Processo de tratamento de superfície PCB OSP

O que é o acabamento de superfície OSP?

No fabrico de placas de circuito impresso (PCB), o tratamento de superfície é um passo importante. É ele que decide até que ponto a placa pode ser ligada com fios, quanto tempo durará e até que ponto é fiável. OSP (Organic Solderability Preservative) é muito fixe. É um processo que utiliza produtos químicos para formar uma camada protetora orgânica muito fina em superfícies de cobre limpas. Esta camada é como um pequeno guardião, protegendo o cobre da oxidação. E quando chega a altura de soldar, é muito fácil de remover, graças ao fluxo que faz a sua magia a altas temperaturas. Isto significa que as superfícies de cobre ficam expostas, o que permite obter excelentes resultados de soldadura.

Como funciona o OSP

Os principais componentes das soluções OSP são compostos de alquilbenzimidazol, como o benzotriazol (BTA) e o imidazol. Estes compostos formam uma camada protetora complexa estável através de ligações de coordenação com átomos de cobre. A última geração de soluções OSP da série APA tem uma temperatura de decomposição térmica de até 354,7°C, satisfazendo plenamente os requisitos para múltiplos refluxos na soldadura sem chumbo.

Fluxo do processo OSP pormenorizado

Etapa 1: Limpeza

• Antes de iniciar o processo de OSP, é necessário limpar a superfície de cobre da PCB.Isto irá remover quaisquer manchas de óleo, impressões digitais ou outros contaminantes.Este passo é essencial para garantir uma adesão uniforme e forte da camada de OSP à superfície de cobre.

Passo 2: Lavagem com ácido

• Após a micro-corrosão, o PCB é lavado com ácido.Isto elimina quaisquer restos de agentes de micro-corrosão ou outras impurezas que possam estar na superfície do cobre.Este processo garante que a superfície de cobre está limpa, o que ajuda o revestimento OSP a formar-se uniformemente.

Etapa 3: Revestimento OSP

• Uma vez limpa e preparada, a placa de circuito impresso é imersa num banho que contém a solução OSP.Esta solução, normalmente composta por compostos orgânicos, forma uma película orgânica uniforme na superfície do cobre.Esta película tem normalmente uma espessura entre 0,15 e 0,35 microns. Esta espessura ajuda a evitar a oxidação da superfície do cobre durante o seu armazenamento ou transporte.

Passo 4: Enxaguamento e secagem

• Após a aplicação do revestimento de OSP, o PCB é lavado para remover qualquer solução de OSP que não tenha reagido, seguido de um processo de secagem.Esta etapa assegura a estabilidade e a uniformidade da camada de OSP.

Etapa 5: Pós-tratamento

• Uma vez seca, a PCB pode ser submetida a etapas adicionais de pós-tratamento, tais como inspecções para verificar a espessura e a uniformidade da camada de OSP, assegurando que cumpre as normas de qualidade estabelecidas.

Passo 6: Soldar

• Durante o processo de montagem da placa de circuito impresso, quando os componentes precisam de ser soldados, a camada OSP decompõe-se devido ao calor da soldadura e ao fluxo. Isto torna a superfície de cobre limpa, o que a ajuda a aderir à solda. Isto torna as juntas de solda fiáveis.

Vantagens e limitações do acabamento de superfície OSP

Vantagens:

• Custo-eficácia: Poupa 30-50% em comparação com processos como o ENIG.
• Excelente planicidade: Espessura da película de apenas 0,2-0,5 μm, adequada para BGAs com passos inferiores a 0,4 mm.
• Respeito pelo ambiente: Processo à base de água com tratamento simples das águas residuais, em conformidade com as normas RoHS e WEEE.
• Boa soldabilidade: Mantém um excelente desempenho de soldadura até 6 meses em condições de armazenamento adequadas.
• Compatibilidade de processosPerfeitamente compatível com a soldadura por onda, a soldadura por refluxo, a soldadura selectiva e outros processos.

Limitações:

• Proteção física limitada: A película macia risca-se facilmente durante o manuseamento.
• Requisitos rigorosos de armazenamento: Deve ser armazenado num ambiente de temperatura e humidade constantes, humidade recomendada <60% RH.
• Dificuldade de inspeção visual: A película transparente torna os problemas de oxidação difíceis de identificar a olho nu.
• Múltiplas limitações de refluxo: Normalmente, suporta apenas 3-5 processos de soldadura por refluxo.

Comparação aprofundada de OSP e outros acabamentos de superfície

1. Nivelamento de solda por ar quente (HASL)

Princípio do processo: A placa de circuito impresso é imersa em solda derretida (com ou sem chumbo) e, em seguida, a superfície é nivelada com uma faca de ar quente.

Vantagens:

• Um dos processos de acabamento de superfície de mais baixo custo.
• Fiabilidade de soldadura comprovada a longo prazo.
• Fornece uma camada protetora de solda relativamente espessa (1-5 μm).
• Adequado para componentes com orifícios de passagem e componentes SMD de grandes dimensões.

Limitações:

• Má planicidade da superfície, inadequada para componentes de passo fino.
• A elevada tensão térmica pode provocar a deformação do substrato.
• As flutuações de temperatura no tanque de solda afectam a estabilidade da qualidade.
• Os processos sem chumbo requerem temperaturas de funcionamento mais elevadas (260-280°C).

2. Níquel eletrolítico Ouro de imersão (ENIG)

Princípio do processo: Uma camada de níquel (3-5 μm) é depositada quimicamente na superfície de cobre, seguida de uma fina camada de ouro (0,05-0,1 μm) através de deposição por deslocamento.

