Τι είναι το OSP;

Το OSP είναι ένα επιφανειακό φινίρισμα για το φύλλο χαλκού στις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB). Ανταποκρίνεται στην οδηγία RoHS. Με απλά λόγια, το OSP είναι ένα λεπτό οργανικό φιλμ που αναπτύσσεται σε μια καθαρή, γυμνή επιφάνεια χαλκού με χημική διαδικασία. Αυτό το φιλμ προστατεύει το χαλκό από την οξείδωση, το θερμικό σοκ και την υγρασία. Εμποδίζει το χαλκό να σκουριάσει ή να θειωθεί σε κανονικές συνθήκες. Ταυτόχρονα, η μεμβράνη πρέπει να είναι εύκολο να αφαιρεθεί γρήγορα με ροή κατά τη συγκόλληση σε υψηλή θερμοκρασία. Με αυτόν τον τρόπο ο καθαρός χαλκός που βρίσκεται από κάτω μπορεί να συνδεθεί γρήγορα με τη λιωμένη κόλληση και να σχηματίσει μια ισχυρή ένωση συγκόλλησης.

Καθώς τα ηλεκτρονικά προϊόντα γίνονται ελαφρύτερα, λεπτότερα, κοντύτερα, μικρότερα και πιο λειτουργικά, οι πλακέτες κυκλωμάτων κινούνται προς υψηλότερη ακρίβεια, λεπτότερα προφίλ, περισσότερες στρώσεις και μικρότερες οπές. Η SMT έχει αναπτυχθεί γρήγορα. Η SMT χρησιμοποιεί λεπτές πλακέτες υψηλής πυκνότητας σε συσκευές όπως κάρτες IC, κινητά τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές και δέκτες. Η ισοπέδωση με συγκόλληση θερμού αέρα (HASL) γίνεται τότε λιγότερο κατάλληλη για αυτές τις ανάγκες.

Ταυτόχρονα, οι συγκολλητές Sn-Pb που χρησιμοποιούνται στο HASL δεν είναι πράσινοι. Μετά την έναρξη εφαρμογής της οδηγίας RoHS της ΕΕ την 1η Ιουλίου 2006, η βιομηχανία χρειάστηκε εναλλακτικές λύσεις χωρίς μόλυβδο για το φινίρισμα της επιφάνειας των PCB. Οι συνήθεις επιλογές είναι το OSP, το ENIG (χρυσός εμβάπτισης νικελίου χωρίς ηλεκτρόλυση), το ασήμι εμβάπτισης και ο κασσίτερος εμβάπτισης.

Βήματα διαδικασίας OSP

Τυπική ροή διαδικασίας OSP:

1. Απολίπανση (απολίπανση) →

2. Διπλό ξέπλυμα με νερό →

3. Μικρο-έκτρωμα →

4. Διπλό ξέπλυμα με νερό →

5. Πλύση με οξύ →

6. Ξέπλυμα με νερό DI →

7. Σχηματισμός φιλμ και ξήρανση στον αέρα →

8. Ξέπλυμα με νερό DI →

9. Τελική ξήρανση

Ακολουθούν λεπτομέρειες για τα βασικά βήματα και γιατί έχουν σημασία.

1. Απολίπανση

Η καλή απολίπανση επηρεάζει άμεσα την ποιότητα του φιλμ. Εάν η απολίπανση είναι κακή, το πάχος του φιλμ θα είναι ανομοιόμορφο. Για να διατηρήσετε σταθερή την απολίπανση, ελέγξτε τη συγκέντρωση χημικών ουσιών στο καθαριστικό εντός του εύρους της διεργασίας. Ελέγχετε επίσης συχνά την απόδοση της απολίπανσης. Εάν η απολίπανση είναι κακή, αλλάξτε εγκαίρως το καθαριστικό.

2. Micro-etch

Η μικρο-έκτρωση κάνει την επιφάνεια του χαλκού ελαφρώς τραχιά. Αυτό βοηθά τη συγκόλληση του φιλμ. Το πάχος της μικρο-έκτρωσης επηρεάζει το ρυθμό σχηματισμού φιλμ. Για να έχετε σταθερό πάχος φιλμ, διατηρήστε σταθερό το βάθος της μικρο-έτσης. Συνήθως, η διατήρησή του γύρω στο 1,0-1,5 μm είναι κατάλληλη. Μπορείτε να μετρήσετε το ρυθμό μικρο-έκτρωσης πριν από κάθε μετατόπιση και στη συνέχεια να ορίσετε το χρόνο μικρο-έκτρωσης με βάση αυτόν το ρυθμό.

