Hvad er OSP?

OSP er en overfladefinish til kobberfolien på printkort (PCB). Den opfylder RoHS-direktivet. Enkelt sagt er OSP en tynd organisk film, der dyrkes på en ren, bar kobberoverflade ved hjælp af en kemisk proces. Denne film beskytter kobberet mod oxidation, varmechok og fugtighed. Det forhindrer kobberet i at ruste eller sulfidere under normale forhold. Samtidig skal filmen være nem at fjerne hurtigt med flux under lodning ved høj temperatur. På den måde kan det rene kobber nedenunder hurtigt binde sig til det smeltede lod og danne en stærk loddeforbindelse.

I takt med at elektroniske produkter bliver lettere, tyndere, kortere, mindre og mere funktionelle, bevæger printpladerne sig mod højere præcision, tyndere profiler, flere lag og mindre huller. SMT har udviklet sig hurtigt. SMT bruger tynde plader med høj densitet i enheder som IC-kort, mobiltelefoner, bærbare computere og tunere. Varmluftlodning (HASL) bliver derfor mindre egnet til disse behov.

Samtidig er Sn-Pb-soldere, der bruges i HASL, ikke grønne. Efter at EU's RoHS-direktiv trådte i kraft den 1. juli 2006, havde industrien brug for blyfri alternativer til PCB-overfladebehandling. De almindelige valg er OSP, ENIG (elektroless nickel immersion gold), immersion silver og immersion tin.

Trin i OSP-processen

Typisk OSP-procesflow:

1. Affedtning (afoliering) →.

2. Skyl to gange med vand →.

3. Mikro-ætsning →.

4. Skyl to gange med vand →.

5. Syreholdig vask →.

6. Skylning med DI-vand →.

7. Filmdannelse og lufttørring →.

8. Skylning med DI-vand →.

9. Endelig tørring

Nedenfor er der detaljer om de vigtigste trin, og hvorfor de er vigtige.

1. Affedtning

God affedtning påvirker filmkvaliteten direkte. Hvis affedtningen er dårlig, vil filmtykkelsen være ujævn. For at holde affedtningen stabil skal du kontrollere den kemiske koncentration i rengøringsmidlet inden for procesområdet. Kontrollér også affedtningen ofte. Hvis affedtningen er dårlig, skal du skifte rengøringsmiddel i tide.

2. Mikro-ætsning

Mikroætsning gør kobberoverfladen lidt ru. Det hjælper filmen med at binde. Mikroætsningens tykkelse påvirker filmdannelseshastigheden. For at få en stabil filmtykkelse skal du holde mikroætsedybden stabil. Normalt er det passende at holde den omkring 1,0-1,5 μm. Du kan måle mikroætsningshastigheden før hvert skift og derefter indstille mikroætsningstiden efter denne hastighed.

3. Dannelse af film

Før filmdannelse skylles med DI-vand for at undgå forurening af filmopløsningen. Efter filmdannelsen skylles der igen med DI-vand. Hold skyllevandets pH-værdi mellem 4,0 og 7,0 for at forhindre, at filmlaget bliver forurenet eller beskadiget. Det er vigtigt at kontrollere OSP-filmens tykkelse. Hvis filmen er for tynd, har den dårlig modstandsdygtighed over for varmechok. Under reflow kan filmen ikke overleve høje temperaturer (ca. 190-200 °C). Så falder loddeevnen. På samlebåndet skal filmen være let at opløse for flux. Ellers går det ud over lodningen. Et almindeligt mål for filmtykkelse er 0,2-0,5 μm.

Noter om OSP-film

OSP-film er meget tynde og kan let blive ridset eller gnedet af. Håndter pladerne forsigtigt under produktion og transport. Efter mange loddecyklusser ved høj temperatur kan OSP-filmen på ubrugte pads blive misfarvet eller revne. Det påvirker loddeevnen og pålideligheden.

PCB-produktionskrav til OSP-overfladefinish

Nedenfor finder du regler for produktion og håndtering, så OSP-pladerne forbliver pålidelige.

A. Generelle regler for produktion og opbevaring

1. PCB'er med OSP skal leveres i vakuumemballage. Vedlæg et tørremiddel og et kort med fugtighedsindikator. Under transport og opbevaring skal der placeres isoleringspapir mellem pladerne for at forhindre friktionsskader på OSP.

2. Udsæt ikke pladerne for direkte sollys. Hold et ordentligt lagermiljø. Relativ luftfugtighed (RH): 30-70%. Temperatur: 15-30 °C. Opbevaringstiden bør være mindre end 6 måneder.

