Šta je OSP?

OSP je površinska obrada bakarne folije na štampanim pločicama (PCB). Usklađena je s RoHS direktivom. Jednostavno rečeno, OSP je tanki organski film koji se hemijskim procesom stvara na čistoj, golom bakru. Ovaj film štiti bakar od oksidacije, toplotnog šoka i vlage. Sprečava da bakar hrđa ili sulfidira u normalnim uslovima. Istovremeno, film mora biti lako i brzo uklonjen flukom tokom lemljenja na visokoj temperaturi. Na taj način se čisto bakar ispod brzo može vezati za rastopljeni kalaj i formirati čvrstu lemnu spojku.

Kako elektronički proizvodi postaju lakši, tanji, kraći, manji i funkcionalniji, tiskane ploče kreću se prema većoj preciznosti, tanjim profilima, većem broju slojeva i manjim rupama. SMT se brzo razvio. SMT koristi tanke ploče visoke gustoće u uređajima poput IC kartica, mobilnih telefona, laptopa i tunera. Toplo zračno niveliranje lemljenja (HASL) potom postaje manje pogodno za ove potrebe.

Istovremeno, Sn-Pb lemovi koji se koriste u HASL-u nisu ekološki prihvatljivi. Nakon što je EU RoHS direktiva stupila na snagu 1. jula 2006. godine, industrija je trebala alternative bez olova za površinsku obradu tiskanih pločica. Uobičajeni izbori su OSP, ENIG (elektroless nikl s uronjenim zlatom), uronjeni srebro i uronjeni kalaj.

Koraci OSP procesa

Tipični tok procesa OSP:

1. Odmašćivanje (odulježivanje) →

2. Dvaput isperite vodom →

3. Mikro-matiranje →

4. Dvaput isperite vodom →

5. Kiselinsko pranje →

6. Ispiranje destilovanom vodom →

7. Formiranje filma i sušenje na zraku →

8. Ispiranje destilovanom vodom →

9. Konačno sušenje

Ispod su detalji o ključnim koracima i zašto su važni.

1. Odmašćivanje

Dobro odmašćivanje direktno utiče na kvalitet filma. Ako je odmašćivanje loše, debljina filma će biti neujednačena. Da bi odmašćivanje ostalo stabilno, kontrolirajte koncentraciju hemikalija u sredstvu za čišćenje unutar procesnog raspona. Također često provjeravajte učinkovitost odmašćivanja. Ako je odmašćivanje loše, pravovremeno zamijenite sredstvo za čišćenje.

2. Mikro-zrcaljenje

Mikro-graviranje čini površinu bakra blago hrapavom. To pomaže pri vezivanju filma. Debljina mikro-graviranja utječe na brzinu formiranja filma. Da biste dobili stabilnu debljinu filma, održavajte stalnu dubinu mikro-graviranja. Obično je prikladno držati je oko 1,0–1,5 μm. Možete izmjeriti brzinu mikro-graviranja prije svake smjene, a zatim postaviti vrijeme mikro-graviranja prema toj brzini.

3. Formiranje filma

Prije formiranja filma isperite destilovanom vodom kako biste izbjegli kontaminaciju otopine filma. Nakon formiranja filma ponovo isperite destilovanom vodom. Održavajte pH vode za ispiranje između 4,0 i 7,0 kako biste spriječili zagađenje ili oštećenje sloja filma. Kontrola debljine OSP filma je ključna. Ako je film previše tanak, ima slabu otpornost na toplotni šok. Tokom reflow procesa, film možda neće izdržati visoke temperature (oko 190–200 °C). Tada opada kvalitet lemljenja. Na proizvodnoj liniji, film mora biti lako rastvorljiv u fluksu. U suprotnom, lemljenje će biti narušeno. Uobičajeni ciljani debljina filma je 0,2–0,5 μm.

Bilješke o OSP filmu

OSP filmovi su vrlo tanki i lako se mogu ogrebati ili obrisati. Pažljivo rukujte pločama tokom proizvodnje i transporta. Također, nakon mnogo ciklusa lemljenja pri visokim temperaturama, OSP film na neiskorištenim padovima može promijeniti boju ili se napuknuti. To utječe na lemljivost i pouzdanost.

Zahtjevi za proizvodnju PCB-a za OSP površinsku obradu

Ispod su pravila proizvodnje i rukovanja za održavanje pouzdanosti OSP ploča.

A. Opća pravila proizvodnje i skladištenja

1. Štampane pločice s OSP-om trebaju stići u vakuumskoj ambalaži. Uključite desikant i karticu za indikaciju vlažnosti. Tokom transporta i skladištenja postavite izolacijski papir između pločica kako biste spriječili oštećenje OSP-a usljed trenja.

2. Ne izlažite daske direktnoj sunčevoj svjetlosti. Održavajte odgovarajuće skladišne uvjete. Relativna vlažnost (RH): 30–70%. Temperatura: 15–30 °C. Rok skladištenja ne bi trebao biti duži od 6 mjeseci.

