Was ist OSP?

OSP ist ein Oberflächenfinish für die Kupferfolie von Leiterplatten (PCBs). Es entspricht der RoHS-Richtlinie. Einfach ausgedrückt ist OSP ein dünner organischer Film, der durch ein chemisches Verfahren auf eine saubere, blanke Kupferoberfläche aufgebracht wird. Dieser Film schützt das Kupfer vor Oxidation, Hitzeschock und Feuchtigkeit. Sie verhindert, dass das Kupfer unter normalen Bedingungen rostet oder sulfidiert. Gleichzeitig muss sich die Schicht beim Hochtemperaturlöten leicht und schnell mit Flussmittel entfernen lassen. Auf diese Weise kann sich das saubere Kupfer darunter schnell mit dem geschmolzenen Lot verbinden und eine feste Lötstelle bilden.

Da elektronische Produkte immer leichter, dünner, kürzer, kleiner und funktioneller werden, gehen die Leiterplatten in Richtung höhere Präzision, dünnere Profile, mehr Schichten und kleinere Löcher. SMT hat sich schnell entwickelt. SMT verwendet dünne Leiterplatten mit hoher Dichte in Geräten wie IC-Karten, Mobiltelefonen, Laptops und Tunern. Die Heißluftlötung (HASL) ist für diese Anforderungen weniger geeignet.

Gleichzeitig sind die in HASL verwendeten Sn-Pb-Lote nicht umweltfreundlich. Nachdem die RoHS-Richtlinie der EU am 1. Juli 2006 in Kraft getreten war, benötigte die Industrie bleifreie Alternativen für die Oberflächenbehandlung von Leiterplatten. Die gängigen Alternativen sind OSP, ENIG (Chemisch Nickel Immersion Gold), Immersion Silber und Immersion Zinn.

OSP-Prozess-Schritte

Typischer OSP-Prozessablauf:

1. Entfetten (Entölen) →

2. Doppeltes Spülen mit Wasser →

3. Mikro-Ätzung →

4. Doppeltes Spülen mit Wasser →

5. Säurewäsche →.

6. DI-Wasserspülung →

7. Filmbildung und Lufttrocknung →

8. DI-Wasserspülung →

9. Endgültige Trocknung

Nachstehend finden Sie Einzelheiten zu den wichtigsten Schritten und warum sie wichtig sind.

1. Entfettung

Eine gute Entfettung wirkt sich direkt auf die Filmqualität aus. Ist die Entfettung schlecht, ist die Schichtdicke ungleichmäßig. Um die Entfettung stabil zu halten, kontrollieren Sie die chemische Konzentration im Reiniger innerhalb des Prozessbereichs. Prüfen Sie außerdem häufig die Entfettungsleistung. Wenn die Entfettung schlecht ist, wechseln Sie rechtzeitig den Reiniger.

2. Mikro-Ätzung

Durch Mikroätzung wird die Kupferoberfläche leicht aufgeraut. Dies fördert die Haftung des Films. Die Dicke der Mikroätzung beeinflusst die Schichtbildungsrate. Um eine stabile Schichtdicke zu erhalten, muss die Mikroätzungstiefe stabil gehalten werden. In der Regel ist ein Wert zwischen 1,0 und 1,5 μm angemessen. Sie können die Mikroätzrate vor jeder Schicht messen und dann die Mikroätzzeit entsprechend dieser Rate einstellen.

3. Filmbildung

Vor der Filmbildung mit DI-Wasser abspülen, um eine Verunreinigung der Filmlösung zu vermeiden. Nach der Filmbildung spülen Sie erneut mit DI-Wasser. Halten Sie den pH-Wert des Spülwassers zwischen 4,0 und 7,0, damit die Filmschicht nicht verunreinigt oder beschädigt wird. Die Kontrolle der OSP-Filmdicke ist der Schlüssel. Ist die Folie zu dünn, hat sie eine schlechte Temperaturwechselbeständigkeit. Während des Reflow-Prozesses kann die Folie hohe Temperaturen (etwa 190-200 °C) nicht überstehen. Dann sinkt die Lötleistung. In der Montagelinie muss die Folie für das Flussmittel leicht lösbar sein. Andernfalls wird das Löten beeinträchtigt. Eine übliche Zielvorgabe für die Schichtdicke ist 0,2-0,5 μm.

