二次回流NG批次PCB光板（命名為樣品C）OSP膜層成分進行分析，結果如下。

4.1 FT-IR分析

如圖4所示，紅外光譜分析結果顯示：

①樣品A OSP膜紅外光譜信息弱，相較于樣品B OSP膜紅外光譜信息弱，表明樣品A OSP膜厚度可能較薄；

②樣品C OSP膜紅外光譜中出現了新的N-H官能團，表明OSP膜經過二次回流可能發生了結構變化。

OSP膜層紅外譜圖

圖4.OSP膜層紅外譜圖

4.2 XPS分析

XPS分析結果顯示：

①三個樣品孔環OSP膜表面主要測到 C/O/N/Cl/Cu/Si 等元素，樣品C表面也測到少量的Sn；

②三個樣品表面的Si主要判定為有機硅、N為有機氮、Cl的化學態包含有機氯和氯化銅；其中A和B樣品表面的成分比較接近：有機物有芳香環結構（π-π），銅主要為氯化亞銅（CuCl）；而樣品C表面未測到明顯的芳香環結構，且有機物酯類比較明顯，銅主要為氫氧化銅【Cu(OH)2】和氯化亞銅(CuCl)的混合；

③樣品C表面測到的Sn主要為氧化錫。

XPS分析譜圖

圖5. XPS分析譜圖

5.OSP膜厚測試

對樣品A、樣品B及樣品C OSP膜層分別進行觀察及厚度測量，結果如下：

①樣品A與樣品B OSP膜層形貌無明顯差異，但厚度差異明顯；

② 樣品A與樣品C OSP膜層形貌存在明顯差異，樣品C膜層內部彌散分布較多顆粒狀物質，而樣品A膜層未觀察到該現象；樣品A、樣品C膜層厚度較樣品B膜層厚度，明顯偏小。

FIB切割后OSP膜層觀察及膜層厚度測量結果

圖6. FIB切割后OSP膜層觀察及膜層厚度測量結果

6.上錫性驗證

為了確認二次回流NG批次PCB光板確實存在上錫不良現象及降低爐溫后上錫性變正常，對二次回流NG批次PCB光板及降低爐溫后二次回流NG批次PCB光板分別進行上錫性驗證。

（備注：降低爐溫后回流曲線滿足標準IPC 7530A-2017 群焊工藝溫度曲線指南（再流焊和波峰焊）中無鉛回流溫度要求。）

二次回流NG批次PCB光板浸錫后，多數通孔孔環表面發現明顯潤濕不良現象，而降低爐溫后二次回流NG批次PCB光板浸錫后，通孔孔環潤濕完好。

以上結果表明：當爐溫調低到標準IPC 7530A-2017 群焊工藝溫度曲線指南（再流焊和波峰焊）中無鉛回流溫度要求的范圍內時，NG批次PCB光板上錫正常，即NG批次PCB光板可焊性滿足標準要求；初始爐溫曲線峰值溫度最高245.3℃，位于標準IPC 7530A-2017 群焊工藝溫度曲線指南（再流焊和波峰焊）中無鉛回流溫度要求的上限。

降低爐溫后的二次回流爐溫

圖7.降低爐溫后的二次回流爐溫

初始爐溫下二次回流爐溫

圖8.初始爐溫下二次回流爐溫

二次回流NG批次PCB光板浸錫后外觀照片

圖9.二次回流NG批次PCB光板浸錫后外觀照片

降低爐溫后二次回流NG批次PCB光板浸錫后外觀照片

圖10.降低爐溫后二次回流NG批次PCB光板浸錫后外觀照片

7.錫樣成分測試分析

分析得出錫樣為錫銀銅合金。對于波峰焊接錫爐成分，行業一般采用錫銅合金，以避免通孔孔銅被過度咬蝕，建議錫爐采用錫銅合金，但本案件中錫爐成分不是導致OSP上錫不良的原因。

8.總結與建議

對比NG批次PCB光板與對比PCB光板FT-IR、XPS及FIB分析結果可知：二者膜層成分比較接近：有機物有芳香環結構（π-π），銅主要為氯化亞銅（CuCl），但二者膜厚存在明顯差異，前者與后者OSP膜厚平均值分別為225.9nm、585.5nm，即NG批次PCB光板OSP膜厚明顯偏薄，故其相較于對比PCB光板，耐熱能力偏低。

綜上所述，二次回流后OSP膜上錫不良的原因包括：

①相對較高的回流溫度；

②OSP膜相對偏薄，耐熱能力相對偏低。

建議：

1. 適當降低回流峰值溫度，避免OSP膜層承受較高溫度沖擊；

2. 適當增加OSP膜層厚度，提高其耐熱能力。