3. Prilikom otvaranja ploče na SMT stanici provjerite vakuumsko pakovanje, desikant i karticu za vlažnost. Ako ne zadovoljavaju, vratite ploče proizvođaču PCB-a na preradu prije upotrebe. Postavite ploču na liniju u roku od 8 sati nakon otvaranja. Nemojte otvarati mnogo paketa odjednom. Slijedite pravilo “otvorite po potrebi, proizvodite po potrebi”. Dugo izlaganje uzrokuje greške pri grupnom lemljenju.

4. Nakon sitotiska, brzo stavite ploče u pećnicu. Nemojte ih ostavljati da stoje. Najduže mogu čekati jedan sat. Flux u pasti za lemljenje može snažno korodirati OSP film.

5. Održavajte radnu okruženje stabilnim. RH 40–60%. Temperatura 18–27 °C.

6. Tokom proizvodnje izbjegavajte dodirivanje površine PCB-a golim rukama. Znoj i kožna ulja mogu uzrokovati oksidaciju.

7. Ako prvo obavite SMT na jednoj strani, završite SMT na drugoj strani u roku od 12 sati.

8. Nakon SMT-a, završite umetanje DIP-a što je brže moguće, najkasnije u roku od 24 sata.

9. Ne pecite vlažne OSP ploče. Pečenje na visokim temperaturama može promijeniti boju ili degradirati OSP.

10. Neiskorištene ploče koje su zakasnile, vlažne ili očišćene zbog grešaka u tiskanju treba vratiti proizvođaču ploča radi prerade OSP-a. Ne preradjujte istu ploču više od tri puta pomoću OSP-a. Nakon tri prerade, odbacite ploču.

B. Pravila dizajna SMT šablona za OSP ploče

1. OSP pločice su ravne. To pomaže oblikovanju paste za lemljenje. Ali OSP padovi ne mogu osigurati dodatni kalaj kao što to može HASL. Zato blago povećajte otvore u šabloni. To pomaže osigurati da kalaj prekrije cijeli pad. Prilikom prelaska s HASL-a na OSP, redizajnirajte šablonu.

2. Nakon proširenja otvora, riješite probleme sa kuglicama kalaja, tombstoningom i izloženim bakrom tako što ćete promijeniti oblik otvora u šabloni u “konveksni” dizajn. Ovo pomaže spriječiti stvaranje kuglica kalaja.

3. Ako postavljanje komponente ne uspije i dio nedostaje, osigurajte da pasta za lemljenje i dalje što je više moguće pokriva pad.

4. Da biste izbjegli oksidaciju izloženog bakra i probleme s pouzdanošću, razmislite o štampanju paste za lemljenje na ICT testne tačke, rupe za vijke pri montaži i izložene via padove (stražnja strana se može talasno lemiti). Obavezno uključite ove rupe prilikom dizajna šablone.

C. Ručno rukovanje pločama s lošim otiskom paste za lemljenje

1. Pokušajte izbjeći greške pri ispisu. Čišćenje će oštetiti OSP sloj.

2. Ako ploča ima loše otisnuto lemno tijesto, ne namakajte niti perite OSP ploče rastvaračima visoke isparljivosti. Budući da OSP film lako nagrizaju organski rastvarači, upotrijebite netkanu krpu natopljenu etanolom 75% da obrišete tijesto. Zatim osušite sušilom za zrak. Ne koristite izopropilni alkohol (IPA) za čišćenje. Ne koristite stružeći nož za uklanjanje tijesta.

3. Nakon čišćenja greške u štampi, završite SMT radove na toj strani u roku od jednog sata.

4. Za veće serije grešaka u tisku (na primjer 20 ili više komada), vratite ih proizvođaču PCB-a radi centralizovanog popravljanja.

Koje su karakteristike OSP-a u SMT montaži?

OSP ploče zahtijevaju strogo skladištenje i rukovanje. Od trenutka otvaranja vakuumske ambalaže do prvog reflow-a ili nakon prvog reflow-a, vrijeme skladištenja mora biti strogo kontrolirano. U suprotnom će kvalitet drugog reflow-a biti narušen. Nakon jednog reflow ciklusa, organski zaštitni sloj na površini PCB-a obično je uništen i ploča gubi zaštitu od oksidacije. Tada je drugi reflow teži. Također, površinska obrada OSP obično ima lošije vlačenje kalaja (wetting) nego neke druge obrade. Lemeeni spojevi mogu ostaviti bakar izložen i pouzdanost može opasti. Izgled kalaja možda neće lako zadovoljiti standard IPC Klasa 3. Mnogi proizvodi koji koriste pin-in-paste (PIP) nisu dobar izbor za OSP.

Ali OSP ploče su ravne i ravnopovršne. Proizvodnja ploča je stabilna, a troškovi su niski. U poređenju s drugima, OSP ima jasne prednosti. Zato mnoge kompanije i dalje preferiraju OSP završnu obradu.

