OSP چیست؟

OSP یک پوشش سطحی برای ورق مسی روی بردهای مدار چاپی (PCB) است. این پوشش مطابق با دستورالعمل RoHS است. به‌طور ساده، OSP یک لایه آلی نازک است که از طریق یک فرآیند شیمیایی روی سطح مسی تمیز و برهنه رشد می‌کند. این لایه از مس در برابر اکسیداسیون، شوک حرارتی و رطوبت محافظت می‌کند. این لایه مانع از زنگ‌زدگی یا سولفید شدن مس در شرایط عادی می‌شود. در عین حال، این لایه باید به‌راحتی و سریعاً توسط فلوکس در حین لحیم‌کاری در دمای بالا برداشته شود. به این ترتیب، مس تمیز زیر آن می‌تواند سریعاً با قلع مذاب پیوند برقرار کرده و یک اتصال لحیم قوی ایجاد کند.

با سبک‌تر، نازک‌تر، کوتاه‌تر، کوچک‌تر و کارآمدتر شدن محصولات الکترونیکی، بردهای مدار به سمت دقت بالاتر، پروفایل‌های نازک‌تر، لایه‌های بیشتر و سوراخ‌های کوچک‌تر حرکت می‌کنند. SMT به‌سرعت توسعه یافته است. SMT در دستگاه‌هایی مانند کارت‌های IC، تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و تیونرها از بردهای نازک با چگالی بالا استفاده می‌کند. در نتیجه، هموارسازی لحیم با هوای گرم (HASL) برای این نیازها کمتر مناسب می‌شود.

در عین حال، لحیم‌های Sn-Pb که در فرآیند HASL استفاده می‌شوند، سازگار با محیط زیست نیستند. پس از آنکه دستورالعمل RoHS اتحادیه اروپا از اول ژوئیه ۲۰۰۶ اجرایی شد، صنعت به جایگزین‌های بدون سرب برای پوشش سطح PCB نیاز پیدا کرد. گزینه‌های رایج عبارتند از OSP، ENIG (نیکل بدون الکتروشیمیایی با آبکاری طلا)، آبکاری نقره و آبکاری قلع.

مراحل فرآیند OSP

جریان فرآیند معمول OSP:

1. چربی‌زدایی (روغن‌زدایی) →

2. دو بار با آب آبکشی کنید →

3. میکرو-ایتچ →

4. دو بار با آب آبکشی کنید →

5. شستشوی اسیدی →

6. شستشو با آب مقطر →

7. تشکیل فیلم و خشک‌کردن در هوای آزاد →

8. شستشو با آب مقطر →

9. خشک‌کردن نهایی

در زیر جزئیات مراحل کلیدی و دلیل اهمیت آن‌ها آمده است.

۱. چربی‌زدایی

تمیزکاری مناسب مستقیماً بر کیفیت فیلم تأثیر می‌گذارد. اگر تمیزکاری نامناسب باشد، ضخامت فیلم ناهموار خواهد بود. برای پایدار نگه داشتن تمیزکاری، غلظت مواد شیمیایی در دستگاه تمیزکننده را در محدوده فرآیند کنترل کنید. همچنین عملکرد تمیزکاری را مرتباً بررسی کنید. اگر تمیزکاری ضعیف باشد، به‌موقع محلول تمیزکننده را تعویض کنید.

۲. میکرو-ایچ

میکرو-ایتچ سطح مس را اندکی زبر می‌کند. این به چسبیدن فیلم کمک می‌کند. ضخامت میکرو-ایتچ بر نرخ تشکیل فیلم تأثیر می‌گذارد. برای دستیابی به ضخامت فیلم پایدار، عمق میکرو-ایتچ را ثابت نگه دارید. معمولاً حفظ آن در حدود ۱.۰–۱.۵ میکرومتر مناسب است. می‌توانید نرخ میکرو-ایتچ را قبل از هر شیفت اندازه‌گیری کرده و سپس زمان میکرو-ایتچ را بر اساس آن تنظیم کنید.

۳. تشکیل فیلم

قبل از تشکیل فیلم، با آب مقطر آبکشی کنید تا از آلوده شدن محلول فیلم جلوگیری شود. پس از تشکیل فیلم، مجدداً با آب مقطر آبکشی کنید. pH آب آبکشی را بین ۴.۰ تا ۷.۰ نگه دارید تا از آلودگی یا آسیب دیدن لایه فیلم جلوگیری شود. کنترل ضخامت فیلم OSP کلیدی است. اگر فیلم خیلی نازک باشد، مقاومت آن در برابر شوک حرارتی کم است. در حین ری‌فلو، ممکن است فیلم در برابر دماهای بالا (حدود ۱۹۰–۲۰۰ درجه سانتی‌گراد) دوام نیاورد. در این صورت، عملکرد لحیم‌کاری کاهش می‌یابد. در خط مونتاژ، فیلم باید به راحتی توسط فلوکس حل شود. در غیر این صورت، لحیم‌کاری با مشکل مواجه خواهد شد. یک هدف معمول برای ضخامت فیلم، ۰.۲–۰.۵ میکرومتر است.