3. Σχηματισμός φιλμ

Πριν από το σχηματισμό φιλμ, ξεπλύνετε με νερό DI για να αποφύγετε τη μόλυνση του διαλύματος φιλμ. Μετά το σχηματισμό φιλμ, ξεπλύνετε ξανά με νερό DI. Διατηρήστε το pH του νερού έκπλυσης μεταξύ 4,0 και 7,0 για να αποφύγετε τη ρύπανση ή την καταστροφή του στρώματος του φιλμ. Ο έλεγχος του πάχους του φιλμ OSP είναι το κλειδί. Εάν το φιλμ είναι πολύ λεπτό, έχει κακή αντοχή σε θερμικό σοκ. Κατά τη διάρκεια της επαναπλήρωσης, το φιλμ ενδέχεται να μην επιβιώσει σε υψηλές θερμοκρασίες (περίπου 190-200 °C). Τότε η απόδοση συγκόλλησης πέφτει. Στη γραμμή συναρμολόγησης, η μεμβράνη πρέπει να είναι εύκολο να διαλυθεί από τη ροή. Διαφορετικά, η συγκόλληση θα υποφέρει. Ένας κοινός στόχος για το πάχος του φιλμ είναι 0,2-0,5 μm.

Σημειώσεις για την ταινία OSP

Οι μεμβράνες OSP είναι πολύ λεπτές και μπορούν να γρατσουνιστούν ή να τριφτούν εύκολα. Χειριστείτε προσεκτικά τις πλακέτες κατά την παραγωγή και τη μεταφορά. Επίσης, μετά από πολλούς κύκλους συγκόλλησης σε υψηλή θερμοκρασία, η μεμβράνη OSP σε αχρησιμοποίητα pads μπορεί να αποχρωματιστεί ή να ραγίσει. Αυτό επηρεάζει την ικανότητα συγκόλλησης και την αξιοπιστία.

Απαιτήσεις παραγωγής PCB για φινίρισμα επιφάνειας OSP

Ακολουθούν κανόνες παραγωγής και χειρισμού για να διατηρηθεί η αξιοπιστία των πλακετών OSP.

A. Γενικοί κανόνες παραγωγής και αποθήκευσης

1. Τα PCB με OSP πρέπει να φτάνουν σε συσκευασία κενού. Περιλάβετε ένα ξηραντικό και μια κάρτα ένδειξης υγρασίας. Κατά τη διάρκεια της μεταφοράς και της αποθήκευσης, τοποθετήστε χαρτί απομόνωσης μεταξύ των πλακετών για να αποφύγετε ζημιές από τριβή στο OSP.

2. Μην εκθέτετε τις πλακέτες σε άμεσο ηλιακό φως. Διατηρείτε ένα κατάλληλο περιβάλλον αποθήκης. Σχετική υγρασία (RH): 30-70%. Θερμοκρασία: 15-30 °C. Η διάρκεια ζωής αποθήκευσης πρέπει να είναι μικρότερη από 6 μήνες.

3. Κατά την αποσφράγιση της πλακέτας στο σταθμό SMT, ελέγξτε τη συσκευασία κενού, το ξηραντικό και την κάρτα υγρασίας. Εάν αποτύχουν, επιστρέψτε τις πλακέτες στον κατασκευαστή πλακετών για επανεπεξεργασία πριν από τη χρήση. Τοποθετήστε την πλακέτα στη γραμμή εντός 8 ωρών από το άνοιγμα. Μην ανοίγετε πολλές συσκευασίες ταυτόχρονα. Ακολουθήστε τον κανόνα “ανοίξτε όσο χρειάζεται, παράγετε όσο χρειάζεται”. Η μακρά έκθεση προκαλεί ελαττώματα συγκόλλησης παρτίδων.

4. Μετά την εκτύπωση με στένσιλ, περάστε τις πλάκες γρήγορα στο φούρνο. Μην τις αφήσετε να καθίσουν. Η μέγιστη αναμονή είναι 1 ώρα. Η ροή της πάστας συγκόλλησης μπορεί να διαβρώσει έντονα τη μεμβράνη OSP.

5. Διατηρήστε σταθερό το περιβάλλον του εργαστηρίου. RH 40-60%. Θερμοκρασία 18-27 °C.

6. Κατά τη διάρκεια της παραγωγής, αποφύγετε να αγγίζετε την επιφάνεια της πλακέτας PCB με γυμνά χέρια. Ο ιδρώτας και τα έλαια του δέρματος μπορεί να προκαλέσουν οξείδωση.