3. Når du fjerner forseglingen på SMT-stationen, skal du kontrollere vakuumpakning, tørremiddel og fugtighedskort. Hvis de fejler, skal printpladerne sendes tilbage til PCB-producenten til omarbejdning før brug. Sæt printet på linjen inden for 8 timer efter åbning. Åbn ikke mange pakker på én gang. Følg reglen “åbn efter behov, producer efter behov”. Lang eksponering forårsager batch-lodningsfejl.

4. Efter stenciltryk skal pladerne hurtigt ind i ovnen. Lad dem ikke sidde. Du må højst vente 1 time. Loddepastaflux kan korrodere OSP-filmen kraftigt.

5. Hold værkstedsmiljøet stabilt. RH 40-60%. Temperatur 18-27 °C.

6. Undgå at berøre PCB-overfladen med bare hænder under produktionen. Sved og hudolier kan forårsage oxidering.

7. Hvis du laver single-side SMT først, skal du afslutte second-side SMT inden for 12 timer.

8. Efter SMT skal du afslutte DIP-indsættelsen så hurtigt som muligt, højst inden for 24 timer.

9. Bag ikke fugtige OSP-plader. Bagning ved høj temperatur kan misfarve eller nedbryde OSP.

10. Ubrugte plader, der er forsinkede, fugtige eller rengjorte efter trykfejl, skal returneres til pladeproducenten til OSP-rework. Det samme print må ikke omarbejdes mere end tre gange med OSP. Efter tre omarbejdninger skal kortet kasseres.

B. Regler for design af SMT-stencil til OSP-kort

1. OSP-plader er flade. Det hjælper på loddepastaens form. Men OSP-pads kan ikke levere ekstra loddemetal, som HASL kan. Så forstør stencilåbningerne en smule. Det hjælper med at sikre, at loddetinnet dækker hele paden. Når du konverterer fra HASL til OSP, skal du redesigne stencilen.

2. Når du har forstørret åbningen, skal du håndtere loddekugler, tombstoning og blottet kobber ved at ændre stencilhullets form til et “konkavt” design. Dette hjælper med at forhindre dannelse af loddekugler.

3. Hvis en komponentplacering mislykkes, og delen mangler, skal du sørge for, at loddepastaen stadig dækker puden så meget som muligt.

4. For at undgå udsat kobberoxidation og problemer med pålideligheden skal du overveje at printe loddepasta på ICT-testpunkter, monteringsskruehuller og udsatte via-pads (bagsiden kan bølgeloddes). Sørg for at inkludere disse huller under stencil-designet.

C. Håndtering af kort med dårligt loddepastatryk

1. Prøv at undgå udskriftsfejl. Rengøring vil beskadige OSP-laget.

2. Hvis en printplade har et dårligt loddepastatryk, må OSP-plader ikke lægges i blød eller vaskes med opløsningsmidler med høj flygtighed. Da OSP-filmen er let at æde af organiske opløsningsmidler, skal du bruge en ikke-vævet klud dyppet i 75%-ethanol til at tørre pastaen af. Brug derefter en luftblæser til at tørre. Brug ikke isopropylalkohol (IPA) til rengøring. Brug ikke en skrabekniv til at fjerne pasta.

3. Når du har renset en trykfejl, skal du afslutte SMT-arbejdet på den side inden for 1 time.

4. Ved store partier med trykfejl (f.eks. 20 stykker eller mere) skal de sendes tilbage til printkortproducenten til central omarbejdning.

Hvad er funktionerne i OSP i SMT-montering?

OSP-kort kræver streng opbevaring og håndtering. Fra du åbner vakuumpakken til den første reflow eller til tiden efter den første reflow, skal opholdstiden kontrolleres nøje. Ellers vil den anden reflowkvalitet blive påvirket. Efter en reflow-cyklus er den organiske beskyttelsesfilm på printkortets overflade normalt ødelagt, og kortet mister sin oxidationsbeskyttelse. Så er anden reflow sværere. OSP-overfladefinish har også en tendens til at have dårligere loddepastafugtning end nogle andre finishes. Loddesamlinger kan blotlægge kobber, og pålideligheden kan falde. Det er ikke sikkert, at loddets udseende lever op til IPC klasse 3-standarden. Mange produkter, der bruger pin-in-paste (PIP), er ikke gode match til OSP.

