OSP là gì?

OSP là một lớp hoàn thiện bề mặt cho lá đồng trên bảng mạch in (PCB). Nó tuân thủ chỉ thị RoHS. Nói một cách đơn giản, OSP là một lớp màng hữu cơ mỏng được tạo ra trên bề mặt đồng sạch, trần bằng một quá trình hóa học. Lớp màng này bảo vệ đồng khỏi quá trình oxy hóa, sốc nhiệt và độ ẩm. Nó ngăn đồng bị rỉ sét hoặc sunfua hóa trong điều kiện bình thường. Đồng thời, lớp màng này phải dễ dàng bị chất trợ hàn loại bỏ nhanh chóng trong quá trình hàn nhiệt độ cao. Nhờ đó, lớp đồng sạch bên dưới có thể kết dính nhanh với chất hàn nóng chảy và tạo thành mối hàn chắc chắn.

Khi các sản phẩm điện tử ngày càng trở nên nhẹ hơn, mỏng hơn, ngắn hơn, nhỏ gọn hơn và đa chức năng hơn, các bảng mạch cũng phải đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác cao hơn, cấu trúc mỏng hơn, nhiều lớp hơn và lỗ khoan nhỏ hơn. Công nghệ hàn bề mặt (SMT) đã phát triển nhanh chóng. SMT sử dụng các bảng mạch mỏng có mật độ cao trong các thiết bị như thẻ IC, điện thoại di động, máy tính xách tay và bộ thu sóng. Do đó, công nghệ làm phẳng bằng khí nóng (HASL) trở nên ít phù hợp hơn với những yêu cầu này.

Đồng thời, chất hàn Sn-Pb được sử dụng trong quy trình HASL không thân thiện với môi trường. Sau khi Chỉ thị RoHS của EU có hiệu lực vào ngày 1 tháng 7 năm 2006, ngành công nghiệp cần các giải pháp thay thế không chứa chì cho lớp hoàn thiện bề mặt PCB. Các lựa chọn phổ biến bao gồm OSP, ENIG (mạ niken không điện phân kết hợp mạ vàng), mạ bạc ngâm và mạ thiếc ngâm.

Các bước của quy trình OSP

Quy trình tiêu biểu của OSP:

1. Tẩy dầu mỡ →

2. Rửa lại hai lần bằng nước →

3. Khắc vi mô →

4. Rửa lại hai lần bằng nước →

5. Rửa axit →

6. Rửa bằng nước cất →

7. Tạo màng và sấy khô bằng không khí →

8. Rửa bằng nước cất →

9. Sấy khô lần cuối

Dưới đây là thông tin chi tiết về các bước chính và lý do tại sao chúng lại quan trọng.

1. Tẩy dầu mỡ

Việc tẩy dầu mỡ hiệu quả có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng màng. Nếu quá trình tẩy dầu mỡ không đạt yêu cầu, độ dày của màng sẽ không đồng đều. Để đảm bảo quá trình tẩy dầu mỡ diễn ra ổn định, cần kiểm soát nồng độ hóa chất trong dung dịch tẩy rửa trong phạm vi quy trình. Đồng thời, cần thường xuyên kiểm tra hiệu quả tẩy dầu mỡ. Nếu hiệu quả tẩy dầu mỡ kém, cần thay dung dịch tẩy rửa kịp thời.

2. Khắc vi mô

Quá trình ăn mòn vi mô làm cho bề mặt đồng trở nên hơi nhám. Điều này giúp màng bám dính tốt hơn. Độ dày lớp ăn mòn vi mô ảnh hưởng đến tốc độ hình thành màng. Để đạt được độ dày màng ổn định, cần duy trì độ sâu ăn mòn vi mô ở mức ổn định. Thông thường, duy trì độ sâu khoảng 1,0–1,5 μm là phù hợp. Bạn có thể đo tốc độ ăn mòn vi mô trước mỗi ca làm việc, sau đó điều chỉnh thời gian ăn mòn vi mô dựa trên tốc độ đó.

3. Quá trình tạo màng

Trước khi tạo màng, hãy rửa bằng nước DI để tránh làm ô nhiễm dung dịch tạo màng. Sau khi tạo màng, rửa lại bằng nước DI. Duy trì độ pH của nước rửa trong khoảng từ 4,0 đến 7,0 để ngăn lớp màng bị ô nhiễm hoặc hư hỏng. Việc kiểm soát độ dày của màng OSP là yếu tố then chốt. Nếu màng quá mỏng, khả năng chịu sốc nhiệt sẽ kém. Trong quá trình hàn lại, màng có thể không chịu được nhiệt độ cao (khoảng 190–200 °C). Khi đó, hiệu suất hàn sẽ giảm. Trên dây chuyền lắp ráp, màng phải dễ hòa tan trong chất trợ hàn. Nếu không, quá trình hàn sẽ bị ảnh hưởng. Độ dày màng mục tiêu thông thường là 0,2–0,5 μm.