7. Εάν κάνετε πρώτα SMT μιας πλευράς, ολοκληρώστε την SMT της δεύτερης πλευράς εντός 12 ωρών.

8. Μετά την SMT, ολοκληρώστε την τοποθέτηση DIP το συντομότερο δυνατό, το πολύ εντός 24 ωρών.

9. Μην ψήνετε υγρές πλακέτες OSP. Το ψήσιμο σε υψηλή θερμοκρασία μπορεί να αποχρωματίσει ή να υποβαθμίσει το OSP.

10. Οι αχρησιμοποίητες πλακέτες που είναι καθυστερημένες, υγρές ή καθαρισμένες μετά από ελαττώματα εκτύπωσης θα πρέπει να επιστρέφονται στον κατασκευαστή της πλακέτας για επανεπεξεργασία OSP. Μην επανεπεξεργάζεστε την ίδια πλακέτα περισσότερες από τρεις φορές με OSP. Μετά από τρεις επανεπεξεργασίες, απορρίψτε την πλακέτα.

B. Κανόνες σχεδιασμού με στένσιλ SMT για πλακέτες OSP

1. Οι πλακέτες OSP είναι επίπεδες. Αυτό βοηθά στο σχήμα της πάστας συγκόλλησης. Αλλά τα μαξιλαράκια OSP δεν μπορούν να παρέχουν επιπλέον συγκόλληση όπως μπορεί να κάνει η HASL. Έτσι διευρύνετε ελαφρώς τα ανοίγματα του στένσιλ. Αυτό βοηθάει να διασφαλιστεί ότι η κόλληση καλύπτει ολόκληρο το pad. Κατά τη μετατροπή από HASL σε OSP, επανασχεδιάστε το στένσιλ.

2. Αφού διευρύνετε το άνοιγμα, αντιμετωπίστε τις σφαίρες συγκόλλησης, τις ταφόπλακες και τον εκτεθειμένο χαλκό αλλάζοντας το σχήμα της οπής του στένσιλ σε “κοίλο” σχέδιο. Αυτό συμβάλλει στην αποτροπή του σχηματισμού σφαιρών συγκόλλησης.

3. Εάν η τοποθέτηση ενός εξαρτήματος αποτύχει και το εξάρτημα λείπει, βεβαιωθείτε ότι η πάστα συγκόλλησης εξακολουθεί να καλύπτει το σημείο όσο το δυνατόν περισσότερο.

4. Για να αποφύγετε την οξείδωση του εκτεθειμένου χαλκού και τα προβλήματα αξιοπιστίας, εξετάστε το ενδεχόμενο εκτύπωσης πάστας συγκόλλησης στα σημεία δοκιμής ICT, στις οπές βιδών τοποθέτησης και στα εκτεθειμένα μαξιλαράκια (η πίσω πλευρά μπορεί να συγκολληθεί με κυματοκόλληση). Φροντίστε να συμπεριλάβετε αυτές τις οπές κατά τον σχεδιασμό του στένσιλ.

C. Χειρισμός πλακετών με κακή εκτύπωση πάστας συγκόλλησης

1. Προσπαθήστε να αποφύγετε τα σφάλματα εκτύπωσης. Ο καθαρισμός θα καταστρέψει το στρώμα OSP.

2. Εάν μια πλακέτα έχει κακή εκτύπωση πάστας συγκόλλησης, μην εμποτίζετε ή πλένετε τις πλακέτες OSP με διαλύτες υψηλής πτητικότητας. Επειδή η μεμβράνη OSP τρώγεται εύκολα από οργανικούς διαλύτες, χρησιμοποιήστε ένα μη υφασμένο πανί εμποτισμένο με αιθανόλη 75% για να σκουπίσετε την πάστα. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε έναν ανεμιστήρα αέρα για να στεγνώσετε. Μην χρησιμοποιείτε ισοπροπυλική αλκοόλη (IPA) για τον καθαρισμό. Μην χρησιμοποιείτε μαχαίρι απόξεσης για να αφαιρέσετε την πάστα.

3. Μετά τον καθαρισμό ενός ελαττώματος εκτύπωσης, ολοκληρώστε τις εργασίες SMT σε αυτή την πλευρά εντός 1 ώρας.

4. Για μεγάλες παρτίδες με ελαττώματα εκτύπωσης (για παράδειγμα 20 τεμάχια ή περισσότερα), επιστρέψτε τις στον κατασκευαστή τυπωμένων κυκλωμάτων για κεντρική επανεπεξεργασία.