یادداشت‌هایی درباره فیلم OSP

لایه‌های OSP بسیار نازک هستند و به‌راحتی خراشیده یا پاک می‌شوند. در تولید و حمل‌ونقل بردها با دقت رفتار کنید. همچنین پس از چندین چرخه لحیم‌کاری در دمای بالا، لایه OSP روی پدهای بلااستفاده ممکن است تغییر رنگ دهد یا ترک بخورد. این امر بر قابلیت لحیم‌پذیری و قابلیت اطمینان تأثیر می‌گذارد.

الزامات تولید PCB برای پوشش سطح OSP

در زیر قواعد تولید و جابجایی برای حفظ قابلیت اطمینان بردهای OSP آمده است.

الف. قوانین عمومی تولید و نگهداری

1. بردهای مدار چاپی با پوشش ارگانیک (OSP) باید در بسته‌بندی وکیوم تحویل داده شوند. یک ماده خشک‌کننده و یک کارت شاخص رطوبت همراه آن قرار دهید. در حین حمل‌ونقل و نگهداری، بین بردها کاغذ جداکننده قرار دهید تا از آسیب ناشی از اصطکاک به OSP جلوگیری شود.

2. تخته را در معرض نور مستقیم خورشید قرار ندهید. محیط انبار مناسب را حفظ کنید. رطوبت نسبی (RH): ۳۰–۷۰٪. دما: ۱۵–۳۰ درجه سانتی‌گراد. مدت نگهداری باید کمتر از ۶ ماه باشد.

3. هنگام باز کردن برد در ایستگاه SMT، بسته‌بندی وکیوم، سیلیکاژل و کارت رطوبت را بررسی کنید. اگر این موارد خراب باشند، بردها را قبل از استفاده برای اصلاح به سازنده PCB بازگردانید. برد را ظرف ۸ ساعت پس از باز کردن روی خط تولید قرار دهید. از باز کردن همزمان چندین بسته خودداری کنید. طبق قاعده “به اندازه نیاز باز کنید، به اندازه نیاز تولید کنید” عمل کنید. قرار گرفتن طولانی‌مدت باعث ایجاد نقص در لحیم‌کاری دسته‌ای می‌شود.

4. پس از چاپ شابلون، بردها را سریعاً داخل فر قرار دهید. اجازه ندهید بمانند. حداکثر زمان انتظار یک ساعت است. فلوکس خمیر قلع‌کاری می‌تواند به‌شدت فیلم OSP را خوردگی کند.

5. محیط کارگاه را پایدار نگه دارید. رطوبت نسبی ۴۰–۶۰٪. دمای ۱۸–۲۷ درجه سانتی‌گراد.

6. در حین تولید از تماس دست‌های خالی با سطح PCB خودداری کنید. عرق و چربی‌های پوست می‌توانند باعث اکسیداسیون شوند.

7. اگر ابتدا SMT یک‌طرفه را انجام دهید، SMT طرف دوم را ظرف ۱۲ ساعت به پایان برسانید.

8. پس از SMT، کار قرار دادن DIP را تا حد امکان سریع، حداکثر ظرف ۲۴ ساعت، به پایان برسانید.

9. تخته‌های OSP مرطوب را در فر نپزید. پختن در دمای بالا می‌تواند باعث تغییر رنگ یا تخریب OSP شود.

10. بردهای بلااستفاده که موعد تحویلشان گذشته، مرطوب یا پس از چاپ به‌دلیل نقص تمیز شده‌اند، باید برای بازسازی OSP به سازنده برد بازگردانده شوند. از بازسازی همان برد با OSP بیش از سه بار خودداری کنید. پس از سه بار بازسازی، برد را دور بیندازید.

ب. قوانین طراحی شابلون SMT برای بردهای OSP

1. بردهای OSP صاف هستند. این موضوع به حفظ شکل خمیر لحیم کمک می‌کند. اما پدهای OSP نمی‌توانند مانند HASL لحیم اضافی تأمین کنند. بنابراین سوراژهای شابلون را کمی بزرگ‌تر کنید. این کار کمک می‌کند تا لحیم کل پد را بپوشاند. هنگام تبدیل از HASL به OSP، شابلون را بازطراحی کنید.

2. پس از بزرگ‌تر کردن دهانه، با تغییر شکل سوراخ شابلون به طرح “گود” به مشکلات توپ‌های لحیم، تام‌استونینگ و مس نمایان رسیدگی کنید. این کار به جلوگیری از تشکیل توپ‌های لحیم کمک می‌کند.

