选择性OSP工艺中贾凡尼效应解决方案

【摘 要】本文主要介绍了铜/金混载板在选择性OSP防氧化工艺处理后极易产生的贾凡尼效应的表观现象及成因，并提供了减少这一问题产生的解决方案。

【关键词】选择性OSP；贾凡尼效应；色差；解决方法

一、前言

2010年全球PCB产值约为510亿美元，较2009年的406亿美元大增25%。2008年世界金融危机后，PCB行业景气度正经历快速恢复阶段。2010年，我国PCB产值达到185亿美元，在全球市场中占36.2%，居于首位。得益于平板电脑、智能手机等消费类电子终端的迅猛发展，据Prismark预测，未来五年中国PCB行业仍将保持快速增长，2010年到2015年年复合增长率将达10.8%，因而广泛应用于手机终端线路板生产的选择性OSP产品市场也必将大幅增长。

应用于铜/金混载板的选择性OSP防氧化工艺始于2000年，是用于解决ENIG易产生的黑盘（black pad）、焊接点金脆变、不耐热焊接等问题。由于此工艺较ENIG既解决了Keypad的金面抗按需求，又解决了mini BGA的漏镀和焊接虚焊问题，因而广泛应用于手机终端等消费类电子产品PCB的生产。但是此工艺在业界普遍存在严重的潜在风险-贾凡尼电偶腐蚀效应，这样很容易形成OSP缺陷，在客户端形成焊接失效现象。

选择性OSP生产过程中，由于铜/金混载板的特殊结构，与金面相连的铜面极易因贾凡尼效应而产生焊盘过蚀和色差等问题。目前，选择性OSP后铜面外观尚无统一的规范标准，因而其产品的外观要求常常因客户而异。此外，市售OSP产品品种繁多，使得线路板生产商在应用不同OSP产品时的要求千差万别。本文针对选择性OSP防氧化工艺过程中因贾凡尼效应而产生的铜面色差现象出发，根据创峰耐高温选择性OSP产品APEXCoat？ TSD 和APEXCoat？ G多年来的量产经验，找到解决选择性OSP工艺中产生的贾凡尼效应问题的办法。因前流程工艺有机物污染而造成的铜面OSP后异色及缺陷，可通过SEM、EDS等分析手段方便的找到污染源，因而不在本文讨论之列。

二、选择性OSP工艺中贾凡尼效应的表现

近年来混金载板处于高密度化、尺寸轻薄化的快速发展中，新的芯片封装工艺应用，焊盘尺寸不断缩小（BGA Pitch设计值从0.65mm降至0.4mm），外层铜厚的超薄化设计，大大增加了选择性OSP工艺中出现贾凡尼效应的几率，也为OSP产品供应商和选化OSP的工艺控制提出了更高的要求。

所谓贾凡尼效应，是指因相互连接的金属间电位差异，而存在金属间的电势差（原电池的电动势），使得在腐蚀性电解质溶液中形成回路时，相对活泼的金属产生的加速腐蚀现象，尤其在两种金属与电解质溶液的接触面积相差过大时，此现象最为明显。

选择性OSP工艺中，其工艺流程一般分为：（见图1）

该流程中的化学环境多为酸性腐蚀环境，因此，贾凡尼效应极易产生。就一般而言，选择性OSP工艺过程中，贾凡尼效应的表现一般为不同铜面存在明显色差、铜面过蚀（焊盘面积缩小，甚至消失形成开路）和铜厚异常偏薄等，如表1所示：

表1中的3种现象，B和C现象都表现为色差，但B现象对品质无影响，一般为客户所接受，而C现象则可能对后续焊接造成品质隐患，客户不能接受，一般需重工处理；D现象则需要完全杜绝。3种现象虽均为贾凡尼效应所致，但其起因又有所不同，在处理过程中需区别对待。

创峰耐高温选择性OSP产品APEXCoat？ TSD和APEXCoat？ G，自研发成功推出市场已多年，客户应用涵盖主机板、HDI板、汽车板、挠性板、刚挠结合板等，期间积累了丰富的量产时间经验。针对上述贾凡尼现象，也积累了丰富的实践经验，现就上述问题产生的根本原因及特点做以介绍。

三、贾凡尼效应的成因

由于选择性OSP各工序多为酸性腐蚀性溶液，因此，从理论上来讲，在各工序中均存在不同程度的贾凡尼效应。

选择性OSP工艺中，除油、微蚀、酸洗等前处理工序的目的，在于去除氧化物，为OSP膜的附着提供清洁的金属底层，确保OSP的功能性和可靠性。由于OSP本身无色泽，因此，前处理工序的效果直接影响最终OSP的外观效果。一般而言，在OSP控制参数正常的条件下，OSP前处理工序（除油、微蚀、酸洗）对贾凡尼效应起决定作用。

OSP处理过程中虽也存在贾凡尼效应，但其腐蚀性极弱，因此，主要表现在铜面OSP沉积厚度明显厚于无贾凡尼效应的铜面。根据对比试验，结查表明，与金面相连铜面（金面面积与铜面面积比例为2：1）的膜厚较孤立铜面膜厚厚约10%。这是由于贾凡尼效应促使与金面连接的铜面能产生更多的与成膜剂络合的铜离子，膜厚也更厚。因此，探讨解决选择性OSP工艺中的贾凡尼效应还要从OSP的前处理药水与工艺入手。

3.1 贾凡尼效应引起的铜面色差

选择性OSP工艺中贾凡尼效应表现最为常见的莫过于铜面色差，如表1中的图A、B和C所示，虽都为色差，但却有实质的不同。图A、B为目前客户可接受的选择性OSP外观，而图C则不可接受，其原因在于A、B为贾凡尼效应引起铜面微结构差异导致的色泽差异（见表2所示），而C则是由于铜面有新物质生成造成的OSP膜层异化形成的外观差异，因而，两种外观产品的性能和可靠性也大相径庭。前者各焊盘位的可焊性不会因外观色泽差异而不同，均可满足无铅焊接的需求，而后者变色焊盘位置的可焊性常常会出现问题。

3.1.1 因微蚀形貌差异形成的铜面色差

对于普通的铜面色差，如表2所示，色泽不同的BGA位的微观形貌是不同的，其中位置1的焊盘与金面相连，OSP后色泽浅，微观形貌较为平滑，而位置2的普通铜面焊盘，微观形貌更为粗糙一些，色泽也较深。2种表面的元素组成如下：

表3中EDS的测试结果也说明，色泽差异的2种铜面元素组成相同，但与金面相连铜面表面OSP膜层的沉积厚度较厚。