Men OSP-plader er flade og plane. Fremstillingen af pladerne er stabil, og omkostningerne er lave. Sammenlignet med andre har OSP klare fordele. Så mange virksomheder foretrækker stadig OSP-finish.

Fordele ved OSP-processen

1. Lave omkostninger til SMT-montage.

2. Høj styrke i loddefugen.

3. God loddeevne ved korrekt håndtering.

4. Flad overflade velegnet til design af puder med høj tæthed.

5. Kompatibel med blandede overfladebehandlinger (f.eks. selektiv ENIG).

6. Let at omarbejde.

Ulemper ved OSP-processen

1. Højere kontaktmodstand. Det kan påvirke den elektriske test.

2. Ikke god til lodning af gennemgående huller ved hjælp af linjelodning.

3. Dårlig termisk stabilitet og procesrobusthed. Efter en reflow ved høj temperatur er der normalt ikke mere oxidationsbeskyttelse. Procesvinduet er kort. Alle SMT-trin efter den første lodning skal være færdige inden for 24 timer.

4. Ikke korrosionsbestandig.

5. Højt krav til printnøjagtighed. Rengøring vil beskadige OSP-film (alkohol og syrer kan nedbryde OSP).

6. Dårlig gennemlodningsevne ved bølgelodning af huller.

Praktiske tips til brug af OSP-kort på et samlebånd

• Få altid OSP-kort i vakuumpakker med tørremiddel og et fugtighedskort. Åbn en pakke ad gangen. Brug pladerne hurtigt.

• Undgå at røre ved udsatte puder. Brug handsker eller pincet, når det er nødvendigt.

• Hold monteringsmiljøet stabilt: RH 40-60%, temp. 18-27 °C.

• Lad ikke pladerne være trykt i mere end en time før reflow.

• Hold tiden mellem første reflow og efterfølgende procestrin kort. Tilstræb at afslutte al SMT inden for 24 timer efter første reflow. Opbevar reflowede plader i et tørt skab, hvis en forsinkelse er uundgåelig, og følg PCB-leverandørens anvisninger.

• Hvis du har brug for at rense pastadefekter, skal du bruge 75% ethanol på en ikke-vævet klud. Tør forsigtigt af. Tør med luft. Må ikke lægges i blød. Brug ikke IPA eller skrappe opløsningsmidler. Skrab ikke med en klinge.

• Design stencils med lidt større åbninger til OSP-pads. Overvej konkave åbningsformer for at reducere problemer med loddekugler.

• Ved udsatte testpunkter og skruehuller kan du overveje at trykke loddepasta for at beskytte kobberet, hvis designet tillader det.

Hvornår skal man vælge OSP?

Vælg OSP, når:

• Du har brug for en billig finish til SMT-plader med høj densitet.

• Du har brug for en flad overflade til fine pitch-komponenter.

• Dit montageflow kan styre lagring og timing nøje.

• Du accepterer grænserne for termiske cyklusser og bølgelodning.

Vælg ikke OSP, når:

• Du har brug for mange højtemperaturcyklusser eller mange bølgelodningstrin.

• Du har brug for lang holdbarhed på udsatte puder i marken uden beskyttelse.

• Dit produkt skal opfylde de strenge visuelle krav i IPC klasse 3 eller kravene til loddeevne uden særlig kontrol.

Sidste bemærkninger om pålidelighed og omarbejde

OSP er pålideligt, når det håndteres rigtigt. De største risici er ridser, lang eksponering, lang ventetid efter åbning og gentagen højtemperaturlodning. Ved masseproduktion skal der opstilles klare regler i værkstedet: én pakke åben ad gangen, brug inden for få timer, begræns reflow-cyklusser, og returner mistænkelige kort til omarbejdning. Ved omarbejdning hos printkortproducenten skal du spore antallet af OSP-omarbejdninger. Det samme print må ikke omarbejdes med OSP mere end tre gange. Derefter skal du skrotte printet.

Om Philifast 

Philifast tilbyder PCB- og PCBA-tjenester med OSP-overfladefinish. Vi ved, at OSP kræver omhyggelig håndtering. Vi kan levere print i vakuumpakker med tørremiddel og fugtighedskort. Vi hjælper med at designe stencils til OSP og giver vejledning i håndtering, så du får et højere first-pass udbytte. Hvis du har brug for OSP-kort med stabil kvalitet, hurtige leveringstider og praktisk monteringssupport, kan Philifast hjælpe dig. Kontakt os, så arbejder vi med dine krav til samlebånd.