Processus de traitement de surface des PCB OSP

Qu'est-ce que l'état de surface OSP ?

Lors de la fabrication de cartes de circuits imprimés (PCB), le traitement de surface est une étape importante. Il détermine la qualité de la connexion des fils, la durée de vie et la fiabilité de la carte. L'OSP (Organic Solderability Preservative) est très intéressant. Il s'agit d'un processus qui utilise des produits chimiques pour former une couche protectrice organique très fine sur les surfaces de cuivre propres. Cette couche est comme un petit gardien qui protège le cuivre de l'oxydation. Et lorsqu'il est temps de souder, elle est très facile à enlever, grâce au flux qui opère sa magie à haute température. Cela signifie que les surfaces de cuivre sont exposées, ce qui permet d'obtenir d'excellents résultats de soudure.

Fonctionnement de l'OSP

The main components of OSP solutions are alkyl benzimidazole compounds, such as benzotriazole (BTA) and imidazole. These compounds form a stable complex protective layer through coordination bonds with copper atoms. The latest generation of APA-series OSP solutions has a thermal decomposition temperature of up to 354.7°C, fully meeting the requirements for multiple reflows in lead-free soldering.

Déroulement détaillé de la procédure OSP

Étape 1 : Nettoyage

• Avant de commencer le processus OSP, vous devez nettoyer la surface en cuivre du circuit imprimé.Cela permettra d'éliminer les taches d'huile, les empreintes digitales et autres contaminants.Cette étape est essentielle pour garantir une adhésion uniforme et forte de la couche OSP à la surface du cuivre.

Étape 2 : Lavage à l'acide

• Après la microgravure, le circuit imprimé est lavé à l'acide.Cette opération permet de se débarrasser des restes d'agents de microgravure ou d'autres impuretés qui pourraient se trouver sur la surface du cuivre.Ce processus permet de s'assurer que la surface du cuivre est propre, ce qui permet au revêtement OSP de se former uniformément.

Étape 3 : Revêtement OSP

• Une fois nettoyé et préparé, le circuit imprimé est immergé dans un bain contenant la solution OSP.Cette solution, généralement composée d'éléments organiques, forme un film organique uniforme sur la surface du cuivre.Ce film a généralement une épaisseur comprise entre 0,15 et 0,35 micron. Cette épaisseur permet d'éviter l'oxydation de la surface du cuivre pendant le stockage ou le transport.

Étape 4 : Rinçage et séchage

• Après l'application du revêtement OSP, le circuit imprimé est rincé pour éliminer toute solution OSP n'ayant pas réagi, puis séché.Cette étape garantit la stabilité et l'uniformité de la couche OSP.

Étape 5 : Post-traitement

• Une fois séché, le circuit imprimé peut subir d'autres étapes de post-traitement, telles que des inspections visant à vérifier l'épaisseur et l'uniformité de la couche OSP, afin de s'assurer qu'elle répond aux normes de qualité établies.

Étape 6 : Soudure

• Au cours du processus d'assemblage des circuits imprimés, lorsque les composants doivent être soudés, la couche OSP se décompose sous l'effet de la chaleur de la soudure et du flux. La surface du cuivre devient alors propre, ce qui l'aide à adhérer à la soudure. Les joints de soudure sont donc fiables.

Avantages et limites de l'état de surface OSP

Avantages :

• Rapport coût-efficacité: Saves 30–50% compared to processes like ENIG.
• Excellente planéité: Film thickness of only 0.2–0.5 μm, suitable for BGAs with pitches below 0.4 mm.
• Respect de l'environnement: Procédé à base d'eau avec traitement simple des eaux usées, conforme aux normes RoHS et WEEE.
• Bonne soudabilité: Conserve d'excellentes performances de brasage jusqu'à 6 mois dans des conditions de stockage adéquates.
• Compatibilité des processusParfaitement compatible avec le soudage à la vague, le soudage par refusion, le soudage sélectif et d'autres procédés.

Limites :

• Protection physique limitée: Le film souple se raye facilement lors de la manipulation.
• Exigences strictes en matière de stockage: Doit être stocké dans un environnement à température et humidité constantes, l'humidité recommandée étant de 60 %.
• Difficulté d'inspection visuelle: Le film transparent rend les problèmes d'oxydation difficiles à identifier à l'œil nu.
• Limitations multiples de la refusion: Typically withstands only 3–5 reflow soldering processes.

Comparaison approfondie de l'OSP et des autres traitements de surface

1. Mise à niveau de la soudure à l'air chaud (HASL)

Principe du processus: Le circuit imprimé est immergé dans de la soudure en fusion (avec ou sans plomb), puis la surface est nivelée à l'aide d'une lame d'air chaud.

Avantages:

• L'un des procédés de finition de surface les moins coûteux.
• Fiabilité de brasage prouvée à long terme.
• Provides a relatively thick solder protective layer (1–5 μm).
• Convient aux composants à trous traversants et aux composants SMD de grande taille.

Limites:

• Mauvaise planéité de la surface, inadaptée aux composants à pas fin.
• Une forte contrainte thermique peut entraîner une déformation du substrat.
• Les fluctuations de température dans le bac à souder affectent la stabilité de la qualité.
• Lead-free processes require higher operating temperatures (260–280°C).

2. Nickel chimique Or par immersion (ENIG)

Principe du processus: A nickel layer (3–5 μm) is deposited chemically on the copper surface, followed by a thin gold layer (0.05–0.1 μm) through displacement deposition.

