Процесс обработки поверхности PCB OSP

Что такое финишная обработка поверхности OSP?

При изготовлении печатных плат (ПП) обработка поверхности является важным этапом. От этого зависит, насколько хорошо плату можно соединить проводами, как долго она прослужит и насколько надежна. OSP (это органический консервант паяемости) - довольно крутая технология. Это процесс, в котором используются химические вещества для формирования очень тонкого органического защитного слоя на чистой медной поверхности. Этот слой, как маленький страж, защищает медь от окисления. А когда приходит время пайки, его так легко удалить благодаря флюсу, который действует при высоких температурах. Это означает, что медные поверхности открыты, что позволяет добиться отличных результатов пайки.

Как работает 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.

Подробный технологический процесс OSP

Шаг 1: Очистка

• Перед началом процесса OSP необходимо очистить медную поверхность печатной платы.Это позволит удалить любые масляные пятна, отпечатки пальцев и другие загрязнения.Этот шаг необходим для обеспечения равномерного и прочного прилипания слоя ОСП к медной поверхности.

Шаг 2: Кислотная промывка

• После микротравления печатную плату промывают кислотой.Это позволяет избавиться от остатков микротравления или других загрязнений, которые могут быть на медной поверхности.Этот процесс позволяет убедиться, что поверхность меди чистая, что способствует равномерному формированию покрытия OSP.

Шаг 3: Покрытие OSP

• После очистки и подготовки печатная плата погружается в ванну с раствором OSP.Этот раствор, обычно состоящий из органических соединений, образует равномерную органическую пленку на поверхности меди.Толщина этой пленки обычно составляет от 0,15 до 0,35 мкм. Такая толщина помогает предотвратить окисление медной поверхности во время хранения или транспортировки.

Шаг 4: Ополаскивание и сушка

• После нанесения покрытия OSP печатная плата промывается для удаления непрореагировавшего раствора OSP, затем следует процесс сушки.Этот этап обеспечивает стабильность и однородность слоя OSP.

Шаг 5: После лечения

• После сушки печатная плата может подвергаться дополнительным этапам обработки, например, проверке толщины и однородности слоя OSP, что гарантирует ее соответствие установленным стандартам качества.

Шаг 6: Пайка

• В процессе сборки печатной платы, когда необходимо припаять компоненты, слой OSP разрушается под воздействием тепла от пайки и флюса. В результате поверхность меди становится чистой, что способствует прилипанию к ней припоя. Это делает паяные соединения надежными.

Преимущества и ограничения финишной обработки поверхности OSP

Преимущества:

• Экономическая эффективность: Saves 30–50% compared to processes like ENIG.
• Отличная плоскостность: Film thickness of only 0.2–0.5 μm, suitable for BGAs with pitches below 0.4 mm.
• Экологичность: Процесс на водной основе с простой очисткой сточных вод, соответствующий стандартам RoHS и WEEE.
• Хорошая паяемость: При надлежащих условиях хранения сохраняет отличные характеристики пайки до 6 месяцев.
• Совместимость процессовИдеально совместим с пайкой волной, пайкой оплавлением, селективной пайкой и другими процессами.

Ограничения:

• Ограниченная физическая защита: Мягкая пленка легко царапается при обращении.
• Жесткие требования к хранению: Хранить в условиях постоянной температуры и влажности, рекомендуемая влажность <60% RH.
• Сложность визуального осмотра: Прозрачная пленка делает проблемы окисления трудно определяемыми невооруженным глазом.
• Многочисленные ограничения на доводку: Typically withstands only 3–5 reflow soldering processes.

Углубленное сравнение OSP и других видов отделки поверхности

1. Выравнивание припоя горячим воздухом (HASL)

Принцип процесса: Печатная плата погружается в расплавленный припой (свинцовый или бессвинцовый), а затем поверхность выравнивается с помощью ножа горячего воздуха.

Преимущества:

• Один из самых недорогих процессов обработки поверхности.
• Проверенная надежность пайки в течение длительного времени.
• Provides a relatively thick solder protective layer (1–5 μm).
• Подходит для компонентов со сквозными отверстиями и крупных SMD-компонентов.

Ограничения:

• Плохое качество поверхности, не подходит для деталей с мелким шагом.
• Высокое тепловое напряжение может привести к деформации подложки.
• Колебания температуры в резервуаре с припоем влияют на стабильность качества.
• Lead-free processes require higher operating temperatures (260–280°C).

2. Погружение в золото без электролитического никеля (ENIG)

Принцип процесса: 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.

