20科目的英语
23年4月17日发(作者：山东大学体育学院)百度文库 - 让每个人平等地提升自我！
PCB表面处理方式:一是OSP ,二是HASL,此两种表面处理之区别在那呢?
1 热风整平（HAL）
热风整平（HAL）或热风焊料整平（HASL）是20世纪80年代发展起来的一种先进工艺，
到了90年代中、后期，它占据着整个PCB 表面涂（镀）覆层的90%以上。只是到了90年代
的末期，由于表面安装技术（SMT）的深入发展，才使HAL在PCB中的占有率逐步降低下来，
但是，目前HAL在PCB表面涂（镀）覆中的占有率仍在50%左右。尽管SMT的高密度发展会
使HAL在PCB中的应用机率不断下降，但是HAL技术在PCB生产中的应用仍有很长的生命力，
即使禁用铅的焊料（无铅的绿色带英语怎么说
焊料），无铅的HAL技术和工艺也会开发和应用起来。
1.1 热风整平工艺和应用
热风整平技术是指把PCB（一般为在制板 panel）浸入熔融的低共熔点（183℃，如图1
所示）Sn/Pb（比例应等于或接近于63/37，操作温度为230∽250℃之间）合金中，然后拉
出经热风（控制热风温度、风速和风刀角度，其中风刀结构与PCB板距离等已优化而固定下
来）吹去多余的Sn/Pb合金，得到所要求组成和厚度的Sn/Pb合金层。在热风整平生产过程
中要控制和维护好Sn/Pb合金组成的成份比例（一般要定期补充纯锡，因为才锡比铅更易于
氧化，加上锡也易于与其它金属形成合金，所以锡消耗比铅要快）。同时，在高温热风整平
的过程中，PCB上的铜也会熔入到Sn/Pb 合金中去，使Sn/Pb合金中含有铜的组分，由用怎么造句
于铜
和锡会形成高熔点的合金化合物，如Cu6/Sn5、Cu4/Sn3、Cu3/Sn等。当Sn/Pb合金中的铜
含量≥0.3%（重量百分比）时，不仅会是使热风整平温度提高（如超过250℃以上）才能得
到平整而光亮的涂覆Sn/Pb合金层，甚至会形成粗糙不平或沙石状的表面。因此应定期进行
分析Sn和Pb含量与比例，以保证其比例处于62∽64/38∽36之间。同时，由于锡比铅更易
于氧化，因此，熔融的锡/铅合金表面应具有耐高温的防氧化剂或耐热助焊剂等加以保护。
另外，还要经常清除去在熔融的锡/铅合金表面上的氧化物和锡与铜的合金化合物（要采用
比HAL更高的温度和一定保温时间，使铜与锡能充分反应，并漂浮在熔融的锡/铅合金表面
上。然后降低温度到230℃左右清除去表面层或残渣），以保证熔融的锡/铅合金的组成比
例和纯洁。
HAL的锡/铅合金厚度的控制是极其重要的。对于THT（通孔插装技术）来说，HAL的锡/
铅合金厚度一般为5∽7um或更大些。但对于SMT（表面安装技术）来说，HAL的锡/铅合金
厚度应控制在3∽5m之间为宜，厚度太厚或太薄都会带来PCB焊接的可靠性问题。
1.2 热风整平问题和挑战
HAL的锡/铅合金的最大的优点是它具有与焊料相同的组成和成分比例，同时，它能够很
好覆盖于新鲜的铜的表面上而保护了铜不被氧化和污染。因此，HAL的锡/铅合金具有极好
的保护性、可焊性和可靠性。
但是，HAL的锡/铅合金层在SMT的应用中也遇到了问题和挑战，主要是来自熔融锡/铅
合金的表面张力太大（约为水的表面张力的6∽8倍）和在高温下产生锡/铜金属间化合物
（IMC，intermetallic compound）以及在HAL过程中PCB受到高温（230∽250℃）的热冲
击等三大方面。
（1）熔融的锡/铅合金表面张力太大带来的问题和挑战。当表面安装用的PCB不断向高密度
发展时，PCB的连接盘（焊盘）的密度越来越大，而其尺寸越来越小，在涂覆相同要求厚度
的熔融锡/铅合金下，由于表面张力的作用，使尺寸小的连接盘上锡/铅合金层呈显“龟背”
现象（如图2所示）。这种“龟背”现象将随着高密度化（或连接盘微小化）的发展而严重
化起来，其结果会导致元器件(特别是SMD 表面安置器件)的引脚与连接盘之间形成“点”
的接触,从而影响焊接的可靠性(特别是在高密度化焊接时,会引起位移和错等位)问题.