Anmerkungen zum OSP-Film

OSP-Folien sind sehr dünn und können leicht zerkratzt oder abgescheuert werden. Behandeln Sie die Platinen in der Produktion und beim Transport vorsichtig. Außerdem kann sich die OSP-Folie auf unbenutzten Pads nach vielen Hochtemperatur-Lötvorgängen verfärben oder reißen. Das beeinträchtigt die Lötbarkeit und Zuverlässigkeit.

PCB-Produktionsanforderungen für OSP-Oberflächenfinish

Im Folgenden finden Sie Regeln für die Herstellung und Handhabung von OSP-Platten, damit diese zuverlässig bleiben.

A. Allgemeine Produktions- und Lagervorschriften

1. Leiterplatten mit OSP sollten in einer Vakuumverpackung geliefert werden. Legen Sie ein Trocknungsmittel und eine Feuchtigkeitsanzeigekarte bei. Legen Sie während des Transports und der Lagerung Isolierpapier zwischen die Leiterplatten, um Reibungsschäden am OSP zu vermeiden.

2. Setzen Sie die Platten nicht dem direkten Sonnenlicht aus. Sorgen Sie für eine angemessene Lagerumgebung. Relative Luftfeuchtigkeit (RH): 30-70%. Temperatur: 15-30 °C. Die Lagerdauer sollte weniger als 6 Monate betragen.

3. Wenn Sie die Leiterplatte an der SMT-Station entsiegeln, überprüfen Sie die Vakuumverpackung, das Trockenmittel und die Feuchtigkeitskarte. Wenn sie versagen, geben Sie die Leiterplatten vor der Verwendung zur Nacharbeit an den Leiterplattenhersteller zurück. Setzen Sie die Leiterplatte innerhalb von 8 Stunden nach dem Öffnen auf die Linie. Öffnen Sie nicht viele Packungen auf einmal. Befolgen Sie die Regel “Öffnen Sie nach Bedarf, produzieren Sie nach Bedarf”. Eine lange Belichtung führt zu Lötfehlern.

4. Nach dem Schablonendruck müssen die Platten schnell in den Ofen geschoben werden. Lassen Sie sie nicht ruhen. Die maximale Wartezeit beträgt 1 Stunde. Flussmittel in der Lötpaste können die OSP-Folie stark angreifen.

5. Halten Sie die Werkstattumgebung stabil. RH 40-60%. Temperatur 18-27 °C.

6. Berühren Sie die Leiterplattenoberfläche während der Produktion nicht mit bloßen Händen. Schweiß und Hautfett können Oxidation verursachen.

7. Wenn Sie zuerst eine einseitige SMT durchführen, beenden Sie die zweite SMT innerhalb von 12 Stunden.

8. Nach dem SMT-Verfahren sollte die DIP-Bestückung so schnell wie möglich abgeschlossen werden, spätestens innerhalb von 24 Stunden.

9. Backen Sie keine feuchten OSP-Platten. Das Backen bei hohen Temperaturen kann die OSP-Platten verfärben oder zersetzen.

10. Unbenutzte, überfällige, feuchte oder nach Druckfehlern gereinigte Platinen sollten zur Nachbearbeitung mit OSP an den Platinenhersteller zurückgeschickt werden. Überarbeiten Sie dieselbe Platine nicht mehr als dreimal mit OSP. Nach dreimaliger Nacharbeit ist die Platte zu verschrotten.

B. Regeln für die Gestaltung von SMT-Schablonen für OSP-Platten

1. OSP-Platten sind flach. Das hilft der Form der Lötpaste. Aber OSP-Pads können kein zusätzliches Lot liefern, wie es HASL könnte. Vergrößern Sie daher die Schablonenöffnungen leicht. Dadurch wird sichergestellt, dass das Lot das gesamte Pad bedeckt. Bei der Umstellung von HASL auf OSP muss die Schablone neu gestaltet werden.

2. Nach der Vergrößerung der Öffnung sollten Sie die Form der Schablonenöffnung konkav gestalten, um Lotkugeln, Grabsteine und freiliegendes Kupfer zu vermeiden. Dies hilft, die Bildung von Lötkugeln zu verhindern.

3. Wenn eine Bauteilplatzierung fehlschlägt und das Bauteil nicht mehr vorhanden ist, stellen Sie sicher, dass die Lötpaste das Pad noch so gut wie möglich bedeckt.