Ποια είναι τα χαρακτηριστικά της OSP στη συναρμολόγηση SMT;

Οι πλακέτες OSP χρειάζονται αυστηρή αποθήκευση και χειρισμό. Από τη στιγμή που ανοίγετε τη συσκευασία κενού μέχρι την πρώτη επαναρροή ή μέχρι τη στιγμή μετά την πρώτη επαναρροή, ο χρόνος παραμονής πρέπει να ελέγχεται αυστηρά. Διαφορετικά, θα επηρεαστεί η ποιότητα της δεύτερης επαναπλήρωσης. Μετά από έναν κύκλο επαναπλήρωσης, η οργανική προστατευτική μεμβράνη στην επιφάνεια της πλακέτας συνήθως καταστρέφεται και η πλακέτα χάνει την προστασία από την οξείδωση. Στη συνέχεια, η δεύτερη επαναρροή είναι δυσκολότερη. Επίσης, το φινίρισμα της επιφάνειας OSP τείνει να έχει χειρότερη διαβροχή της πάστας συγκόλλησης σε σχέση με ορισμένα άλλα φινιρίσματα. Οι ενώσεις συγκόλλησης μπορεί να εκθέσουν χαλκό και η αξιοπιστία μπορεί να μειωθεί. Η εμφάνιση της κόλλησης μπορεί να μην ανταποκρίνεται εύκολα στο πρότυπο IPC Class 3. Πολλά προϊόντα που χρησιμοποιούν pin-in-paste (PIP) δεν ταιριάζουν καλά με το OSP.

Αλλά οι πλακέτες OSP είναι επίπεδες και επίπεδες. Η κατασκευή των πλακετών είναι σταθερή και το κόστος είναι χαμηλό. Σε σύγκριση με άλλες, η OSP έχει σαφή πλεονεκτήματα. Έτσι, πολλές εταιρείες εξακολουθούν να προτιμούν το φινίρισμα OSP.

Πλεονεκτήματα της διαδικασίας OSP

1. Χαμηλό κόστος για συναρμολόγηση SMT.

2. Υψηλή αντοχή συγκόλλησης.

3. Καλή συγκολλησιμότητα όταν χειρίζεται σωστά.

4. Επίπεδη επιφάνεια κατάλληλη για σχεδιασμό μαξιλαριών υψηλής πυκνότητας.

5. Συμβατό με μικτά επιφανειακά φινιρίσματα (επιλεκτικό ENIG, για παράδειγμα).

6. Εύκολη επεξεργασία.

Μειονεκτήματα της διαδικασίας OSP

1. Υψηλότερη αντίσταση επαφής. Αυτό μπορεί να επηρεάσει τις ηλεκτρικές δοκιμές.

2. Δεν είναι καλό για συγκόλληση μέσω οπών με συγκόλληση γραμμής.

3. Κακή θερμική σταθερότητα και ανθεκτικότητα στη διαδικασία. Μετά από μία επανασυγκόλληση σε υψηλή θερμοκρασία, συνήθως δεν υπάρχει πλέον προστασία από οξείδωση. Το παράθυρο διεργασίας είναι μικρό. Όλα τα βήματα SMT μετά την πρώτη συγκόλληση πρέπει να ολοκληρωθούν εντός 24 ωρών.

4. Δεν είναι ανθεκτικό στη διάβρωση.

5. Υψηλή απαίτηση για ακρίβεια εκτύπωσης. Ο καθαρισμός θα βλάψει το φιλμ OSP (οι αλκοόλες και τα οξέα μπορούν να υποβαθμίσουν το OSP).

6. Κακή απόδοση συγκόλλησης μέσω οπών για κυματοσυγκόλληση.

Πρακτικές συμβουλές για τη χρήση πλακετών OSP σε γραμμή συναρμολόγησης

• Προμηθευτείτε πάντα πλακέτες OSP σε συσκευασίες κενού με ξηραντικό και κάρτα υγρασίας. Ανοίξτε μία συσκευασία τη φορά. Χρησιμοποιήστε τις πλακέτες γρήγορα.

• Αποφύγετε να αγγίζετε τα εκτεθειμένα μαξιλάρια. Χρησιμοποιήστε γάντια ή τσιμπιδάκια όταν πρέπει.

• Διατηρήστε σταθερό το περιβάλλον συναρμολόγησης: Θερμοκρασία 18-27 °C.

• Μην αφήνετε τις πλακέτες τυπωμένες για περισσότερο από μία ώρα πριν από την επαναρροή.

