Co je to OSP?

OSP je povrchová úprava měděné fólie na deskách s plošnými spoji (PCB). Splňuje požadavky směrnice RoHS. Zjednodušeně řečeno, OSP je tenká organická vrstva, která se chemickým procesem vypěstuje na čistém, holém měděném povrchu. Tato vrstva chrání měď před oxidací, tepelnými šoky a vlhkostí. Za běžných podmínek zabraňuje rezivění nebo sulfidaci mědi. Zároveň musí být film snadno a rychle odstranitelný pomocí tavidla při pájení za vysokých teplot. Tak se může čistá měď pod ním rychle spojit s roztavenou pájkou a vytvořit pevný pájecí spoj.

Jak se elektronické výrobky stávají lehčími, tenčími, kratšími, menšími a funkčnějšími, desky s plošnými spoji se posouvají směrem k vyšší přesnosti, tenčím profilům, většímu počtu vrstev a menším otvorům. SMT se rychle vyvíjí. SMT využívá tenké desky s vysokou hustotou v zařízeních, jako jsou karty integrovaných obvodů, mobilní telefony, notebooky a tunery. Horkovzdušné pájení (HASL) se pak pro tyto potřeby stává méně vhodným.

Zároveň pájky Sn-Pb používané v HASL nejsou zelené. Poté, co 1. července 2006 začala platit směrnice EU RoHS, potřeboval průmysl bezolovnaté alternativy pro povrchovou úpravu desek plošných spojů. Běžnými možnostmi jsou OSP, ENIG (elektrolyticky ponořené niklové zlato), ponořené stříbro a ponořený cín.

Kroky procesu OSP

Typický průběh procesu OSP:

1. Odmašťování (odmašťování) →

2. Dvojité opláchnutí vodou →

3. Mikroleptání →

4. Dvojité opláchnutí vodou →

5. Kyselé praní →

6. Oplachování vodou DI →

7. Tvorba filmu a sušení na vzduchu →

8. Oplachování vodou DI →

9. Konečné sušení

Níže jsou uvedeny podrobnosti o klíčových krocích a jejich významu.

1. Odmašťování

Dobré odmaštění přímo ovlivňuje kvalitu filmu. Pokud je odmaštění špatné, tloušťka filmu je nerovnoměrná. Chcete-li udržet stabilní odmaštění, kontrolujte koncentraci chemikálií v čisticím prostředku v rozmezí procesu. Často také kontrolujte výkonnost odmašťování. Pokud je odmašťování špatné, včas vyměňte čisticí prostředek.

2. Mikroleptání

Mikroleptání způsobí, že měděný povrch je mírně drsný. To napomáhá lepení fólie. Tloušťka mikroleptů ovlivňuje rychlost tvorby filmu. Chcete-li dosáhnout stabilní tloušťky filmu, udržujte hloubku mikroleptání stabilní. Obvykle je vhodné udržovat ji kolem 1,0-1,5 μm. Před každým posunem můžete změřit rychlost mikroleptání a podle ní pak nastavit dobu mikroleptání.

3. Tvorba filmu

Před vytvořením filmu opláchněte roztok DI vodou, aby nedošlo ke kontaminaci roztoku. Po vytvoření filmu opět opláchněte vodou DI. Udržujte pH oplachové vody mezi 4,0 a 7,0, aby nedošlo ke znečištění nebo poškození vrstvy filmu. Klíčová je kontrola tloušťky filmu OSP. Pokud je film příliš tenký, má špatnou odolnost vůči tepelným šokům. Při přetavování nemusí film přežít vysoké teploty (přibližně 190-200 °C). Pak klesá pájecí výkon. Na montážní lince musí být film snadno rozpustný pro tavidlo. V opačném případě bude pájení trpět. Běžná cílová tloušťka filmu je 0,2-0,5 μm.

Poznámky k filmu OSP

Fólie OSP jsou velmi tenké a lze je snadno poškrábat nebo odřít. Při výrobě a přepravě zacházejte s deskami opatrně. Po mnoha pájecích cyklech při vysokých teplotách může také dojít k odbarvení nebo popraskání fólie OSP na nepoužívaných podložkách. To ovlivňuje pájitelnost a spolehlivost.

Požadavky na výrobu PCB pro povrchovou úpravu OSP

Níže jsou uvedena pravidla pro výrobu a manipulaci s deskami OSP, aby byly spolehlivé.

A. Obecná pravidla výroby a skladování

1. DPS s OSP by měly být dodávány ve vakuovém obalu. Přiložte vysoušecí prostředek a kartu s indikátorem vlhkosti. Během přepravy a skladování vložte mezi desky izolační papír, abyste zabránili poškození OSP třením.