Prednosti OSP procesa

1. Niska cijena za SMT montažu.

2. Visoka čvrstoća lemnog spoja.

3. Dobra lemljivost pri pravilnom rukovanju.

4. Ravna površina pogodna za dizajn jastučića visoke gustoće.

5. Kompatibilno sa miješanim završnim obradama površina (na primjer, selektivni ENIG).

6. Lako za preradu.

Nedostaci OSP procesa

1. Veći kontaktni otpor. Ovo može utjecati na električno testiranje.

2. Nije pogodno za lemljenje kroz rupice metodom linijskog lemljenja.

3. Loša toplinska stabilnost i robusnost procesa. Nakon jednog reflow-a na visokoj temperaturi obično više nema zaštite od oksidacije. Prozor procesa je kratak. Svi SMT koraci nakon prvog lemljenja trebaju biti završeni u roku od 24 sata.

4. Nije otporan na koroziju.

5. Visoka potražnja za preciznošću tiska. Čišćenje će oštetiti OSP film (alkoholi i kiseline mogu razgraditi OSP).

6. Loša prolaznost lemljenja valnim lemljenjem rupa.

Praktični savjeti za upotrebu OSP ploča na proizvodnoj traci

• Uvijek nabavljajte OSP ploče u vakuumskim pakovanjima s desikantom i karticom za vlažnost. Otvarajte po jedno pakovanje odjednom. Koristite ploče brzo.

• Izbjegavajte dodirivanje izloženih padova. Koristite rukavice ili pincetu kad je to neophodno.

• Održavajte okruženje za sklapanje stabilnim: RH 40–60%, temp 18–27 °C.

• Ne ostavljajte štampane pločice duže od jednog sata prije reflow-a.

• Skratite vrijeme između prvog reflow-a i narednih koraka procesa. Nastojte završiti sav SMT u roku od 24 sata nakon prvog reflow-a. Ako je odgoda neizbježna, pohranite reflowirane ploče u suhom ormaru i slijedite upute vašeg dobavljača PCB-a.

• Ako trebate očistiti nedostatke paste, upotrijebite 75% etanol na netkanoj krpi. Nježno obrišite. Osušite zrakom. Ne natapajte. Ne koristite IPA ili agresivna otapala. Ne stružite oštricom.

• Dizajnirajte šablone s blago većim otvorima za OSP padove. Razmotrite konkavne oblike otvora kako biste smanjili probleme sa solder kuglicama.

• Za izložene testne tačke i rupe za vijke razmotrite štampanje paste za lemljenje kako biste zaštitili bakar ako dizajn to dozvoljava.

Kada odabrati OSP

Odaberite OSP kada:

• Potrebno vam je jeftino završno obrađivanje za SMT ploče visoke gustoće.

• Potrebna vam je ravna površina za komponente sitnog koraka.

• Vaš tok sklapanja može strogo kontrolirati skladištenje i vremensko trajanje.

• Prihvaćate ograničenja na termičke cikluse i talasno lemljenje.

Ne birajte OSP kada:

• Potrebno vam je mnogo ciklusa visokih temperatura ili mnogo koraka talasnog lemljenja.

• Potrebno vam je dugoročno trajanje na otvorenim jastučićima na terenu bez zaštite.

• Vaš proizvod mora zadovoljiti stroge vizualne i zahtjeve za lemljivost prema IPC klasi 3 bez posebnih kontrola.

Završne napomene o pouzdanosti i preradi

OSP je pouzdan kada se pravilno rukuje. Glavni rizici su ogrebotine, dugo izlaganje, dugo čekanje nakon otvaranja i ponovljeno lemljenje na visokim temperaturama. Za masovnu proizvodnju postavite jasna pravila u radionici: otvorite samo jedno pakovanje odjednom, upotrijebite ga u roku od nekoliko sati, ograničite cikluse reflow-a i vratite sumnjive ploče na preradu. Prilikom prerade kod proizvođača PCB-a pratite broj prerada sa OSP-om. Ne preradjujte istu ploču sa OSP-om više od tri puta. Nakon toga, odbacite ploču.

O Philifastu 

Philifast nudi usluge izrade tiskanih pločica (PCB) i montaže tiskanih pločica (PCBA) sa površinskom obradom OSP. Znamo da OSP zahtijeva pažljivo rukovanje. Ploče možemo isporučiti u vakuumskim pakovanjima sa sredstvom za sušenje i indikatorima vlažnosti. Pomažemo u dizajniranju šablona za OSP i dajemo upute za rukovanje kako biste postigli veći prvi učinak. Ako su vam potrebne OSP ploče sa stabilnom kvalitetom, kratkim rokovima isporuke i praktičnom podrškom pri montaži, Philifast vam može pomoći. Kontaktirajte nas i prilagodit ćemo se zahtjevima vaše proizvodne linije.