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（2）在高温下形成锡/铜合金化合物的影响。如果采用加大HAL的热风风速（热风压力）
使熔融的锡/铅合金层变薄来消除“龟背”现象而得到连接盘上的平面性（如图3所示），
也会带来焊接可靠性问题。因为在高温下，锡和铜的界面之间会形成各种锡/铜合金化合物，
如Cu3Sn、Cu3Sn2、Cu4Sn3、┉Cu6Sn5、Cu2Sn3等（参见图3），所形成的各种合金化合物
种类和厚度是与HAL的锡/铅合金厚度、HAL的次数和高温保持时间有关，同时，也与高温
的焊接次数有关，如HAL的处理温度越高、时间越长和次数越多以及高温的焊接次数多等都
会使不可焊的铜/锡合金化合物（如Cu3Sn、Cu3Sn2）增多与增厚。当锡/铅合金层厚度很薄
（如厚度≤2um）时，就有可能全部形成不可焊的铜/锡合金化合物。这种厚度很薄的铜/锡
界面之间化合物，看起来平面性很好，但却是不可焊的或焊接不牢固（虚焊）的，从而影响
了焊接可靠性，这方面的实例和教训不少。
（3）热风整平对PCB的热冲击问题。PCB在热风整平过程中受到高温
（230∽250℃/3∽5c）的热冲击，必将对PCB的使用寿命带来影响。有人做过实验和统计，
热风整平对PCB使用寿命的影响，主要是表现在PCB（特别是多层板方面）的孔化失效率方
面，经过热风整平的常规多层板比起没有经过热风整平的孔化失效率要大50%左右（如采用
常规FR-4材料的多层板经过热风整平后，其孔化失效率将由1*10-9增加到2*10-9），这
说明PCB的Z方向CTE（热膨胀系数）对孔金属化的影响是主要的。对于采用埋/盲孔结构
的多层板来说，热风整平对其孔化失效率的影响将小得多。同时，还应理解到热风整平的过
程对PCB其它性能（如翘曲度、内应力、层间结合力等）也会带来影响。
今后，热风整平的发展趋势是采用无铅焊料的热风整平，如纯锡的焊料（熔点为232℃）、
锡/银合金焊料（其低共熔点为221℃）、锡/铜合金焊料（其低共熔点为227℃）和锡/铋合
金焊料（其桂花几月份开花
低共熔点为140℃，但其脆性太大）等。
2 有机可焊性保护剂（OSP）
有机可焊性保护剂（OSP organic solderability prervatives）在早期称为耐热预焊
剂（preflux）。实质上，它是一种烷基苯并咪唑（ABI alkyl benzimidazole）类化合物，
具有很高的耐热性，其分解温度一般要求在300℃以上。因此，它能够很好地保护着新鲜的
铜表面不被氧化和污染，在高温焊接时，由于焊料的作用除去OSP而显露出新鲜铜表面并迅
速与焊料进行牢固焊接。
有机可焊性保护剂的基本原理是烷基苯并咪唑类有机化合物中的咪唑环能与铜原子的
2d10电子形成配位键，从而形成烷基苯并咪唑-铜络合物。其中，连链烷基之间又通过范得
华力互相吸引着，这样便在新鲜的铜表面上形成一定厚度（一般为0.3∽0.5m之间）的保
护层，加上苯环的存在，所以这层保护膜便具有很好的耐热性和高的分解温度。烷基苯并咪
唑-铜络合物形成的示意图如图4所示，其中R基（烷基）的选择或结合将决定着能不能作
为PCB的OSP使用问题。烷基（R）的选择会影响到OSP的耐热性能和分解温度高低程度，
因此，烷基（R）的链长和结构是OSP研究和开发中的主要课题，也是不断改进OSP耐热性
能和提高分解温度的主要内容，更是OSP供应商保密的主要原因。
用于PCB中的烷基苯并咪唑类（OSP）溶液的组成大体如表1所示。
表 1 用于PCB中的OSP溶液组成
烷基苯并咪唑
8∽12克/升
有机酸（或PH值）
20∽50克/升（PH=4.00.5）
