Mikä on OSP?

OSP on painettujen piirilevyjen (PCB) kuparifolion pintakäsittely. Se täyttää RoHS-direktiivin vaatimukset. Yksinkertaisesti sanottuna OSP on ohut orgaaninen kalvo, joka kasvatetaan puhtaalle, paljaalle kuparipinnalle kemiallisella prosessilla. Kalvo suojaa kuparia hapettumiselta, lämpöshokilta ja kosteudelta. Se estää kuparia ruostumasta tai sulfidoitumasta normaaliolosuhteissa. Samaan aikaan kalvon on oltava helposti ja nopeasti irrotettavissa vuolla korkean lämpötilan juottamisen aikana. Näin alla oleva puhdas kupari voi liittyä nopeasti sulaan juotteeseen ja muodostaa vahvan juotosliitoksen.

Kun elektroniikkatuotteista tulee kevyempiä, ohuempia, lyhyempiä, pienempiä ja toiminnallisempia, piirilevyt muuttuvat entistä tarkemmiksi, ohuemmiksi, useammiksi kerroksiksi ja pienemmiksi rei'iksi. SMT on kehittynyt nopeasti. SMT:ssä käytetään erittäin tiheitä ohuita levyjä laitteissa, kuten IC-korteissa, matkapuhelimissa, kannettavissa tietokoneissa ja virittimissä. Kuumailmajuottotasoitus (HASL) soveltuu tällöin huonommin näihin tarpeisiin.

HASL:ssä käytettävät Sn-Pb-juotokset eivät kuitenkaan ole vihreitä. Kun EU:n RoHS-direktiivi tuli voimaan 1. heinäkuuta 2006, teollisuus tarvitsi lyijyttömiä vaihtoehtoja piirilevyjen pintakäsittelyyn. Yleiset vaihtoehdot ovat OSP, ENIG (sähkötön nikkeli-immersiokulta), immersiohopea ja immersiotina.

OSP-prosessin vaiheet

Tyypillinen OSP-prosessin kulku:

1. Rasvanpoisto (öljynpoisto) →

2. Kaksinkertainen huuhtelu vedellä →

3. Mikroetsaus →

4. Kaksinkertainen huuhtelu vedellä →

5. Happopesu →

6. DI-vesihuuhtelu →

7. Kalvon muodostuminen ja ilmakuivaus →

8. DI-vesihuuhtelu →

9. Lopullinen kuivaus

Alla on lueteltu tärkeimmät vaiheet ja niiden merkitys.

1. Rasvanpoisto

Hyvä rasvanpoisto vaikuttaa suoraan kalvon laatuun. Jos rasvanpoisto on huono, kalvon paksuus on epätasainen. Jotta rasvanpoisto pysyisi vakaana, puhdistusaineen kemikaalipitoisuutta on säädettävä prosessialueella. Tarkista myös rasvanpoiston teho usein. Jos rasvanpoisto on huono, vaihda puhdistusaine ajoissa.

2. Micro-etch

Mikroetsaus tekee kuparin pinnasta hieman karhean. Tämä auttaa kalvon kiinnittymistä. Mikroetsauksen paksuus vaikuttaa kalvon muodostumisnopeuteen. Jotta kalvon paksuus pysyisi vakaana, pidä mikroetsaussyvyys vakaana. Yleensä se on sopiva pitämällä se noin 1,0-1,5 μm. Voit mitata mikroetsausnopeuden ennen jokaista siirtoa ja asettaa mikroetsauksen ajan tämän nopeuden mukaan.

3. Kalvon muodostuminen

Ennen kalvon muodostumista huuhtele DI-vedellä, jotta kalvoliuos ei saastuisi. Huuhtele kalvon muodostumisen jälkeen uudelleen DI-vedellä. Pidä huuhteluveden pH välillä 4,0-7,0, jotta kalvokerros ei saastu tai vahingoitu. OSP-kalvon paksuuden hallinta on avainasemassa. Jos kalvo on liian ohut, se kestää huonosti lämpöshokkia. Reflow-toiminnon aikana kalvo ei välttämättä kestä korkeita lämpötiloja (noin 190-200 °C). Silloin juotosominaisuudet heikkenevät. Kokoonpanolinjalla kalvon on oltava helposti liukeneva. Muuten juottaminen kärsii. Yleinen kalvon paksuuden tavoite on 0,2-0,5 μm.

