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
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.
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: Saves 30–50% compared to processes like ENIG.
- Excelente planicidade: Film thickness of only 0.2–0.5 μm, suitable for BGAs with pitches below 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: Typically withstands only 3–5 reflow soldering processes.
Comparação aprofundada de OSP e outros acabamentos de superfície
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.
- Provides a relatively thick solder protective layer (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.
- Lead-free processes require higher operating temperatures (260–280°C).
Princípio do processo: 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.
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:
- Higher cost, 40–60% more expensive than 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: A silver layer (0.1–0.3 μm) is deposited on the copper surface through a displacement reaction.
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: A tin layer (1–1.5 μm) is deposited on the copper surface through a displacement reaction.
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.
- Short shelf life (typically 3–6 months).
- 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
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.
Controlo de micro-corrosão
Microetching depth should be controlled at 1.0–1.5 μm to ensure appropriate surface roughness and good film adhesion.
Gestão de produtos químicos
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.
Gestão de armazenamento
- Temperature: 15–25°C
- Humidity: 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
- Para componentes mais pequenos do que 0402, aumentar a abertura do estêncil em 5%.
- Utilizar proteção de azoto durante a refusão da segunda face para placas de dupla face.
- 3.(Programar a produção de forma razoável para evitar a exposição prolongada dos quadros).
- Prever bordos de processo suficientes para evitar danos na fixação.
Escolhendo os serviços OSP da Topfast PCB’
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?
A: Generally not. If moisture is absorbed, baking at 100°C for 1 hour is recommended, but it is best to consult the manufacturer.
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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