Avantages:

• Excellente planéité de la surface, adaptée aux BGA et QFN à pas fin.
• Forte résistance à l'oxydation de la couche d'or, avec une longue durée de conservation (12 mois ou plus).
• La couche de nickel constitue une barrière de diffusion efficace.
• Convient pour le bonding de fils d'or et les applications de commutateurs de contact.

Limites:

• Higher cost, 40–60% more expensive than OSP.
• Risque de problèmes liés au "Black Pad", affectant la fiabilité de la soudure.
• Contrôle complexe des processus et exigences élevées en matière de maintenance pour les solutions chimiques.
• La couche de nickel peut avoir un impact sur les performances de transmission des signaux à haute fréquence.

3. Argent d'immersion

Principe du processus: A silver layer (0.1–0.3 μm) is deposited on the copper surface through a displacement reaction.

Avantages:

• Excellentes performances de transmission des signaux, adaptées aux circuits à grande vitesse.
• Bonne soudabilité et coplanarité.
• Processus relativement simple et coût modéré.
• Convient aux applications RF et micro-ondes.

Limites:

• La couche d'argent est sujette à la sulfuration et à la décoloration, ce qui nécessite des conditions de stockage strictes.
• Risque de migration de l'argent, en particulier dans les environnements très humides.
• Résistance à la soudure relativement faible.
• Nécessite des matériaux d'emballage spéciaux (emballage anti-soufre).

4.Étain d'immersion

Principe du processus: A tin layer (1–1.5 μm) is deposited on the copper surface through a displacement reaction.

Avantages:

• Compatible avec tous les types de soudure.
• Bonne planéité de la surface, adaptée aux composants à pas fin.
• Coût relativement faible.
• Convient aux applications de connecteurs à sertir.

Limites:

• Risque de formation de chuchotements d'étain, pouvant provoquer des courts-circuits.
• Short shelf life (typically 3–6 months).
• Sensible aux empreintes digitales et à la contamination.
• Dégradation significative des performances après plusieurs reflux.

Principaux points de contrôle de la qualité pour le processus OSP

Contrôle de l'épaisseur du film

The optimal film thickness range is 0.35–0.45 μm. Too thin provides insufficient protection, while too thick affects soldering performance. Use UV spectrophotometers or FIB technology for thickness detection.

Contrôle de la microgravure

Microetching depth should be controlled at 1.0–1.5 μm to ensure appropriate surface roughness and good film adhesion.

Gestion des produits chimiques

Regularly test the pH value (maintained at 2.9–3.1), copper ion concentration, and active ingredient content of the OSP solution to ensure process stability.

Gestion du stockage

• Temperature: 15–25°C
• Humidity: 30–60% RH
• Emballage : Emballage sous vide + déshydratant
• Durée de conservation : 6 mois

Comment sélectionner et appliquer correctement les OSP ?

Scénarios applicables

• Électronique grand public (smartphones, tablettes)
• Cartes mères d'ordinateurs et cartes graphiques
• Équipements de communication en réseau
• Électronique automobile (composants non critiques pour la sécurité)
• Équipement de contrôle industriel

Recommandations en matière de conception

1. Pour les composants inférieurs à 0402, augmenter l'ouverture du pochoir de 5 %.
2. Utilisez une protection à l'azote pendant la refusion de la deuxième face pour les cartes double face.
3. 3. (Programmer la production de manière raisonnable afin d'éviter une exposition prolongée des planches).
4. Prévoir des bords de traitement suffisants pour éviter les dommages dus au serrage.

Choisir les services OSP de Topfast PCB

Nous proposons des solutions OSP complètes :

• Utilisation des dernières solutions OSP de la série APA.
• Systèmes de contrôle rigoureux des processus.
• Équipement complet d'inspection de la qualité.
• Équipe d'assistance technique professionnelle.
• Un service clientèle réactif.

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Foire aux questions (FAQ)

Q : Les cartes OSP peuvent-elles être retravaillées ?
R : Oui. Avec des profils de flux et de température appropriés, les cartes OSP peuvent être retravaillées plusieurs fois, mais il est recommandé de ne pas dépasser 3 cycles de retravail.

Q : Comment déterminer si une carte OSP est défaillante ?
R : Effectuez des tests de soudabilité ou observez les changements de couleur de la pastille. Les cartes OSP normales doivent apparaître roses, tandis que les cartes oxydées deviennent plus foncées.

Q : OSP et ENIG peuvent-ils être utilisés ensemble ?
R : Oui, mais une planification minutieuse de l'agencement est nécessaire pour assurer la compatibilité entre des zones ayant des finitions de surface différentes.

Q : Les cartes OSP doivent-elles être cuites ?
A: Generally not. If moisture is absorbed, baking at 100°C for 1 hour is recommended, but it is best to consult the manufacturer.

L'OSP est un procédé de finition de surface économique, écologique et efficace. Il reste très important dans la fabrication électronique moderne. Si vous contrôlez correctement le processus et améliorez la conception, l'OSP peut fournir des solutions fiables pour la plupart des applications. Le choix de la bonne finition de surface dépend des exigences du produit, de son coût et de la manière dont il sera produit.

Topfast PCB possède une grande expérience de la production de circuits imprimés OSP et un système complet de gestion de la qualité.Cela nous permet de fournir à nos clients une assistance technique professionnelle et des produits PCB de haute qualité.Notre équipe d'ingénieurs est toujours prête à donner des conseils sur les finitions de surface et les moyens d'améliorer le processus.

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