OSPとは？

OSPはプリント基板（PCB）上の銅箔の表面処理です。RoHS指令に適合しています。簡単に言うと、OSPは、化学プロセスによって、清浄な裸の銅表面上に成長させた薄い有機フィルムです。この膜は、酸化、ヒートショック、湿気から銅を保護します。通常の環境下では、銅が錆びたり硫化したりしないようにするのです。同時に、この皮膜は高温のはんだ付けの際、フラックスで素早く簡単に除去できなければなりません。そうすることで、その下のきれいな銅が溶融はんだと素早く接合し、強力なはんだ接合を形成することができるのです。.

電子製品の軽量化、薄型化、短尺化、小型化、高機能化に伴い、回路基板は高精度化、薄型化、多層化、小穴化へと進んでいる。SMTは急速に発展してきた。SMTは、ICカード、携帯電話、ノートパソコン、チューナーなどの機器に高密度の薄い基板を使用しています。熱風半田レベラー（HASL）は、このようなニーズには適さなくなる。.

同時に、HASLに使用されるSn-Pbはんだはグリーンではありません。EUのRoHS指令が2006年7月1日に開始された後、業界はPCB表面仕上げに鉛フリーの代替品を必要としていました。一般的な選択肢は、OSP、ENIG（無電解ニッケル浸漬金）、無電解銀、無電解錫です。.

OSPのプロセス・ステップ

典型的なOSPプロセスの流れ：

1. デグリーシング（脱油）→→→。

2. 水で2回すすぐ

3. マイクロエッチング

4. 水で2回すすぐ

5. アシッド・ウォッシュ

6. 純水リンス

7. フィルム形成と空気乾燥

8. 純水リンス

9. 最終乾燥

以下は、重要なステップの詳細とその理由である。.

1.脱脂

脱脂の良し悪しはフィルムの品質に直結する。脱脂が悪いと膜厚が不均一になる。脱脂を安定させるためには、クリーナーの薬品濃度をプロセス範囲内にコントロールすること。また、脱脂性能をこまめにチェックすること。脱脂が悪い場合は、適時クリーナーを交換してください。.

2.マイクロエッチ

マイクロエッチングは銅の表面をわずかに粗くします。これが膜の接合を助けます。マイクロエッチングの厚みは膜形成率に影響します。安定した膜厚を得るには、マイクロエッチングの深さを一定に保ちます。通常は1.0～1.5μm程度に保つのが適切です。各シフトの前にマイクロエッチングレートを測定し、そのレートでマイクロエッチング時間を設定することができます。.

3.フィルム形成

フィルム形成前に、フィルム溶液の汚染を避けるため、純水でリンスする。成膜後、再び純水でリンスする。すすぎ水のpHは4.0～7.0に保ち、フィルム層の汚染や損傷を防ぐ。OSPの膜厚をコントロールすることが重要である。膜厚が薄すぎると耐ヒートショック性に劣る。リフロー時、フィルムは高温（約190～200℃）に耐えられないことがある。すると、はんだ付け性能が低下する。組立ラインでは、フラックスが溶けやすいフィルムでなければならない。そうでないと、はんだ付けが悪くなる。一般的な膜厚目標は0.2～0.5μmである。.

OSPフィルムについて

OSPフィルムは非常に薄いため、簡単に傷がついたりこすれたりします。生産時や輸送時の基板の取り扱いには十分注意してください。また、高温はんだ付けを何度も繰り返すと、未使用パッドのOSP膜が変色したり、クラックが入ったりすることがあります。これははんだ付け性や信頼性に影響します。.

OSP表面仕上げのためのPCB製造要件

以下は、OSPボードの信頼性を維持するための製造および取り扱い上のルールである。.

A.一般的な製造・保管規則

1. OSP付きプリント基板は真空包装で到着すること。乾燥剤と湿度インジケーターカードを同梱する。輸送中および保管中は、OSPの摩擦による損傷を防ぐため、基板と基板の間に絶縁紙を挟んでください。.

2. ボードを直射日光にさらさないでください。適切な倉庫環境を保ってください。相対湿度（RH）：30-70%。温度15-30 °C.保管寿命は6ヶ月未満としてください。.