• Διατηρήστε μικρό το χρόνο μεταξύ της πρώτης επαναφοράς και των επόμενων βημάτων της διαδικασίας. Επιδιώξτε να ολοκληρώσετε όλη την SMT εντός 24 ωρών μετά την πρώτη επαναρροή. Αποθηκεύστε τις πλακέτες που έχουν υποστεί επαναρροή σε ξηρό ερμάριο, εάν η καθυστέρηση είναι αναπόφευκτη, και ακολουθήστε τις οδηγίες του προμηθευτή σας PCB.

• Εάν πρέπει να καθαρίσετε ελαττώματα πάστας, χρησιμοποιήστε αιθανόλη 75% σε μη υφασμένο πανί. Σκουπίστε απαλά. Στεγνώστε με αέρα. Μην εμποτίζετε. Μην χρησιμοποιείτε IPA ή σκληρούς διαλύτες. Μην ξύνετε με λεπίδα.

• Σχεδιάστε στένσιλ με ελαφρώς μεγαλύτερα ανοίγματα για τα μαξιλάρια OSP. Εξετάστε κοίλα σχήματα ανοίγματος για να μειώσετε τα προβλήματα με τις μπάλες συγκόλλησης.

• Για εκτεθειμένα σημεία δοκιμής και οπές βιδών, εξετάστε το ενδεχόμενο να εκτυπώσετε πάστα συγκόλλησης για να προστατεύσετε το χαλκό, εάν το επιτρέπει ο σχεδιασμός.

Πότε να επιλέξετε OSP

Επιλέξτε OSP όταν:

• Χρειάζεστε ένα φινίρισμα χαμηλού κόστους για πλακέτες SMT υψηλής πυκνότητας.

• Χρειάζεστε μια επίπεδη επιφάνεια για εξαρτήματα λεπτού βήματος.

• Η ροή συναρμολόγησης μπορεί να ελέγχει αυστηρά την αποθήκευση και το χρονοδιάγραμμα.

• Αποδέχεστε τα όρια για τους θερμικούς κύκλους και την κυματοσυγκόλληση.

Μην επιλέγετε OSP όταν:

• Χρειάζεστε πολλούς κύκλους υψηλής θερμοκρασίας ή πολλά βήματα συγκόλλησης με κύματα.

• Χρειάζεστε μακροχρόνια διάρκεια ζωής σε εκτεθειμένα μαξιλάρια στο πεδίο χωρίς προστασία.

• Το προϊόν σας πρέπει να περάσει τις αυστηρές οπτικές απαιτήσεις IPC Class 3 ή τις απαιτήσεις συγκολλησιμότητας χωρίς ειδικούς ελέγχους.

Τελικές σημειώσεις σχετικά με την αξιοπιστία και την επανεπεξεργασία

Η OSP είναι αξιόπιστη όταν αντιμετωπίζεται σωστά. Οι κύριοι κίνδυνοι είναι οι γρατζουνιές, η μακρά έκθεση, η μεγάλη αναμονή μετά το άνοιγμα και η επαναλαμβανόμενη συγκόλληση σε υψηλή θερμοκρασία. Για μαζική παραγωγή, ορίστε σαφείς κανόνες στο κατάστημα: ένα πακέτο ανοιχτό κάθε φορά, χρήση εντός ωρών, περιορισμός των κύκλων επαναρροής και επιστροφή των ύποπτων πλακετών για επανεπεξεργασία. Για την επανεπεξεργασία στον κατασκευαστή πλακετών, παρακολουθήστε τις μετρήσεις επανεπεξεργασίας OSP. Μην επανεπεξεργάζεστε την ίδια πλακέτα με OSP περισσότερες από τρεις φορές. Μετά από αυτό, απορρίψτε την πλακέτα.

Σχετικά με την Philifast 

Η Philifast προσφέρει υπηρεσίες PCB και PCBA με φινίρισμα επιφάνειας OSP. Γνωρίζουμε ότι το OSP χρειάζεται προσεκτικό χειρισμό. Μπορούμε να προμηθεύσουμε πλακέτες σε συσκευασίες κενού με αποξηραντικό και κάρτες υγρασίας. Βοηθάμε στο σχεδιασμό στένσιλ για OSP και παρέχουμε οδηγίες χειρισμού, ώστε να έχετε υψηλότερη απόδοση πρώτου περάσματος. Αν χρειάζεστε πλακέτες OSP με σταθερή ποιότητα, γρήγορους χρόνους παράδοσης και πρακτική υποστήριξη συναρμολόγησης, η Philifast μπορεί να σας βοηθήσει. Επικοινωνήστε μαζί μας και θα συνεργαστούμε με τις απαιτήσεις της γραμμής συναρμολόγησης σας.