2. Nevystavujte desky přímému slunečnímu záření. Udržujte správné skladové prostředí. Relativní vlhkost (RH): 30-70%. Teplota: 15-30 °C. Skladovací doba by měla být kratší než 6 měsíců.

3. Při odlepování desky ve stanici SMT zkontrolujte vakuový obal, vysoušecí prostředek a kartu vlhkosti. Pokud selžou, vraťte desky před použitím výrobci desek plošných spojů k přepracování. Desku vložte na linku do 8 hodin po otevření. Neotvírejte mnoho balení najednou. Řiďte se pravidlem “otevírat podle potřeby, vyrábět podle potřeby”. Dlouhé vystavení způsobuje vady při pájení dávek.

4. Po vytištění šablony vložte desky rychle do trouby. Nenechávejte je ležet. Maximální doba čekání je 1 hodina. Tavidlo pájecí pasty může silně korodovat OSP fólii.

5. Udržujte prostředí dílny stabilní. RH 40-60%. Teplota 18-27 °C.

6. Během výroby se nedotýkejte povrchu desky plošných spojů holýma rukama. Pot a kožní oleje mohou způsobit oxidaci.

7. Pokud nejprve provedete jednostranné SMT, dokončete druhou stranu SMT do 12 hodin.

8. Po SMT dokončete vložení DIP co nejrychleji, nejpozději do 24 hodin.

9. Nepečte vlhké desky OSP. Vysokoteplotní pečení může změnit barvu nebo znehodnotit OSP.

10. Nepoužité desky, které jsou po splatnosti, vlhké nebo očištěné po tiskových vadách, by měly být vráceny výrobci desek k přepracování OSP. Nepřepracovávejte stejnou desku pomocí OSP více než třikrát. Po třech přepracováních desku vyřaďte.

B. Pravidla pro navrhování šablon SMT pro desky OSP

1. Desky OSP jsou ploché. To pomáhá tvaru pájecí pasty. Ale podložky OSP nemohou dodávat pájku navíc, jako to může dělat HASL. Proto mírně zvětšete otvory šablony. To pomáhá zajistit, aby pájka pokryla celou podložku. Při přechodu z HASL na OSP změňte návrh šablony.

2. Po zvětšení otvoru se vypořádejte s pájecí kuličkou, náhrobními kameny a obnaženou mědí změnou tvaru otvoru šablony na “konkávní” provedení. To pomáhá zabránit tvorbě pájecích kuliček.

3. Pokud se umístění součástky nepodaří a součástka chybí, ujistěte se, že pájecí pasta stále pokrývá podložku co nejvíce.

4. Chcete-li se vyhnout oxidaci mědi a problémům se spolehlivostí, zvažte tisk pájecí pasty na testovací body ICT, otvory pro montážní šrouby a odkryté průchozí plošky (zadní stranu lze pájet vlnou). Při návrhu šablony nezapomeňte tyto otvory zahrnout.

C. Manipulace s deskami se špatným otiskem pájecí pasty

1. Snažte se vyhnout chybám při tisku. Čištění poškodí vrstvu OSP.

2. Pokud má deska špatný potisk pájecí pasty, nenamáčejte ani neomývejte desky OSP rozpouštědly s vysokou těkavostí. Protože se film OSP snadno rozežere organickými rozpouštědly, použijte k otření pasty netkanou textilii namočenou v ethanolu 75%. Poté ji vysušte pomocí vzduchového ventilátoru. K čištění nepoužívejte izopropylalkohol (IPA). K odstranění pasty nepoužívejte škrabku.

3. Po vyčištění tiskové vady dokončete práci SMT na této straně do 1 hodiny.

4. Velké dávky tiskových vad (například 20 a více kusů) vraťte výrobci desek plošných spojů k centralizovanému přepracování.

Jaké jsou vlastnosti OSP při montáži SMT?

Desky OSP vyžadují přísné skladování a zacházení. Od otevření vakuového obalu do prvního přetavení nebo do doby po prvním přetavení musí být doba pobytu přísně kontrolována. Jinak bude ovlivněna kvalita druhého přetavení. Po jednom přetavovacím cyklu se organický ochranný film na povrchu PCB obvykle zničí a deska ztratí oxidační ochranu. Druhé přetavení je pak obtížnější. Také povrchová úprava OSP má tendenci mít horší smáčivost pájecí pasty než některé jiné povrchové úpravy. Pájené spoje mohou obnažit měď a spolehlivost může klesnout. Vzhled pájky nemusí snadno splňovat normu IPC třídy 3. Mnoho výrobků, které používají metodu pin-in-paste (PIP), se k OSP nehodí.

Desky OSP jsou však ploché a rovinné. Výroba desek je stabilní a náklady jsou nízké. Ve srovnání s ostatními deskami má OSP jasné výhody. Mnoho společností proto stále dává přednost povrchové úpravě OSP.