OSP-kalvoa koskevat huomautukset

OSP-kalvot ovat hyvin ohuita, ja ne naarmuuntuvat tai hankautuvat helposti. Käsittele levyjä varovasti tuotannossa ja kuljetuksessa. Lisäksi monien korkean lämpötilan juotosjaksojen jälkeen käyttämättömien tyynyjen OSP-kalvo voi värjäytyä tai halkeilla. Tämä vaikuttaa juotettavuuteen ja luotettavuuteen.

PCB-tuotannon vaatimukset OSP-pintakäsittelylle

Seuraavassa on tuotanto- ja käsittelysääntöjä, joiden avulla OSP-levyt pysyvät luotettavina.

A. Yleiset tuotanto- ja varastointisäännöt

1. OSP:tä sisältävien piirilevyjen on oltava tyhjiöpakkauksissa. Mukaan on liitettävä kuivausaine ja kosteusindikaattorikortti. Kuljetuksen ja varastoinnin aikana levyjen väliin on asetettava eristyspaperia, jotta OSP ei vaurioidu kitkan vaikutuksesta.

2. Älä altista levyjä suoralle auringonvalolle. Pidä varastoympäristö asianmukaisena. Suhteellinen kosteus (RH): 30-70%. Lämpötila: 15-30 °C. Varastointiajan tulisi olla alle 6 kuukautta.

3. Kun irrotat levyn SMT-asemalla, tarkista tyhjiöpakkaus, kuivausaine ja kosteuskortti. Jos ne eivät toimi, palauta levyt piirilevyjen valmistajalle uudelleenkäsittelyä varten ennen käyttöä. Laita levy linjalle 8 tunnin kuluessa avaamisesta. Älä avaa useita pakkauksia kerralla. Noudata sääntöä “avaa tarpeen mukaan, valmista tarpeen mukaan”. Pitkä altistuminen aiheuttaa erän juotosvirheitä.

4. Siirrä levyt nopeasti uuniin kaavatulostuksen jälkeen. Älä anna niiden istua. Odotusaika on enintään 1 tunti. Juotospastan juoksevuus voi syövyttää OSP-kalvoa voimakkaasti.

5. Pidä työpajan ympäristö tasaisena. RH 40-60%. Lämpötila 18-27 °C.

6. Vältä tuotannon aikana koskettamasta piirilevyn pintaa paljain käsin. Hiki ja ihoöljyt voivat aiheuttaa hapettumista.

7. Jos teet ensin yksipuolisen SMT:n, viimeistele toisen puolen SMT 12 tunnin kuluessa.

8. Viimeistele DIP-asennus SMT:n jälkeen mahdollisimman nopeasti, enintään 24 tunnin kuluessa.

9. Älä paista kosteita OSP-levyjä. Korkeassa lämpötilassa tapahtuva paistaminen voi värjätä tai heikentää OSP-levyjä.

10. Käyttämättömät levyt, jotka ovat myöhässä, kosteat tai puhdistetut painovirheiden jälkeen, on palautettava levynvalmistajalle OSP-korjausta varten. Samaa levyä ei saa käsitellä uudelleen OSP:llä useammin kuin kolme kertaa. Kolmen uudelleenkäsittelyn jälkeen levy on romutettava.

B. OSP-levyjen SMT-sabluunan suunnittelusäännöt

1. OSP-levyt ovat litteitä. Se auttaa juotospastan muotoa. Mutta OSP-tyynyt eivät voi toimittaa ylimääräistä juotetta, kuten HASL saattaa tehdä. Suurenna siis hieman kaavan aukkoja. Tämä auttaa varmistamaan, että juote peittää koko tyynyn. Kun HASL:stä siirrytään OSP:hen, kaavioidaan kaavio uudelleen.

2. Kun olet suurentanut aukkoa, käsittele juotospalloa, hautakiviä ja paljastunutta kuparia muuttamalla kaavaimen reiän muoto “koveraksi”. Tämä auttaa estämään juotospallojen muodostumisen.