3. اگر جایگذاری قطعه ناموفق باشد و قطعه مفقود شود، مطمئن شوید که خمیر قلع همچنان تا حد امکان سطح پد را پوشش می‌دهد.

4. برای جلوگیری از اکسید شدن مس در معرض هوا و مشکلات قابلیت اطمینان، چاپ خمیر قلع روی نقاط تست ICT، سوراخ‌های پیچ و پدهای ویای در معرض دید را در نظر بگیرید (سمت پشتی را می‌توان به صورت موج قلعکاری کرد). حتماً این سوراخ‌ها را در طراحی شابلون لحاظ کنید.

C. بردهایی با چاپ نامناسب خمیر قلع

1. سعی کنید از خطاهای چاپ جلوگیری کنید. تمیز کردن به لایه OSP آسیب می‌رساند.

2. اگر برد دارای چاپ ضعیف خمیر لحیم باشد، بردهای OSP را در حلال‌های با تبخیر بالا خیس نکنید یا نشویید. از آنجا که لایه OSP به‌راحتی توسط حلال‌های آلی خورده می‌شود، از پارچه‌ای نبافته آغشته به اتانول 75% برای پاک کردن خمیر استفاده کنید. سپس با دمنده هوا آن را خشک کنید. برای تمیز کردن از الکل ایزوپروپیل (IPA) استفاده نکنید. برای جدا کردن خمیر از کاردک پاک‌کن استفاده نکنید.

3. پس از پاک کردن نقص چاپ، کار SMT آن سمت را ظرف یک ساعت به پایان برسانید.

4. برای دسته‌های بزرگ از نواقص چاپ (برای مثال ۲۰ قطعه یا بیشتر)، آنها را برای بازسازی متمرکز به سازنده PCB بازگردانید.

ویژگی‌های OSP در مونتاژ SMT چیست؟

بردهای OSP نیاز به نگهداری و جابجایی دقیق دارند. از زمان باز کردن بسته‌بندی وکیوم تا اولین ری‌فلو یا تا زمان پس از اولین ری‌فلو، مدت زمان نگهداری باید به‌طور دقیق کنترل شود. در غیر این صورت کیفیت ری‌فلو دوم تحت تأثیر قرار خواهد گرفت. پس از یک چرخه ری‌فلو، لایه محافظ آلی روی سطح PCB معمولاً از بین می‌رود و برد حفاظت در برابر اکسیداسیون را از دست می‌دهد. سپس ری‌فلو دوم دشوارتر می‌شود. همچنین، پوشش سطحی OSP معمولاً نسبت به برخی پوشش‌های دیگر، قابلیت تر شدن (wetting) ضعیف‌تری با خمیر قلع دارد. ممکن است در اتصالات قلع، مس نمایان شود و قابلیت اطمینان کاهش یابد. ظاهر اتصال قلع ممکن است به راحتی استاندارد IPC کلاس ۳ را برآورده نکند. بسیاری از محصولاتی که از پین-در-خمیر (PIP) استفاده می‌کنند، برای OSP مناسب نیستند.

اما بردهای OSP صاف و هموار هستند. تولید برد پایدار است و هزینه آن پایین است. در مقایسه با سایرین، OSP مزایایی آشکار دارد. بنابراین بسیاری از شرکت‌ها هنوز هم پوشش نهایی OSP را ترجیح می‌دهند.

مزایای فرآیند OSP

1. هزینه کم برای مونتاژ SMT.

2. قدرت بالای اتصال لحیم.

3. قابلیت لحیم‌پذیری خوب در صورت کارکرد صحیح.

4. سطح صاف مناسب برای طراحی پد با چگالی بالا.

5. سازگار با پرداخت‌های سطحی ترکیبی (برای مثال ENIG گزینشی).

6. آسان برای بازسازی.

معایب فرآیند OSP

1. مقاومت تماس بالاتر. این می‌تواند بر آزمایش‌های الکتریکی تأثیر بگذارد.

2. برای لحیم‌کاری خطی از طریق سوراخ مناسب نیست.

3. پایداری حرارتی ضعیف و استحکام فرآیند پایین. پس از یک ری‌فلو در دمای بالا، معمولاً دیگر محافظت در برابر اکسیداسیون وجود ندارد. پنجرهٔ فرآیند کوتاه است. تمام مراحل SMT پس از اولین لحیم‌کاری باید ظرف ۲۴ ساعت انجام شوند.

4. مقاوم در برابر خوردگی نیست.

5. تقاضای بالا برای دقت چاپ. تمیزکاری به فیلم OSP آسیب می‌رساند (الکل‌ها و اسیدها می‌توانند OSP را تخریب کنند).

