¿Qué es la OSP?

OSP es un acabado superficial para la lámina de cobre de las placas de circuitos impresos (PCB). Cumple la directiva RoHS. En términos sencillos, la OSP es una fina película orgánica que crece sobre una superficie de cobre limpia y desnuda mediante un proceso químico. Esta película protege el cobre de la oxidación, los golpes de calor y la humedad. Evita que el cobre se oxide o sulfure en condiciones normales. Al mismo tiempo, la película debe ser fácil de eliminar rápidamente mediante fundente durante la soldadura a alta temperatura. De este modo, el cobre limpio que hay debajo puede adherirse rápidamente a la soldadura fundida y formar una unión fuerte.

A medida que los productos electrónicos se hacen más ligeros, más finos, más cortos, más pequeños y más funcionales, las placas de circuito impreso avanzan hacia una mayor precisión, perfiles más finos, más capas y orificios más pequeños. El SMT ha evolucionado rápidamente. SMT utiliza placas delgadas de alta densidad en dispositivos como tarjetas IC, teléfonos móviles, ordenadores portátiles y sintonizadores. El nivelado de soldadura por aire caliente (HASL) resulta entonces menos adecuado para estas necesidades.

Al mismo tiempo, las soldaduras Sn-Pb utilizadas en HASL no son ecológicas. Tras la entrada en vigor de la directiva RoHS de la UE el 1 de julio de 2006, la industria necesitaba alternativas sin plomo para el acabado superficial de las placas de circuito impreso. Las opciones más comunes son OSP, ENIG (níquel-oro químico por inmersión), plata por inmersión y estaño por inmersión.

Pasos del proceso OSP

Flujo típico del proceso OSP:

1. Desengrasado (desaceitado) →

2. Doble aclarado con agua →

3. Micrograbado →

4. Doble aclarado con agua →

5. Lavado ácido →

6. Enjuague con agua DI →

7. Formación de película y secado al aire →

8. Enjuague con agua DI →

9. Secado final

A continuación se detallan los pasos clave y por qué son importantes.

1. Desengrasado

Un buen desengrasado afecta directamente a la calidad de la película. Si el desengrasado es malo, el grosor de la película será desigual. Para mantener un desengrase estable, controle la concentración química del limpiador dentro del intervalo del proceso. Compruebe también a menudo el rendimiento del desengrase. Si el desengrase es deficiente, cambie el limpiador a tiempo.

2. Micrograbado

El micrograbado hace que la superficie de cobre sea ligeramente rugosa. Esto favorece la adhesión de la película. El grosor del micrograbado afecta a la velocidad de formación de la película. Para obtener un espesor de película estable, mantenga estable la profundidad del micrograbado. Suele ser adecuado mantenerla en torno a 1,0-1,5 μm. Puede medir la velocidad de micrograbado antes de cada cambio y, a continuación, ajustar el tiempo de micrograbado según esa velocidad.

3. Formación de la película

Antes de la formación de la película, enjuague con agua desionizada para evitar contaminar la solución de la película. Después de la formación de la película, vuelva a enjuagar con agua desionizada. Mantenga el pH del agua de aclarado entre 4,0 y 7,0 para evitar que la capa de película se contamine o se dañe. Controlar el espesor de la película OSP es la clave. Si la película es demasiado fina, tiene poca resistencia al choque térmico. Durante el reflujo, es posible que la película no sobreviva a las altas temperaturas (alrededor de 190-200 °C). El rendimiento de la soldadura disminuye. En la cadena de montaje, la película debe ser fácil de disolver. De lo contrario, la soldadura se resentirá. Un objetivo común de grosor de película es de 0,2-0,5 μm.

Notas sobre la película OSP

Las películas OSP son muy finas y pueden rayarse o frotarse con facilidad. Manipule las placas con cuidado durante la producción y el transporte. Además, tras muchos ciclos de soldadura a alta temperatura, la película OSP de los pads no utilizados puede decolorarse o agrietarse. Esto afecta a la soldabilidad y la fiabilidad.

Requisitos de producción de PCB para el acabado superficial OSP

A continuación se indican las normas de producción y manipulación para mantener la fiabilidad de las placas OSP.

A. Normas generales de producción y almacenamiento

1. Las placas de circuito impreso con OSP deben llegar en envases al vacío. Incluya un desecante y una tarjeta indicadora de humedad. Durante el transporte y el almacenamiento, coloque papel aislante entre las placas para evitar daños por fricción en la OSP.

2. No exponga los tableros a la luz solar directa. Mantenga un entorno de almacén adecuado. Humedad relativa (HR): 30-70%. Temperatura ambiente: 15-30 °C. La vida útil de almacenamiento debe ser inferior a 6 meses.