3. Jos komponentin sijoittelu epäonnistuu ja osa puuttuu, varmista, että juotospasta peittää vielä alustan mahdollisimman hyvin.

4. Välttääksesi kuparin hapettumista ja luotettavuusongelmia, harkitse juotospastan painamista ICT-testipisteisiin, kiinnitysruuvin reikiin ja alttiina oleviin läpivientityynyihin (takapuoli voidaan juottaa aaltojuotoksella). Varmista, että nämä reiät otetaan huomioon kaaviosuunnittelun aikana.

C. Levyjen käsittely, joissa on huono juotospastapainatus

1. Yritä välttää tulostusvirheitä. Puhdistus vahingoittaa OSP-kerrosta.

2. Jos levyn juotospastapainatus on huono, älä liota tai pese OSP-levyjä erittäin haihtuvilla liuottimilla. Koska orgaaniset liuottimet syövyttävät helposti OSP-kalvoa, käytä 75%-etanoliin kastettua kuitukangasta tahnan pyyhkimiseen. Käytä sitten ilmapuhallinta kuivaamiseen. Älä käytä puhdistukseen isopropyylialkoholia (IPA). Älä käytä raapivaa veistä tahnan poistamiseen.

3. Kun olet puhdistanut painovirheen, viimeistele SMT-työ kyseisellä puolella 1 tunnin kuluessa.

4. Palauta suuret painovirhe-erät (esimerkiksi 20 kappaletta tai enemmän) piirilevyvalmistajalle keskitettyä jälkikäsittelyä varten.

Mitkä ovat OSP:n ominaisuudet SMT-kokoonpanossa?

OSP-levyt vaativat tiukkaa varastointia ja käsittelyä. Tyhjiöpakkauksen avaamisesta ensimmäiseen uudelleen sulatukseen tai ensimmäisen uudelleen sulatuksen jälkeiseen aikaan on valvottava tiukasti sen viipymisaikaa. Muuten toisen uudelleenjuoksutuksen laatu kärsii. Yhden reflow-syklin jälkeen piirilevyn pinnalla oleva orgaaninen suojakalvo tuhoutuu yleensä ja levy menettää hapettumissuojan. Silloin toinen uudelleenjuoksutus on vaikeampaa. Myös OSP-pintakäsittelyllä on taipumus heikentää juotospastan kostumista kuin joillakin muilla pinnoitteilla. Juotosliitokset voivat paljastaa kuparin ja luotettavuus voi laskea. Juotoksen ulkonäkö ei välttämättä täytä IPC-luokan 3 standardia helposti. Monet pin-in-paste (PIP) -menetelmää käyttävät tuotteet eivät sovi hyvin OSP:hen.

OSP-levyt ovat kuitenkin litteitä ja tasomaisia. Levyjen valmistus on vakaata ja kustannukset ovat alhaiset. OSP:llä on muihin verrattuna selviä etuja. Joten monet yritykset suosivat edelleen OSP-viimeistelyä.

OSP-prosessin edut

1. Alhaiset kustannukset SMT-kokoonpanossa.

2. Korkea juotosliitoksen lujuus.

3. Hyvä juotettavuus oikein käsiteltynä.

4. Tasainen pinta, joka soveltuu tiheään tyynyn suunnitteluun.

5. Yhteensopiva sekoitettujen pintakäsittelyjen kanssa (esimerkiksi valikoiva ENIG).

6. Helppo muokata.

OSP-prosessin haitat

1. Korkeampi kosketusresistanssi. Tämä voi vaikuttaa sähköiseen testaukseen.

2. Ei sovellu reikien läpijuottamiseen linjajuottamalla.

3. Huono lämmönkestävyys ja prosessin kestävyys. Yhden korkean lämpötilan uudelleenjuoksutuksen jälkeen hapettumissuojaa ei yleensä enää ole. Prosessiikkuna on lyhyt. Kaikki SMT-vaiheet ensimmäisen juotoksen jälkeen on saatava valmiiksi 24 tunnin kuluessa.