4. Um die Oxidation von freiliegendem Kupfer und Zuverlässigkeitsprobleme zu vermeiden, sollten Sie den Druck von Lötpaste auf ICT-Testpunkte, Montageschraubenlöcher und freiliegende Durchkontaktierungen in Betracht ziehen (die Rückseite kann wellengelötet werden). Achten Sie darauf, diese Löcher beim Entwurf der Schablone zu berücksichtigen.

C. Handhabung von Platinen mit schlechtem Lotpastendruck

1. Versuchen Sie, Druckfehler zu vermeiden. Durch die Reinigung wird die OSP-Schicht beschädigt.

2. Wenn eine Platine einen schlechten Lotpastendruck aufweist, sollten Sie OSP-Platten nicht mit hochflüchtigen Lösungsmitteln einweichen oder waschen. Da die OSP-Folie leicht von organischen Lösungsmitteln angefressen werden kann, verwenden Sie ein mit Ethanol 75% getränktes Vliestuch, um die Paste abzuwischen. Trocknen Sie dann mit einem Luftgebläse. Verwenden Sie keinen Isopropylalkohol (IPA) zum Reinigen. Verwenden Sie kein Schabemesser, um die Paste zu entfernen.

3. Nach der Beseitigung eines Druckfehlers sollten Sie die SMT-Arbeiten auf dieser Seite innerhalb von 1 Stunde abschließen.

4. Bei großen Chargen von Druckfehlern (z. B. 20 Stück oder mehr) schicken Sie sie zur zentralen Nachbearbeitung an den Leiterplattenhersteller zurück.

Was sind die Merkmale von OSP in der SMT-Bestückung?

OSP-Platten müssen streng gelagert und gehandhabt werden. Vom Öffnen der Vakuumverpackung bis zum ersten Reflow oder bis zur Zeit nach dem ersten Reflow muss die Aufenthaltszeit streng kontrolliert werden. Andernfalls wird die Qualität des zweiten Reflows beeinträchtigt. Nach einem Reflow-Zyklus ist der organische Schutzfilm auf der Leiterplattenoberfläche in der Regel zerstört und die Leiterplatte verliert ihren Oxidationsschutz. Der zweite Reflow ist dann schwieriger. Außerdem neigt die OSP-Oberfläche dazu, die Lötpaste schlechter zu benetzen als einige andere Oberflächenbehandlungen. Lötstellen können Kupfer freilegen und die Zuverlässigkeit kann sinken. Das Aussehen der Lötstellen entspricht möglicherweise nicht ohne weiteres der IPC-Norm Klasse 3. Viele Produkte, die Pin-in-Paste (PIP) verwenden, sind für OSP nicht geeignet.

Aber OSP-Platten sind flach und planar. Die Plattenherstellung ist stabil und die Kosten sind niedrig. Im Vergleich zu anderen hat OSP klare Vorteile. Daher bevorzugen viele Unternehmen nach wie vor OSP-Oberflächen.

Vorteile des OSP-Prozesses

1. Niedrige Kosten für SMT-Bestückung.

2. Hohe Lötstellenfestigkeit.

3. Gute Lötbarkeit bei richtiger Handhabung.

4. Flache Oberfläche, geeignet für die Gestaltung von Pads mit hoher Dichte.

5. Kompatibel mit gemischten Oberflächen (z. B. selektives ENIG).

6. Leicht zu überarbeiten.

Nachteile des OSP-Prozesses

1. Höherer Übergangswiderstand. Dies kann die elektrische Prüfung beeinträchtigen.

2. Nicht geeignet für das Löten von Durchgangslöchern durch Lötlinien.

3. Schlechte thermische Stabilität und Prozessrobustheit. Nach einem Hochtemperatur-Reflow ist in der Regel kein Oxidationsschutz mehr gegeben. Das Prozessfenster ist kurz. Alle SMT-Schritte nach dem ersten Löten sollten innerhalb von 24 Stunden abgeschlossen sein.

4. Nicht korrosionsbeständig.

5. Hohe Anforderungen an die Druckgenauigkeit. Die Reinigung beschädigt die OSP-Folie (Alkohole und Säuren können OSP abbauen).