6. عملکرد ضعیف نفوذ لحیم در حفره‌ها برای لحیم‌کاری موج.

نکات عملی برای استفاده از بردهای OSP در خط مونتاژ

• همیشه بردهای OSP را در بسته‌های وکیوم همراه با جاذب رطوبت و کارت رطوبت‌سنج تهیه کنید. هر بار یک بسته را باز کنید. بردها را سریعاً استفاده کنید.

• از لمس پدهای در معرض دید خودداری کنید. در صورت لزوم از دستکش یا انبرک استفاده کنید.

• محیط مونتاژ را پایدار نگه دارید: رطوبت نسبی ۴۰–۶۰٪، دمای ۱۸–۲۷ درجه سانتی‌گراد.

• بردهای چاپ‌شده را بیش از یک ساعت قبل از ری‌فلو رها نکنید.

• زمان بین اولین ری‌فلو و مراحل بعدی فرآیند را کوتاه نگه دارید. سعی کنید تمام عملیات SMT را ظرف ۲۴ ساعت پس از اولین ری‌فلو به پایان برسانید. اگر تأخیر اجتناب‌ناپذیر است، بردهای ری‌فلو شده را در کابینتی خشک نگهداری کرده و از راهنمایی‌های تأمین‌کننده PCB خود پیروی کنید.

• اگر نیاز به تمیز کردن نواقص چسب دارید، از اتانول 75% روی پارچه نبافته استفاده کنید. به آرامی پاک کنید. با هوا خشک کنید. خیس نکنید. از IPA یا حلال‌های قوی استفاده نکنید. با تیغه پاک نکنید.

• قالب‌های طراحی را با دهانه‌های کمی بزرگ‌تر برای پدهای OSP طراحی کنید. برای کاهش مشکلات توپ‌های لحیم، اشکال گود دهانه را در نظر بگیرید.

• برای نقاط تست و سوراخ‌های پیچِ در معرض دید، در صورت امکان طراحی، چاپ خمیر قلع را برای محافظت از مس در نظر بگیرید.

چه زمانی OSP را انتخاب کنیم

در این شرایط OSP را انتخاب کنید:

• شما به یک پوشش نهایی کم‌هزینه برای بردهای SMT با چیدمان متراکم نیاز دارید.

• برای قطعات با گام ریز به یک سطح صاف نیاز دارید.

• جریان مونتاژ شما می‌تواند ذخیره‌سازی و زمان‌بندی را به‌طور دقیق کنترل کند.

• شما محدودیت‌های چرخه‌های حرارتی و لحیم‌کاری موج را می‌پذیرید.

هنگامی که OSP را انتخاب نکنید:

• شما به چرخه‌های دمای بالا زیاد یا مراحل لحیم‌کاری موج‌دار فراوان نیاز دارید.

• شما به ماندگاری طولانی‌مدت پدهای در معرض دید در میدان بدون محافظ نیاز دارید.

• محصول شما باید بدون کنترل‌های ویژه، الزامات سخت‌گیرانه بصری یا قابلیت لحیم‌پذیری IPC کلاس ۳ را برآورده کند.

نکات پایانی درباره قابلیت اطمینان و بازسازی

OSP وقتی به‌درستی انجام شود قابل‌اعتماد است. خطرات اصلی عبارتند از خراش‌ها، قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض نور، انتظار طولانی پس از باز کردن و لحیم‌کاری مکرر در دمای بالا. برای تولید انبوه، قوانین روشنی در کارگاه وضع کنید: هر بار فقط یک بسته باز شود، ظرف چند ساعت مصرف شود، تعداد چرخه‌های ری‌فلو محدود باشد و بردهای مشکوک برای بازسازی بازگردانده شوند. برای بازسازی در کارخانه PCB، تعداد بازسازی‌های OSP را پیگیری کنید. یک برد را با OSP بیش از سه بار بازسازی نکنید. پس از آن، برد را دور بیندازید.

درباره فیلی‌فست 

Philifast خدمات PCB و PCBA را با پوشش سطحی OSP ارائه می‌دهد. ما می‌دانیم که OSP نیازمند جابجایی و نگهداری دقیق است. ما می‌توانیم بردها را در بسته‌های وکیوم همراه با کربن‌زدای رطوبت و کارت‌های رطوبت‌سنج عرضه کنیم. ما در طراحی شابلون‌های OSP کمک می‌کنیم و راهنمایی‌های لازم برای جابجایی را ارائه می‌دهیم تا بازده اولین مرحله را افزایش دهید. اگر به بردهای OSP با کیفیت پایدار، زمان تحویل سریع و پشتیبانی عملیاتی مونتاژ نیاز دارید، Philifast می‌تواند کمک کند. با ما تماس بگیرید تا مطابق با نیازهای خط مونتاژ شما عمل کنیم.