3. SMTステーションで基板の封止を解く際、真空包装、乾燥剤、湿度カードをチェックする。不具合がある場合は、基板メーカーに戻し、手直しをしてから使用してください。基板は開封後8時間以内にラインに入れてください。一度に多くのパックを開封しないでください。“必要に応じて開封し、必要に応じて生産する ”というルールに従ってください。長時間放置すると、一括はんだ付け不良の原因となる。.

4. 孔版印刷後、板を素早くオーブンに通す。放置しないでください。最長1時間です。ソルダーペースト・フラックスは、OSP膜を強く腐食させます。.

5. ワークショップの環境を安定させるRH 40-60%。温度 18-27 °C.

6. 製造中は、PCB表面を素手で触らないようにしてください。汗や皮脂が酸化の原因となります。.

7. 片面SMTを先に行う場合は、12時間以内に2面SMTを終えること。.

8. SMT後、DIP挿入をできるだけ早く、長くても24時間以内に終えること。.

9. 湿ったOSP基板をベークしないでください。高温でのベーキングは、OSPを変色させたり、劣化させたりすることがあります。.

10. 期限を過ぎた未使用の基板、湿気のある基板、印刷不良後にクリーニングした基板は、基板メーカーに返却してOSPの再加工を受けてください。同じ基板を3回以上OSPで再加工しないでください。3回やり直したら、その基板はスクラップにしてください。.

B.OSP 基板の SMT ステンシル設計ルール

1. OSPボードは平らです。そのため、はんだペーストの形状を整えることができます。しかし、OSPパッドはHASLのように余分なはんだを供給することができません。そこで、ステンシルの開口部を少し大きくします。これにより、はんだがパッド全体を確実に覆うことができます。HASLからOSPに変換する場合は、ステンシルを再設計してください。.

2. 開口部を大きくした後、ステンシル穴の形状を「凹」デザインに変更することで、はんだボール、墓石、露出した銅に対処します。これにより、はんだボールの発生を防ぐことができる。.

3. 部品の配置に失敗し、部品が欠けてしまった場合は、はんだペーストができるだけパッドを覆っていることを確認してください。.

4. 露出した銅の酸化や信頼性の問題を避けるため、ICT テストポイント、取り付けネジ穴、露出したビアパッド（裏面はウェーブはんだ付けが可能）にはんだペーストを印刷することを検討してください。ステンシル設計の際には、これらの穴も含めるようにしてください。.

C.はんだペースト印刷不良基板の取り扱い

1. 印刷ミスを避けるようにしてください。クリーニングはOSP層にダメージを与えます。.

2. はんだペーストの印刷不良の場合、OSP基板を高揮発性の溶剤に浸したり、洗浄したりしないでください。OSPフィルムは有機溶剤に侵されやすいので、75%エタノールを染み込ませた不織布でペーストを拭き取る。その後、送風機で乾燥させる。イソプロピルアルコール（IPA）は洗浄に使用しないでください。ペーストの除去にスクレイピングナイフを使用しないでください。.

3. 印刷欠陥のクリーニング後、その面のSMT作業を1時間以内に終了してください。.

4. 印刷不良の大ロット（例えば20枚以上）については、プリント基板メーカーに戻し、集中的に手直しする。.

SMTアセンブリーにおけるOSPの特徴は？

OSP基板は厳重な保管と取り扱いが必要です。真空パックを開封してから1回目のリフローまで、あるいは1回目のリフロー後の滞在時間を厳密に管理する必要があります。そうしないと、2回目のリフローの品質に影響が出ます。1回のリフローでPCB表面の有機保護膜は破壊され、基板は酸化防止機能を失います。そうなると、2回目のリフローは難しくなる。また、OSP表面仕上げは、他の仕上げに比べてはんだペーストの濡れ性が悪い傾向があります。はんだ接合部は銅が露出し、信頼性が低下する可能性がある。はんだの外観が IPC クラス 3 規格に適合しにくい。ピン・イン・ペースト（PIP）を使用する多くの製品は、OSPとの相性が良くありません。.

しかし、OSPボードは平らで平面的だ。基板製造は安定しており、コストも低い。他と比べてOSPには明確な利点がある。そのため、今でも多くの企業がOSP仕上げを好んでいる。.