Vantagens:

• Excelente planicidade da superfície, adequada para BGAs e QFNs de passo fino.
• Forte resistência à oxidação da camada de ouro, com um longo período de conservação (12 meses ou mais).
• A camada de níquel proporciona uma barreira de difusão eficaz.
• Adequado para aplicações de ligação de fios de ouro e de interruptores de contacto.

Limitações:

• Custo mais elevado, o 40-60% é mais caro do que o OSP.
• Risco de problemas de "almofada preta", que afectam a fiabilidade da soldadura.
• Controlo de processos complexos e requisitos de manutenção elevados para soluções químicas.
• A camada de níquel pode afetar o desempenho da transmissão de sinais de alta frequência.

3. Prata de imersão

Princípio do processo: Uma camada de prata (0,1-0,3 μm) é depositada na superfície do cobre através de uma reação de deslocamento.

Vantagens:

• Excelente desempenho de transmissão de sinal, adequado para circuitos de alta velocidade.
• Boa soldabilidade e coplanaridade.
• Processo relativamente simples e custo moderado.
• Adequado para aplicações de RF e micro-ondas.

Limitações:

• A camada de prata é suscetível de sulfatação e descoloração, exigindo condições de armazenamento rigorosas.
• Risco de migração da prata, especialmente em ambientes com elevada humidade.
• Resistência de soldadura relativamente baixa.
• Necessita de materiais de embalagem especiais (embalagem anti enxofre).

4.Lata de imersão

Princípio do processo: Uma camada de estanho (1-1,5 μm) é depositada na superfície do cobre através de uma reação de deslocamento.

Vantagens:

• Compatível com todos os tipos de solda.
• Boa planicidade da superfície, adequada para componentes de passo fino.
• Custo relativamente baixo.
• Adequado para aplicações de conectores de encaixe por pressão.

Limitações:

• Risco de crescimento de batedores de estanho, podendo provocar curto-circuitos.
• Prazo de validade curto (normalmente 3-6 meses).
• Sensível a impressões digitais e contaminação.
• Degradação significativa do desempenho após vários refluxos.

Principais pontos de controlo de qualidade para o processo OSP

Controlo da espessura da película

O intervalo ótimo de espessura da película é de 0,35-0,45 μm. Uma película demasiado fina proporciona uma proteção insuficiente, enquanto uma película demasiado espessa afecta o desempenho da soldadura. Utilize espectrofotómetros UV ou tecnologia FIB para a deteção da espessura.

Controlo de micro-corrosão

A profundidade da microdecapagem deve ser controlada a 1,0-1,5 μm para garantir uma rugosidade superficial adequada e uma boa aderência da película.

Gestão de produtos químicos

Testar regularmente o valor do pH (mantido a 2,9-3,1), a concentração de iões de cobre e o teor de ingrediente ativo da solução de OSP para garantir a estabilidade do processo.

Gestão de armazenamento

• Temperatura: 15-25°C
• Humidade: 30-60% RH
• Embalagem: Embalagem a vácuo + dessecante
• Prazo de validade: 6 meses

Como selecionar e aplicar corretamente o OSP?

Cenários aplicáveis

• Eletrónica de consumo (smartphones, tablets)
• Placas-mãe e placas gráficas para computadores
• Equipamentos de comunicação em rede
• Eletrónica automóvel (componentes não críticos para a segurança)
• Equipamentos de controlo industrial

Recomendações de conceção

1. Para componentes mais pequenos do que 0402, aumentar a abertura do estêncil em 5%.
2. Utilizar proteção de azoto durante a refusão da segunda face para placas de dupla face.
3. 3.(Programar a produção de forma razoável para evitar a exposição prolongada dos quadros).
4. Prever bordos de processo suficientes para evitar danos na fixação.

Escolhendo os serviços OSP da Topfast PCB&#8217

Oferecemos soluções OSP abrangentes:

• Utilização das mais recentes soluções OSP da série APA.
• Sistemas rigorosos de controlo dos processos.
• Equipamento completo de inspeção da qualidade.
• Equipa de apoio técnico profissional.
• Serviço de apoio ao cliente reativo.

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Perguntas frequentes (FAQ)

P: As placas OSP podem ser reformuladas?
R: Sim. Com perfis de fluxo e temperatura adequados, as placas OSP podem ser retrabalhadas várias vezes, mas recomenda-se que não excedam 3 ciclos de retrabalho.

P: Como determinar se uma placa OSP falhou?
R: Efetuar testes de soldabilidade ou observar alterações na cor das almofadas. As placas OSP normais devem parecer cor-de-rosa, enquanto as oxidadas escurecerão.

Q: A OSP e a ENIG podem ser utilizadas em conjunto?
R: Sim, mas é necessário um planeamento cuidadoso da disposição para garantir a compatibilidade entre áreas com diferentes acabamentos de superfície.

P: As placas OSP requerem cozedura?
R: Geralmente, não. Se houver absorção de humidade, recomenda-se a cozedura a 100°C durante 1 hora, mas é melhor consultar o fabricante.

O OSP é um processo de acabamento de superfície económico, ecológico e eficaz. Continua a ser muito importante no fabrico moderno de produtos electrónicos. Se controlar corretamente o processo e melhorar o design, o OSP pode fornecer soluções fiáveis para a maioria das aplicações. A escolha do acabamento de superfície correto depende dos requisitos do produto, do custo e da forma como será produzido.

Topfast PCB tem muita experiência na produção de OSP e um sistema completo de gestão de qualidade.Isto permite-nos fornecer aos clientes um apoio técnico profissional e produtos PCB de alta qualidade.A nossa equipa de engenharia está sempre pronta para oferecer conselhos sobre acabamentos de superfície e formas de melhorar o processo.

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