Výhody procesu OSP

1. Nízké náklady na montáž SMT.

2. Vysoká pevnost pájecího spoje.

3. Dobrá pájitelnost při správném zacházení.

4. Plochý povrch vhodný pro konstrukci podložek s vysokou hustotou.

5. Kompatibilní se smíšenými povrchovými úpravami (například selektivní ENIG).

6. Snadno se přepracovává.

Nevýhody procesu OSP

1. Vyšší kontaktní odpor. To může ovlivnit elektrické testování.

2. Není vhodný pro pájení průchozích otvorů pomocí pájení linkou.

3. Nízká tepelná stabilita a odolnost procesu. Po jednom vysokoteplotním přetavení již obvykle neexistuje žádná ochrana proti oxidaci. Procesní okno je krátké. Všechny kroky SMT po prvním pájení by měly být dokončeny do 24 hodin.

4. Není odolný proti korozi.

5. Vysoké nároky na přesnost tisku. Čištění poškozuje fólii OSP (alkoholy a kyseliny mohou degradovat OSP).

6. Špatný výkon při pájení otvorů pájením vlnou.

Praktické tipy pro použití desek OSP na montážní lince

• Desky OSP vždy pořizujte ve vakuových obalech s vysoušedlem a kartou vlhkosti. Otevírejte vždy po jednom balení. Desky používejte rychle.

• Nedotýkejte se obnažených polštářků. Pokud je to nutné, použijte rukavice nebo pinzetu.

• Udržujte stabilní montážní prostředí: RH 40-60%, teplota 18-27 °C.

• Nenechávejte desky před přetavením potištěné déle než jednu hodinu.

• Udržujte krátkou dobu mezi prvním přetavením a následujícími kroky procesu. Snažte se dokončit veškeré SMT do 24 hodin po prvním přetavení. Pokud je zpoždění nevyhnutelné, skladujte přetavené desky v suché skříni a postupujte podle pokynů dodavatele desek plošných spojů.

• Pokud potřebujete vyčistit defekty pasty, použijte etanol 75% na netkanou textilii. Otírejte jemně. Osušte vzduchem. Nenamáčejte. Nepoužívejte IPA ani drsná rozpouštědla. Neškrábejte ostřím.

• Navrhněte šablony s mírně většími otvory pro podložky OSP. Zvažte konkávní tvary otvorů, abyste omezili problémy s pájecími kuličkami.

• U exponovaných zkušebních bodů a otvorů pro šrouby zvažte možnost potisku pájecí pastou k ochraně mědi, pokud to konstrukce umožňuje.

Kdy zvolit OSP

Zvolte si OSP, když:

• Potřebujete levnou povrchovou úpravu pro desky SMT s vysokou hustotou.

• Pro součásti s jemným stoupáním potřebujete rovný povrch.

• Průběh sestavy může přísně kontrolovat ukládání a časování.

• Akceptujete omezení tepelných cyklů a pájení vlnou.

OSP nevybírejte, pokud:

• Potřebujete mnoho vysokoteplotních cyklů nebo mnoho kroků pájení vlnou.

• Na exponovaných podložkách v terénu bez ochrany potřebujete dlouhodobou trvanlivost.

• Váš výrobek musí splňovat přísné vizuální požadavky IPC třídy 3 nebo požadavky na pájitelnost bez zvláštních kontrol.

Závěrečné poznámky ke spolehlivosti a přepracování

OSP je spolehlivý, pokud se s ním správně zachází. Hlavními riziky jsou poškrábání, dlouhá expozice, dlouhé čekání po otevření a opakované pájení za vysokých teplot. Při hromadné výrobě stanovte v dílně jasná pravidla: otevřít vždy jen jedno balení, použít během několika hodin, omezit přetavovací cykly a podezřelé desky vrátit k přepracování. Pro přepracování u výrobce DPS sledujte počty přepracování OSP. Nepředělávejte stejnou desku s OSP více než třikrát. Poté desku vyřaďte.

O společnosti Philifast 

Společnost Philifast nabízí služby v oblasti PCB a PCBA s povrchovou úpravou OSP. Víme, že OSP vyžaduje opatrné zacházení. Můžeme dodat desky ve vakuových obalech s vysoušecími a vlhkostními kartami. Pomáháme navrhovat šablony pro OSP a poskytujeme pokyny pro manipulaci, abyste dosáhli vyšší výtěžnosti při prvním průchodu. Pokud potřebujete desky OSP se stabilní kvalitou, rychlými dodacími lhůtami a praktickou montážní podporou, společnost Philifast vám pomůže. Obraťte se na nás a my budeme pracovat s vašimi požadavky na montážní linku.