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CuCl2
0.1∽⒈0克/升去离子水补充到要求容量
温度
30℃∽40℃
烷基苯并咪唑类在OSP溶液中的含量问题。当OSP含量在1∽5%之间时，所形成的络合
物保护膜速度无明显变化，而OSP含量≥5%时，形成络合物保护膜可加速，但OSP含量大于
10%时，因超过烷基苯并咪唑在水中的溶解度(与烷基类型和结构有关)，会造成油状物析出。
所以，烷基苯并咪唑的含量应控制在10%之内。实际上所采用的烷基苯咪唑的含量远小于这
个值。
氯化铜（CuCl2）在OSP溶液中的作用。在OSP溶液下棋的英文
中加入适量的氯化铜，可促进络合物
保护膜的形成，缩短浸渍时间。一般认为，由于铜离子存在，在OSP溶液中使烷基苯并咪唑
与铜离子形成一定程度的络合。这种有一定程度聚集络合物再沉积到铜表面形成络合物保护
膜时，能在较短的时间内形成较厚的络合物保护膜，因而起到ABI（Alkyl benzimidazole）
络合的促进剂作用。实验表明：氯化铜加入量超过0.1%时，会使OSP 溶液过早老化,一般应
控制在0.03%∽0.05%之间为宜。
有机酸在OSP溶液中的作用。加入有机酸可以增加烷基苯并咪唑（ABI）在水溶液中的溶
解度，促进络合物保护膜的形成。而用量过多反而会使沉积在铜表面上的ABI膜溶解，因而
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酸的加入量（即PH值）是至关重要的。OSP溶液的PH值应控制在3.5左右为宜（PH
一般为3.50.1）。当PH值大于5.0时，会降低ABI的溶解度呈油状物析出，对浸渍不利。
而PH值过低，则会增加络合物的溶解度，导致在铜表面上沉积的络合物溶解而不能形成所
要求厚度的膜，甚至不能形成络合物膜（如PH≤3.0时）因而主张OSP溶液的PH=4.00.5
之间。
操作温度和时间。形成络合物的膜厚度随着OSP溶液的操作温度升高而增加，但太高的
操作温度不利于维护和操作。太低的操作温度成膜速度太慢，甚至不形成络合物膜（如低于
25℃时）。在上述OSP溶液控制条件下，操作时间为30秒到1分钟之间，操作时间大于2
分钟，络合物膜厚度基本上没有增加。因此，ABI含量为1%、PH=4.00.5的OSP 溶液，操
作温度控制在355℃、操作时间控制在4010秒，便可以得到厚度伪0.40.1m的均匀
而致密的络合物OSP膜了。
OSP 膜的特点。近十年来，OSP在PCB的应用实践和经验表明：OSP膜经过潮湿试验、可
焊性试验等都得到可喜的结果和认可。其优点是：（一）能在PCB的裸铜部分形成一层均匀
而致密的0.3∽0.5m厚度的耐热可焊性保护层，因而能保持PCB本身原有的板面和连接（焊）
盘的平整度（共面性），这是表面安装技术等焊接要求的必要和充分条件；（二）工艺简单，
便于操作和维护，操作环境好，污染少，易于自动化；（三）成本低廉，可以说它是所有
PCB可焊性表面涂（镀）覆中成本最低的加工工艺。
OSP膜的不足之处是所形成的保护膜极薄，易于划伤（或擦伤），必须精心操作和运放。
同时，经过多次高温焊接过程的OSP膜（指未焊接的连接盘上OSP膜）会发生变色或裂缝，
影响可焊性和可靠性。但是，对于焊接次数少（如1∽2次）高密度的焊接情况来说是很理
想的。正是OSP膜有这些优点，因而在PCB中的应用不断扩大，目前OSP膜在PCB的表面涂
（镀）应用中已占据30%左右。近二、三年来和今后，崇明话
由于对OSP组成的持续改进，继续提
高OSP的耐热温度和耐热性能，因而，OSP膜在PCB中的应用比率还会进一步扩大。
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