3. Al desprecintar la placa en la estación SMT, compruebe el envasado al vacío, el desecante y la tarjeta de humedad. Si fallan, devuelva las placas al fabricante de placas de circuito impreso para que las revise antes de utilizarlas. Coloque la placa en la línea en las 8 horas siguientes a su apertura. No abra muchos paquetes a la vez. Siga la regla “abra según sea necesario, produzca según sea necesario”. Una exposición prolongada provoca defectos de soldadura por lotes.

4. Después de la impresión por estarcido, pase las planchas rápidamente al horno. No las deje reposar. La espera máxima es de 1 hora. El fundente de la pasta de soldadura puede corroer fuertemente la película OSP.

5. Mantenga estable el entorno del taller. HR 40-60%. Temperatura 18-27 °C.

6. Durante la producción, evite tocar la superficie de la placa de circuito impreso con las manos desnudas. El sudor y la grasa de la piel pueden provocar oxidación.

7. Si realiza primero el SMT de una cara, termine el SMT de la segunda cara antes de 12 horas.

8. Tras el SMT, termine la inserción del DIP lo antes posible, en 24 horas como máximo.

9. No hornee placas OSP húmedas. El horneado a alta temperatura puede decolorar o degradar la OSP.

10. Las placas no utilizadas que estén vencidas, húmedas o limpias después de defectos de impresión deben ser devueltas al fabricante de la placa para ser retrabajadas con OSP. No repase la misma tarjeta más de tres veces con OSP. Después de tres repasos, deseche la tarjeta.

B. Reglas de diseño de esténciles SMT para tarjetas OSP

1. Las placas OSP son planas. Esto ayuda a dar forma a la pasta de soldadura. Pero los pads OSP no pueden suministrar soldadura extra como podría hacer HASL. Así que hay que agrandar ligeramente las aperturas del esténcil. Esto ayuda a garantizar que la soldadura cubra todo el pad. Al pasar de HASL a OSP, hay que rediseñar el esténcil.

2. Una vez ampliada la abertura, para evitar la formación de bolas de soldadura, tombstoning y cobre expuesto, cambie la forma del orificio del esténcil a un diseño “cóncavo”. Esto ayuda a evitar la formación de bolas de soldadura.

3. Si falla la colocación de un componente y falta la pieza, asegúrese de que la pasta de soldadura sigue cubriendo la almohadilla en la medida de lo posible.

4. Para evitar la oxidación del cobre expuesto y los problemas de fiabilidad, considere la posibilidad de imprimir pasta de soldadura en los puntos de prueba ICT, los orificios de los tornillos de montaje y las almohadillas de las vías expuestas (la parte posterior se puede soldar por ola). Asegúrese de incluir estos orificios durante el diseño del esténcil.

C. Manipulación de placas con mala impresión de pasta de soldadura

1. Intente evitar errores de impresión. La limpieza dañará la capa OSP.

2. Si una placa tiene una mala impresión de la pasta de soldadura, no empape ni lave las placas OSP con disolventes de alta volatilidad. Debido a que la película OSP es fácil de ser consumida por disolventes orgánicos, utilice un paño no tejido empapado en etanol 75% para limpiar la pasta. A continuación, utilice un soplador de aire para secar. No utilice alcohol isopropílico (IPA) para limpiar. No utilice un cuchillo raspador para eliminar la pasta.

3. Después de limpiar un defecto de impresión, termine el trabajo SMT en esa cara en el plazo de 1 hora.

4. Para grandes lotes de defectos de impresión (por ejemplo, 20 piezas o más), devuélvalos al fabricante de placas de circuito impreso para que los repase de forma centralizada.

¿Qué características tiene la OSP en el montaje SMT?

Las placas OSP necesitan un almacenamiento y una manipulación estrictos. Desde el momento en que se abre el envase al vacío hasta el primer reflujo o hasta el momento posterior al primer reflujo, el tiempo de permanencia debe controlarse estrictamente. De lo contrario, la calidad del segundo reflujo se verá afectada. Después de un ciclo de reflujo, la película protectora orgánica de la superficie de la placa de circuito impreso suele destruirse y la placa pierde la protección contra la oxidación. Por lo tanto, el segundo reflujo es más difícil. Además, el acabado superficial OSP tiende a tener una peor humectación de la pasta de soldadura que otros acabados. Las juntas de soldadura pueden exponer el cobre y la fiabilidad puede caer. El aspecto de la soldadura puede no cumplir fácilmente la norma IPC Clase 3. Muchos productos que utilizan pin-in-paste (PIP) no son compatibles con OSP.