Преимущества:

• Отличная плоскостность поверхности, подходит для изготовления BGA и QFN с мелким шагом.
• Сильная устойчивость золотого слоя к окислению, длительный срок хранения (12 месяцев и более).
• Слой никеля обеспечивает эффективный диффузионный барьер.
• Подходит для соединения золотых проводов и контактных переключателей.

Ограничения:

• Higher cost, 40–60% more expensive than OSP.
• Риск возникновения проблем с “черной площадкой”, влияющих на надежность пайки.
• Сложное управление процессом и высокие требования к обслуживанию химических растворов.
• Никелевый слой может повлиять на характеристики передачи высокочастотного сигнала.

3. Погружное серебро

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

Преимущества:

• Отличные характеристики передачи сигнала, подходит для высокоскоростных схем.
• Хорошая паяемость и компланарность.
• Относительно простой процесс и умеренная стоимость.
• Подходит для применения в радиочастотных и микроволновых системах.

Ограничения:

• Серебряный слой подвержен сульфидации и обесцвечиванию, что требует строгих условий хранения.
• Риск миграции серебра, особенно в условиях повышенной влажности.
• Относительно низкая прочность пайки.
• Требуются специальные упаковочные материалы (антисерная упаковка).

4.Погружное олово

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

Преимущества:

• Совместим со всеми типами припоев.
• Хорошая плоскостность поверхности, подходит для деталей с мелким шагом.
• Относительно низкая стоимость.
• Подходит для использования с соединителями с прессовой посадкой.

Ограничения:

• Риск роста оловянных вискеров, что может привести к короткому замыканию.
• Short shelf life (typically 3–6 months).
• Чувствительны к отпечаткам пальцев и загрязнениям.
• Значительное снижение производительности после многократных повторных потоков.

Ключевые точки контроля качества для процесса OSP

Контроль толщины пленки

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.

Контроль микротравления

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

Химический менеджмент

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.

Управление хранением

• Temperature: 15–25°C
• Humidity: 30–60% RH
• Упаковка: Вакуумная упаковка + влагопоглотитель
• Срок годности: 6 месяцев

Как правильно выбрать и применить OSP?

Применимые сценарии

• Потребительская электроника (смартфоны, планшеты)
• Компьютерные материнские платы и видеокарты
• Сетевое коммуникационное оборудование
• Автомобильная электроника (некритичные к безопасности компоненты)
• Промышленное оборудование для управления

Рекомендации по разработке

1. Для компонентов размером менее 0402 увеличьте апертуру трафарета на 5%.
2. Для двусторонних плат используйте защиту от азота во время повторной прокалки со второй стороны.
3. 3.(Составьте разумный график производства, чтобы избежать длительного воздействия на доски).
4. Обеспечьте достаточные технологические кромки, чтобы избежать повреждения зажима.

Выбор услуг OSP от Topfast PCB’

Мы предлагаем комплексные решения OSP:

• Использование новейших решений OSP серии APA.
• Строгие системы управления технологическими процессами.
• Комплексное оборудование для проверки качества.
• Профессиональная команда технической поддержки.
• Отзывчивое обслуживание клиентов.

Получите запрос на изготовление и сборку печатных плат прямо сейчас: Запрос Цитировать

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Можно ли переделывать платы OSP?
О: Да. При использовании соответствующих флюсов и температурных профилей платы OSP можно обрабатывать несколько раз, но рекомендуется не превышать 3 циклов обработки.

Вопрос: Как определить, что плата OSP вышла из строя?
Ответ: Проведите тесты на паяемость или понаблюдайте за изменением цвета накладок. Нормальные платы OSP должны выглядеть розовыми, в то время как окисленные потемнеют.

В: Можно ли использовать OSP и ENIG вместе?
О: Да, но необходимо тщательно продумать планировку, чтобы обеспечить совместимость между зонами с разной отделкой поверхности.

В: Требуют ли платы OSP запекания?
A: Generally not. If moisture is absorbed, baking at 100°C for 1 hour is recommended, but it is best to consult the manufacturer.

OSP - это экономичный, экологически чистый и эффективный процесс финишной обработки поверхности. Он по-прежнему очень важен в современном производстве электроники. Если правильно контролировать процесс и улучшить конструкцию, OSP может обеспечить надежные решения для большинства применений. Выбор правильного способа обработки поверхности зависит от требований к изделию, его стоимости и способа производства.

Topfast PCB имеет большой опыт производства OSP и полную систему управления качеством.Это позволяет нам предоставлять клиентам профессиональную техническую поддержку и высококачественные печатные платы.Наша команда инженеров всегда готова дать совет по отделке поверхности и способам улучшения процесса.

Узнайте больше о решениях по оптимизации процессов производства печатных плат: Контактные эксперты