6. Schlechte Durchlötleistung bei Wellenlötlöchern.

Praktische Tipps für den Einsatz von OSP-Platten an einer Montagelinie

• Kaufen Sie OSP-Platten immer in Vakuumverpackungen mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitskarte. Öffnen Sie immer nur eine Packung. Verwenden Sie die Platten schnell.

• Vermeiden Sie es, freiliegende Pads zu berühren. Verwenden Sie Handschuhe oder eine Pinzette, wenn Sie müssen.

• Halten Sie die Montageumgebung stabil: RH 40-60%, Temperatur 18-27 °C.

• Lassen Sie die Platten vor dem Reflow nicht länger als eine Stunde bedruckt.

• Halten Sie die Zeit zwischen dem ersten Reflow und den nachfolgenden Prozessschritten kurz. Versuchen Sie, alle SMT-Arbeiten innerhalb von 24 Stunden nach dem ersten Reflow zu erledigen. Lagern Sie reflowte Leiterplatten in einem trockenen Schrank, wenn eine Verzögerung unvermeidbar ist, und befolgen Sie die Anweisungen Ihres Leiterplattenlieferanten.

• Wenn Sie Pastenfehler reinigen müssen, verwenden Sie 75% Ethanol auf einem Vliestuch. Vorsichtig abwischen. Mit Luft trocknen. Nicht durchnässen. Verwenden Sie kein IPA oder scharfe Lösungsmittel. Nicht mit einer Klinge abkratzen.

• Entwerfen Sie Schablonen mit etwas größeren Öffnungen für OSP-Pads. Ziehen Sie konkave Öffnungen in Betracht, um Probleme mit Lötkugeln zu vermeiden.

• Bei freiliegenden Testpunkten und Schraublöchern sollten Sie zum Schutz des Kupfers den Druck von Lötpaste in Erwägung ziehen, sofern das Design dies zulässt.

Wann sollte man sich für OSP entscheiden?

Wählen Sie OSP, wenn:

• Sie benötigen eine kostengünstige Oberfläche für SMT-Platten mit hoher Dichte.

• Für Fine-Pitch-Bauteile benötigen Sie eine ebene Oberfläche.

• Ihr Montageablauf kann die Speicherung und das Timing streng kontrollieren.

• Sie akzeptieren die Grenzwerte für Wärmezyklen und Wellenlöten.

Entscheiden Sie sich nicht für OSP, wenn:

• Sie benötigen viele Hochtemperaturzyklen oder viele Wellenlötschritte.

• Sie brauchen eine lange Haltbarkeit auf ungeschützten Pads im Feld.

• Ihr Produkt muss die strengen optischen Anforderungen der IPC-Klasse 3 oder die Anforderungen an die Lötbarkeit ohne besondere Kontrollen erfüllen.

Abschließende Anmerkungen zu Zuverlässigkeit und Nacharbeit

OSP ist bei richtiger Handhabung zuverlässig. Die Hauptrisiken sind Kratzer, lange Belichtung, lange Wartezeiten nach dem Öffnen und wiederholtes Hochtemperaturlöten. Für die Massenproduktion sollten in der Werkstatt klare Regeln aufgestellt werden: jeweils eine geöffnete Packung, Verwendung innerhalb weniger Stunden, Begrenzung der Reflow-Zyklen und Rückgabe verdächtiger Leiterplatten zur Nacharbeit. Verfolgen Sie bei der Nacharbeit beim Leiterplattenhersteller die Anzahl der OSP-Nacharbeiten. Die gleiche Platine darf nicht mehr als dreimal mit OSP nachgearbeitet werden. Danach sollten Sie die Leiterplatte verschrotten.

Über Philifast 

Philifast bietet PCB- und PCBA-Dienstleistungen mit OSP-Oberflächenbehandlung an. Wir wissen, dass OSP eine sorgfältige Handhabung erfordert. Wir können Leiterplatten in Vakuumverpackungen mit Trockenmittel und Feuchtigkeitskarten liefern. Wir helfen bei der Gestaltung von Schablonen für OSP und geben Hinweise zur Handhabung, damit Sie eine höhere Ausbeute beim ersten Durchlauf erzielen. Wenn Sie OSP-Platten mit stabiler Qualität, kurzen Lieferzeiten und praktischer Unterstützung bei der Montage benötigen, kann Philifast Ihnen helfen. Setzen Sie sich mit uns in Verbindung und wir werden mit Ihren Anforderungen an die Montagelinie arbeiten.