Pero las placas OSP son planas y planiformes. La fabricación de las placas es estable y su coste es bajo. Comparado con otros, el OSP tiene claras ventajas. Por eso, muchas empresas siguen prefiriendo el acabado OSP.

Ventajas del proceso OSP

1. Bajo coste de montaje SMT.

2. Alta resistencia de la unión soldada.

3. Buena soldabilidad si se manipula correctamente.

4. Superficie plana adecuada para el diseño de almohadillas de alta densidad.

5. Compatible con acabados superficiales mixtos (ENIG selectivo, por ejemplo).

6. Fácil de reelaborar.

Desventajas del proceso OSP

1. Mayor resistencia de contacto. Esto puede afectar a las pruebas eléctricas.

2. No sirve para soldar agujeros pasantes mediante soldadura en línea.

3. Escasa estabilidad térmica y robustez del proceso. Después de un reflujo a alta temperatura, no suele haber más protección contra la oxidación. La ventana de proceso es corta. Todos los pasos SMT posteriores a la primera soldadura deben finalizarse en 24 horas.

4. No es resistente a la corrosión.

5. Alta exigencia de precisión de impresión. La limpieza dañará la película OSP (los alcoholes y ácidos pueden degradar la OSP).

6. Rendimiento de soldadura deficiente en agujeros de soldadura por ola.

Consejos prácticos para utilizar tarjetas OSP en una cadena de montaje

• Consiga siempre las placas OSP en envases al vacío con desecante y una tarjeta de humedad. Abra los paquetes de uno en uno. Utilice las placas rápidamente.

• Evite tocar las almohadillas expuestas. Utilice guantes o pinzas cuando sea necesario.

• Mantenga estable el entorno de montaje: HR 40-60%, temp 18-27 °C.

• No deje las placas impresas durante más de una hora antes del reflujo.

• Reduzca el tiempo entre el primer reflujo y los siguientes pasos del proceso. Intente terminar todos los procesos SMT en las 24 horas siguientes al primer reflujo. Almacene las placas refluidas en un armario seco si no puede evitar el retraso y siga las instrucciones de su proveedor de placas de circuito impreso.

• Si necesita limpiar defectos de la pasta, utilice etanol 75% en un paño no tejido. Limpiar suavemente. Seque con aire. No empapar. No utilice IPA ni disolventes fuertes. No raspar con una cuchilla.

• Diseñe esténciles con aperturas ligeramente mayores para los pads OSP. Considere formas de apertura cóncavas para reducir los problemas de bolas de soldadura.

• Para los puntos de prueba expuestos y los orificios de los tornillos, considere la posibilidad de imprimir pasta de soldadura para proteger el cobre si el diseño lo permite.

Cuándo elegir OSP

Elija OSP cuando:

• Necesita un acabado de bajo coste para placas SMT de alta densidad.

• Se necesita una superficie plana para los componentes de paso fino.

• Su flujo de montaje puede controlar estrictamente el almacenamiento y los tiempos.

• Aceptas los límites de los ciclos térmicos y la soldadura por ola.

No elija OSP cuando:

• Se necesitan muchos ciclos de alta temperatura, o muchos pasos de soldadura por ola.

• Necesita una vida útil prolongada en las almohadillas expuestas en el campo sin protección.

• Su producto debe superar los estrictos requisitos visuales o de soldabilidad IPC Clase 3 sin necesidad de controles especiales.

Notas finales sobre fiabilidad y reprocesamiento

La OSP es fiable cuando se maneja correctamente. Los principales riesgos son los arañazos, la exposición prolongada, las largas esperas tras la apertura y la soldadura repetida a alta temperatura. Para la producción en masa, hay que establecer normas claras en el taller: abrir un paquete cada vez, utilizarlo en cuestión de horas, limitar los ciclos de reflujo y devolver las placas sospechosas para que sean retocadas. Para el reprocesado en el fabricante de placas de circuito impreso, realice un seguimiento de los recuentos de reprocesados OSP. No repase la misma placa con OSP más de tres veces. Después, deseche la placa.

Acerca de Philifast 

Philifast ofrece servicios de PCB y PCBA con acabado superficial OSP. Sabemos que el OSP requiere una manipulación cuidadosa. Podemos suministrar placas en envases al vacío con desecante y tarjetas de humedad. Le ayudamos a diseñar plantillas para OSP y le orientamos en la manipulación para que obtenga un mayor rendimiento en la primera pasada. Si necesita placas OSP con calidad estable, plazos de entrega rápidos y asistencia práctica para el montaje, Philifast puede ayudarle. Póngase en contacto con nosotros y trabajaremos con los requisitos de su línea de montaje.