Ghi chú về phim OSP

Lớp màng OSP rất mỏng và dễ bị trầy xước hoặc bong tróc. Cần xử lý các bảng mạch cẩn thận trong quá trình sản xuất và vận chuyển. Ngoài ra, sau nhiều chu kỳ hàn ở nhiệt độ cao, lớp màng OSP trên các điểm hàn chưa sử dụng có thể bị đổi màu hoặc nứt nẻ. Điều này ảnh hưởng đến khả năng hàn và độ tin cậy.

Yêu cầu sản xuất PCB đối với lớp hoàn thiện bề mặt OSP

Dưới đây là các quy tắc sản xuất và xử lý nhằm đảm bảo độ tin cậy của các bo mạch OSP.

A. Các quy định chung về sản xuất và bảo quản

1. Các bảng mạch in (PCB) có lớp phủ OSP phải được đóng gói chân không. Hãy kèm theo chất hút ẩm và thẻ chỉ thị độ ẩm. Trong quá trình vận chuyển và bảo quản, hãy đặt giấy cách ly giữa các bảng mạch để tránh hư hỏng do ma sát đối với lớp phủ OSP.

2. Không để các tấm ván tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời. Duy trì môi trường kho bãi thích hợp. Độ ẩm tương đối (RH): 30–70%. Nhiệt độ: 15–30 °C. Thời gian bảo quản không nên quá 6 tháng.

3. Khi mở bao bì bảng mạch tại trạm SMT, hãy kiểm tra bao bì chân không, chất hút ẩm và thẻ đo độ ẩm. Nếu các yếu tố này không đạt yêu cầu, hãy trả lại bảng mạch cho nhà sản xuất PCB để xử lý lại trước khi sử dụng. Đưa bảng mạch vào dây chuyền sản xuất trong vòng 8 giờ sau khi mở bao bì. Không nên mở nhiều gói cùng một lúc. Tuân thủ nguyên tắc “mở khi cần, sản xuất khi cần”. Việc để bảng mạch tiếp xúc với không khí quá lâu sẽ gây ra lỗi hàn theo lô.

4. Sau khi in khuôn, hãy nhanh chóng đưa các bảng mạch vào lò nướng. Không để chúng nằm yên. Thời gian chờ tối đa là 1 giờ. Chất trợ hàn trong bột hàn có thể gây ăn mòn mạnh lớp màng OSP.

5. Duy trì môi trường xưởng ổn định. Độ ẩm tương đối 40–60%. Nhiệt độ 18–27 °C.

6. Trong quá trình sản xuất, tránh chạm tay trần vào bề mặt bảng mạch in. Mồ hôi và dầu trên da có thể gây ra quá trình oxy hóa.

7. Nếu bạn thực hiện lắp ráp SMT một mặt trước, hãy hoàn thành việc lắp ráp SMT mặt còn lại trong vòng 12 giờ.

8. Sau khi hoàn thành công đoạn SMT, hãy tiến hành lắp ráp DIP càng nhanh càng tốt, chậm nhất là trong vòng 24 giờ.

9. Không nên nung các tấm OSP còn ẩm. Việc nung ở nhiệt độ cao có thể làm biến màu hoặc làm hỏng tấm OSP.

10. Các bảng mạch chưa sử dụng đã quá hạn, bị ẩm hoặc đã được làm sạch sau khi phát hiện lỗi in cần được trả lại cho nhà sản xuất bảng mạch để tiến hành sửa chữa bằng phương pháp OSP. Không được sửa chữa cùng một bảng mạch bằng phương pháp OSP quá ba lần. Sau ba lần sửa chữa, hãy loại bỏ bảng mạch đó.

B. Các quy tắc thiết kế khuôn SMT cho bảng mạch OSP

1. Bảng mạch OSP có bề mặt phẳng. Điều này giúp định hình lớp keo hàn. Tuy nhiên, các điểm tiếp xúc OSP không thể cung cấp thêm lượng hàn như HASL. Do đó, hãy mở rộng các lỗ trên khuôn in một chút. Điều này giúp đảm bảo hàn phủ kín toàn bộ điểm tiếp xúc. Khi chuyển đổi từ HASL sang OSP, cần thiết kế lại khuôn in.

2. Sau khi mở rộng khẩu độ, hãy xử lý các hiện tượng như hình thành hạt hàn, hiện tượng “tombstoning” và đồng lộ ra bằng cách thay đổi hình dạng lỗ khuôn thành thiết kế “lõm”. Điều này giúp ngăn ngừa sự hình thành hạt hàn.