OSPプロセスの利点

1. SMTアセンブリのための低コスト。.

2. 高いはんだ接合強度。.

3. 正しく扱えば良好なはんだ付け性。.

4. 高密度パッド設計に適したフラットな表面。.

5. 混合表面仕上げ（例えば選択的ENIG）に対応。.

6. 手直しも簡単だ。.

OSPプロセスのデメリット

1. 接触抵抗が高い。これは電気検査に影響する。.

2. ラインはんだ付けによるスルーホールはんだ付けには向かない。.

3. 熱安定性とプロセス堅牢性が低い。高温リフローを1回行うと、通常、酸化防止効果はなくなる。プロセスウィンドウが短い。最初のはんだ付け後のすべてのSMT工程は、24時間以内に終了する必要がある。.

4. 耐食性はない。.

5. 印刷精度の要求が高い。クリーニングはOSPフィルムにダメージを与える（アルコールや酸はOSPを劣化させる）。.

6. ウェーブはんだ付け穴のはんだスルー性が悪い。.

組立ラインでOSP基板を使用するための実践的なヒント

• OSPボードは常に、乾燥剤と湿度カード付きの真空パックで入手する。一度に1パックずつ開封すること。基板は素早く使用する。.

• 露出したパッドには触れないこと。必要な場合は手袋やピンセットを使用する。.

• 組み立て環境を安定させる：RH 40-60%、温度 18-27 °C.

• リフロー前に基板を1時間以上放置しないでください。.

• 最初のリフローからその後の工程までの時間を短く保つ。最初のリフローから24時間以内にすべてのSMTを完了することを目標としてください。やむを得ず遅れる場合は、リフローした基板を乾燥したキャビネットに保管し、PCBサプライヤーの指導に従ってください。.

• ペースト状の欠陥をクリーニングする必要がある場合は、75%エタノールを不織布に含ませて使用してください。優しく拭いてください。空気で乾燥させる。浸さないでください。IPAや刺激の強い溶剤は使用しないでください。刃物でこすらないでください。.

• OSP パッド用に少し大きめの開口部を持つステンシルを設計する。はんだボールの問題を軽減するために、凹型の開口形状を検討してください。.

• 露出しているテストポイントやネジ穴については、設計上可能であれば、銅を保護するためにソルダーペーストを印刷することを検討してください。.

OSPを選ぶとき

OSPを選ぶのは次のような場合だ：

• 高密度SMT基板には低コストの仕上げが必要です。.

• ファインピッチ部品には平らな面が必要だ。.

• アセンブリ・フローは、ストレージとタイミングを厳密に制御することができる。.

• 熱サイクルやウェーブはんだ付けの制限を受け入れる。.

次のような場合はOSPを選ばないこと：

• 高温サイクルを何度も繰り返すか、ウェーブはんだ付けの工程を何度も行う必要がある。.

• 保護されていないフィールドの露出したパッドには、長期間の保存性が必要だ。.

• お客様の製品は、特別な管理なしに厳格なIPCクラス3の外観要件またははんだ付け性要件に合格する必要があります。.

信頼性とリワークに関する最終的なメモ

OSPは正しく扱えば信頼できる。主なリスクは、傷、長時間の露出、開封後の長時間待機、高温はんだ付けの繰り返しである。大量生産の場合、ショップで明確なルールを設定する：一度に1パック開封、数時間以内の使用、リフロー・サイクルの制限、疑わしい基板はリワークのために返却する。PCBメーカーでの手直しについては、OSPの手直し回数を追跡する。同じ基板を3回以上OSPでリワークしないこと。それ以降は基板を廃棄する。.

Philifastについて 

PhilifastはOSP表面仕上げのPCBとPCBAサービスを提供しています。OSPの取り扱いには注意が必要です。乾燥剤と湿度カード付きの真空パックで基板を供給することができます。OSP用のステンシル設計をお手伝いし、より高いファーストパス歩留まりが得られるよう、取り扱い指導を行います。安定した品質、迅速なリードタイム、実用的な組立サポートを備えたOSP基板が必要な場合、Philifastにお任せください。ご連絡いただければ、お客様の組立ライン要件に対応いたします。.