4. Ei korroosionkestävä.

5. Korkea vaatimus tulostustarkkuudelle. Puhdistus vahingoittaa OSP-kalvoa (alkoholit ja hapot voivat hajottaa OSP:n).

6. Huono läpijuottosuorituskyky aaltojuotosreikiä varten.

Käytännön vinkkejä OSP-levyjen käyttöön kokoonpanolinjalla

• Hanki OSP-levyt aina tyhjiöpakkauksissa, joissa on kuivausaine ja kosteuskortti. Avaa yksi pakkaus kerrallaan. Käytä levyt nopeasti.

• Vältä koskemasta alttiisiin tyynyihin. Käytä käsineitä tai pinsettejä, jos sinun on pakko.

• Pidä kokoonpanoympäristö vakaana: RH 40-60%, lämpötila 18-27 °C.

• Älä jätä levyjä painettuna yli tunniksi ennen uudelleen sulatusta.

• Pidä ensimmäisen uudelleenvalutuksen ja seuraavien prosessivaiheiden välinen aika lyhyenä. Pyri saamaan kaikki SMT-toimenpiteet valmiiksi 24 tunnin kuluessa ensimmäisestä uudelleenjuoksutuksesta. Säilytä uudelleen sulatetut levyt kuivassa kaapissa, jos viivästystä ei voida välttää, ja noudata piirilevyjen toimittajan ohjeita.

• Jos sinun on puhdistettava tahnamaiset viat, käytä 75% etanolia kuitukankaalla. Pyyhi varovasti. Kuivaa ilmalla. Älä liota. Älä käytä IPA:ta tai voimakkaita liuottimia. Älä kaavi terällä.

• Suunnittele kaavoja, joissa on hieman suuremmat aukot OSP-tyynyjä varten. Harkitse koveria aukkojen muotoja juotospallo-ongelmien vähentämiseksi.

• Jos kupari on alttiina testipisteille ja ruuvinreikiin, harkitse juotospastan painamista kuparin suojaamiseksi, jos suunnittelu sallii sen.

Milloin kannattaa valita OSP

Valitse OSP, kun:

• Tarvitset edullista viimeistelyä tiheille SMT-levyille.

• Hienojakoisille komponenteille tarvitaan tasainen pinta.

• Kokoonpanovirtasi voi hallita varastointia ja ajoitusta tarkasti.

• Hyväksyt lämpösyklien ja aaltojuottamisen rajoitukset.

Älä valitse OSP:tä, kun:

• Tarvitset monia korkean lämpötilan jaksoja tai monia aaltojuotosvaiheita.

• Tarvitset pitkäaikaista säilyvyyttä kentällä ilman suojausta oleville tyynyille.

• Tuotteesi on läpäistävä tiukat IPC-luokan 3 visuaaliset tai juotettavuusvaatimukset ilman erityistarkastuksia.

Luotettavuutta ja uudelleentyöstöä koskevat loppuhuomautukset

OSP on luotettava, kun sitä käsitellään oikein. Suurimmat riskit ovat naarmut, pitkä altistuminen, pitkä odotus avaamisen jälkeen ja toistuva korkean lämpötilan juottaminen. Massatuotantoa varten on asetettava selkeät säännöt: yksi pakkaus kerrallaan auki, käyttö tuntien kuluessa, rajoitettava uudelleenjuoksutussykliä ja palautettava epäilyttävät levyt uudelleenkäsittelyä varten. Jälkityöstöä varten piirilevynvalmistajalla on seurattava OSP-työstön määrää. Samaa piirilevyä ei saa käsitellä uudelleen OSP:llä useammin kuin kolme kertaa. Tämän jälkeen levy on romutettava.

Philifastista 

Philifast tarjoaa PCB- ja PCBA-palveluja OSP-pintakäsittelyllä. Tiedämme, että OSP vaatii huolellista käsittelyä. Voimme toimittaa levyt tyhjiöpakkauksissa, joissa on kuivausaine- ja kosteuskortit. Autamme suunnittelemaan OSP:lle sopivat stensiilit ja annamme käsittelyohjeita, jotta saat paremman ensimmäisen läpiviennin tuoton. Jos tarvitset OSP-levyjä, joilla on vakaa laatu, nopeat toimitusajat ja käytännön kokoonpanotuki, Philifast voi auttaa. Ota meihin yhteyttä, niin teemme yhteistyötä kokoonpanolinjasi vaatimusten kanssa.