3. Nếu việc lắp đặt linh kiện không thành công và linh kiện đó bị thiếu, hãy đảm bảo rằng bột hàn vẫn phủ lên miếng hàn càng nhiều càng tốt.

4. Để tránh hiện tượng oxy hóa đồng lộ ra ngoài và các vấn đề về độ tin cậy, hãy cân nhắc việc in keo hàn lên các điểm kiểm tra ICT, lỗ vít lắp ráp và các điểm via lộ ra ngoài (mặt sau có thể được hàn sóng). Đảm bảo đưa các lỗ này vào thiết kế khuôn in.

C. Xử lý các bảng mạch có lớp mực hàn in không đạt tiêu chuẩn

1. Hãy cố gắng tránh các lỗi in. Việc làm sạch sẽ làm hỏng lớp OSP.

2. Nếu bảng mạch có chất lượng in keo hàn kém, không được ngâm hoặc rửa bảng mạch OSP bằng các dung môi có độ bay hơi cao. Do lớp màng OSP dễ bị dung môi hữu cơ làm mòn, hãy dùng vải không dệt thấm cồn 75% để lau sạch keo hàn. Sau đó, dùng máy thổi khí để làm khô. Không được dùng cồn isopropyl (IPA) để làm sạch. Không được dùng dao cạo để loại bỏ keo hàn.

3. Sau khi khắc phục lỗi in, hãy hoàn tất công việc lắp ráp SMT trên mặt đó trong vòng 1 giờ.

4. Đối với các lô sản phẩm có lỗi in ấn với số lượng lớn (ví dụ: từ 20 chiếc trở lên), hãy gửi trả lại cho nhà sản xuất PCB để tiến hành sửa chữa tập trung.

Các đặc điểm của OSP trong quá trình lắp ráp SMT là gì?

Bảng mạch OSP đòi hỏi các quy trình bảo quản và xử lý nghiêm ngặt. Từ thời điểm mở gói chân không cho đến lần hàn nóng đầu tiên hoặc sau lần hàn nóng đầu tiên, thời gian lưu trữ phải được kiểm soát chặt chẽ. Nếu không, chất lượng của lần hàn nóng thứ hai sẽ bị ảnh hưởng. Sau một chu kỳ hàn nóng, lớp màng bảo vệ hữu cơ trên bề mặt PCB thường bị phá hủy và bảng mạch mất khả năng chống oxy hóa. Do đó, việc hàn nóng lần thứ hai sẽ khó khăn hơn. Ngoài ra, bề mặt OSP có xu hướng làm ướt bột hàn kém hơn so với một số loại bề mặt khác. Các mối hàn có thể làm lộ đồng và độ tin cậy có thể giảm. Hình thức của mối hàn có thể không dễ dàng đáp ứng tiêu chuẩn IPC Class 3. Nhiều sản phẩm sử dụng pin-in-paste (PIP) không phù hợp với OSP.

Tuy nhiên, các tấm ván OSP có bề mặt phẳng và đồng nhất. Quy trình sản xuất ván ổn định và chi phí thấp. So với các loại khác, OSP có những ưu điểm rõ rệt. Vì vậy, rất nhiều công ty vẫn ưa chuộng bề mặt hoàn thiện OSP.

Ưu điểm của quy trình OSP

1. Chi phí lắp ráp SMT thấp.

2. Độ bền mối hàn cao.

3. Có khả năng hàn tốt nếu được xử lý đúng cách.

4. Bề mặt phẳng thích hợp cho thiết kế miếng đệm mật độ cao.

5. Tương thích với các bề mặt hoàn thiện hỗn hợp (ví dụ: mạ ENIG có chọn lọc).

6. Dễ dàng chỉnh sửa lại.

Những nhược điểm của quy trình OSP

1. Điện trở tiếp xúc cao hơn. Điều này có thể ảnh hưởng đến quá trình kiểm tra điện.

2. Không thích hợp để hàn lỗ xuyên qua theo phương pháp hàn hàng.

3. Độ ổn định nhiệt và độ bền quy trình kém. Sau một lần hàn lại ở nhiệt độ cao, lớp bảo vệ chống oxy hóa thường không còn hiệu lực. Khoảng thời gian thực hiện quy trình rất ngắn. Tất cả các công đoạn SMT sau lần hàn đầu tiên phải được hoàn thành trong vòng 24 giờ.

4. Không chống ăn mòn.

5. Yêu cầu cao về độ chính xác khi in. Việc làm sạch sẽ làm hỏng màng OSP (các chất cồn và axit có thể làm suy giảm chất lượng màng OSP).

6. Hiệu suất hàn xuyên kém đối với các lỗ hàn sóng.

Những lời khuyên thiết thực khi sử dụng bảng mạch OSP trên dây chuyền lắp ráp

• Luôn mua các tấm OSP được đóng gói chân không kèm chất hút ẩm và thẻ đo độ ẩm. Chỉ mở một gói mỗi lần. Sử dụng các tấm này ngay sau khi mở.

• Tránh chạm vào các miếng đệm hở. Hãy đeo găng tay hoặc dùng nhíp khi cần thiết.

• Duy trì môi trường lắp ráp ổn định: RH 40–60%, nhiệt độ 18–27 °C.

• Không để các bảng mạch đã in quá một giờ trước khi tiến hành hàn lại.

• Hãy đảm bảo khoảng thời gian giữa lần nung chảy đầu tiên và các bước tiếp theo trong quy trình được giữ ở mức ngắn nhất có thể. Nên hoàn tất toàn bộ quy trình lắp ráp bề mặt (SMT) trong vòng 24 giờ sau lần nung chảy đầu tiên. Nếu không thể tránh khỏi việc phải trì hoãn, hãy bảo quản các bảng mạch đã qua nung chảy trong tủ sấy khô và tuân thủ hướng dẫn của nhà cung cấp PCB.

• Nếu cần làm sạch các vết bẩn do keo dán, hãy dùng cồn 75% thấm vào một miếng vải không dệt. Lau nhẹ nhàng. Để khô tự nhiên. Không ngâm. Không dùng IPA hoặc các dung môi mạnh. Không cạo bằng dao.

• Thiết kế khuôn có lỗ mở rộng hơn một chút cho các điểm tiếp xúc OSP. Cân nhắc sử dụng hình dạng lỗ mở lõm để giảm thiểu các vấn đề liên quan đến hạt hàn.

• Đối với các điểm kiểm tra và lỗ vít hở, hãy cân nhắc in keo hàn để bảo vệ lớp đồng nếu thiết kế cho phép.

Khi nào nên chọn OSP

Hãy chọn OSP khi:

• Bạn cần một giải pháp hoàn thiện chi phí thấp cho các bảng mạch SMT mật độ cao.

• Bạn cần một bề mặt phẳng để lắp các linh kiện có khoảng cách chân nhỏ.

• Quy trình lắp ráp của bạn có thể kiểm soát chặt chẽ việc lưu trữ và thời gian.

• Quý vị chấp nhận các giới hạn về chu kỳ nhiệt và hàn sóng.

Không nên chọn OSP trong các trường hợp sau:

• Bạn cần thực hiện nhiều chu kỳ nhiệt độ cao hoặc nhiều bước hàn sóng.

• Bạn cần thời hạn sử dụng lâu dài cho các miếng đệm tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài mà không có lớp bảo vệ.

• Sản phẩm của quý vị phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về kiểm tra ngoại quan hoặc khả năng hàn theo tiêu chuẩn IPC Class 3 mà không cần các biện pháp kiểm soát đặc biệt.

Những lưu ý cuối cùng về độ tin cậy và việc sửa chữa lại

OSP sẽ rất đáng tin cậy nếu được xử lý đúng cách. Các rủi ro chính bao gồm trầy xước, tiếp xúc quá lâu, thời gian chờ đợi kéo dài sau khi mở gói và hàn nhiệt độ cao lặp đi lặp lại. Đối với sản xuất hàng loạt, hãy thiết lập các quy tắc rõ ràng trong xưởng: chỉ mở một gói tại một thời điểm, sử dụng trong vòng vài giờ, hạn chế số lần hàn lại và trả lại các bảng mạch nghi ngờ để sửa chữa. Đối với việc sửa chữa tại nhà sản xuất PCB, hãy theo dõi số lần sửa chữa OSP. Không sửa chữa cùng một bảng mạch có OSP quá ba lần. Sau đó, loại bỏ bảng mạch đó.

Giới thiệu về Philifast 

Philifast cung cấp các dịch vụ PCB và PCBA với lớp hoàn thiện bề mặt OSP. Chúng tôi hiểu rằng OSP cần được xử lý cẩn thận. Chúng tôi có thể cung cấp các bảng mạch trong bao bì chân không kèm chất hút ẩm và thẻ đo độ ẩm. Chúng tôi hỗ trợ thiết kế khuôn in cho OSP và cung cấp hướng dẫn xử lý để quý khách đạt được tỷ lệ thành công ngay từ lần đầu cao hơn. Nếu quý khách cần các bảng mạch OSP với chất lượng ổn định, thời gian giao hàng nhanh chóng và hỗ trợ lắp ráp thiết thực, Philifast sẵn sàng hỗ trợ. Hãy liên hệ với chúng tôi và chúng tôi sẽ đáp ứng các yêu cầu của dây chuyền lắp ráp của quý khách.