La connexion électrique sur un circuit imprimé (PCB) dépend de la conductivité du cuivre. Cependant, en tant que substance chimique active, le cuivre a tendance à s’oxyder lorsqu’il est exposé à l’humidité atmosphérique, ce qui entraîne ensuite des problèmes susceptibles de se produire lors du brasage à haute température, menaçant gravement la fixation solide des composants sur les PCB et réduisant la fiabilité des produits finis. Par conséquent,Finition de surfaceassume deux responsabilités clés en ce qui concerne les performances des PCB : protéger le cuivre de l’oxydation et fournir une surface à haute soudabilité lorsque les composants sont prêts à être assemblés sur les PCB.
Les finitions de carte peuvent être classées en différentes catégories en fonction des différentes technologies et des substances chimiques impliquées : HASL (nivellement à la soudure à air chaud), étamage/argenture chimique, OSP,ENIG et ENEPIG, etc. Parmi toutes les finitions, l’OSP devient de plus en plus répandue en raison de son faible coût et de ses caractéristiques respectueuses de l’environnement, ce qui rend d’autant plus nécessaire de mieux la comprendre. C’est ce que cet article vise à vous expliquer.
Brève introduction d’OSP
OSP est l’abréviation de « organic solderability preservatives », et est également appelé agent antioxydant. Il s’agit d’une couche de finition organique générée sur le cuivre nu et propre par adsorption. D’une part, cette finition organique est capable d’empêcher le cuivre de s’oxyder, ainsi que de le protéger des chocs thermiques ou de l’humidité. D’autre part, elle doit pouvoir être facilement éliminée par le flux lors du processus ultérieur de brasage, afin que le cuivre propre exposé puisse être joint avec la soudure en fusion, permettant ainsi la formation de joints de soudure en un temps extrêmement court.
Le composé chimique aqueux appliqué appartient à la famille des azoles, tels que les benzotriazoles, les imidazoles et les benzimidazoles, qui sont tous adsorbés à la surface du cuivre avec formation d’une coordination entre eux et les atomes de cuivre, conduisant à la production d’un film. En termes d’épaisseur de film, le film formé par les benzotriazoles est mince, tandis que celui formé par les imidazoles est relativement épais. Cette différence d’épaisseur aura un impact distinct sur l’effet de la finition de la carte, ce qui sera abordé dans la suite de cet article.
Processus de fabrication de l’OSP
En réalité, l’OSP a une histoire de dix ans, qui est plus longue que celle deSMT (Technologie de montage en surface). Voici le processus de fabrication d’OSP.
Remarque : DI désigne la déionisation.
La fonction du « nettoyage » est d’éliminer les contaminants organiques tels que l’huile, les empreintes digitales, le film d’oxydation, etc., afin de maintenir la surface du cuivre propre et brillante, ce qui constitue l’exigence fondamentale. Cette étape joue un rôle tout à fait crucial dans la qualité de formation des agents de préservation. Un mauvais nettoyage tendra à provoquer une épaisseur inégale de la couche de protection. Afin de garantir la haute qualité du film OSP fini, d’une part, la concentration de la solution de nettoyage doit être maintenue dans une plage standard grâce à des analyses en laboratoire chimique. D’autre part, il est recommandé de vérifier l’effet du nettoyage aussi souvent que possible et, dès que le résultat n’atteint plus la norme, la solution de nettoyage doit être immédiatement remplacée.
Dans le processus d’amélioration de la topographie, un micro-gravage est généralement appliqué afin d’éliminer substantiellement l’oxydation générée sur la feuille de cuivre, de manière à améliorer les forces d’adhérence entre la feuille de cuivre et la solution OSP. La vitesse de micro-gravage influence directement la vitesse de formation du film. Ainsi, afin d’obtenir une épaisseur de film lisse et uniforme, il est essentiel de maintenir la stabilité de la vitesse de micro-gravage. De manière générale, il est approprié de contrôler la vitesse de micro-gravage dans une plage de 1,0 à 1,5 μm par minute.
Il est préférable d’utiliser un rinçage à l’eau déionisée avant que les agents de conservation ne s’accumulent, au cas où la solution OSP serait polluée par d’autres ions, ce qui entraînerait un ternissement après la refusion de la soudure. De même, il est préférable d’utiliser un rinçage à l’eau déionisée après la formation des agents de conservation, avec une valeur de pH comprise entre 4,0 et 7,0, afin d’éviter que les agents de conservation ne soient détruits à la suite d’une pollution.
Avantages de l’OSP
De nos jours, l’OSP est généralement appliqué en raison de ses avantages, qui sont discutés ci-dessous :
• Processus de fabrication simple et réparableLes circuits imprimés revêtus d’OSP peuvent être facilement retouchés par les fabricants de PCB, de sorte que les assembleurs de PCB puissent bénéficier de nouveaux revêtements dès que le revêtement est jugé endommagé.
• Bonne mouillabilité: Les cartes revêtues d’OSP offrent de meilleures performances en termes de mouillage de soudure lorsque le flux entre en contact avec les vias et les pastilles.
• Respectueux de l’environnement: Étant donné qu’un composé à base d’eau est utilisé dans le processus de génération de l’OSP, il ne nuit pas à notre environnement, répondant ainsi aux attentes des gens pour un monde vert. Par conséquent, l’OSP est un choix optimal pour les produits électroniques se conformant à des réglementations écologiques telles queRoHS.
• Faible coûtEn raison des composés chimiques simples utilisés pour la création de l’OSP et de son processus de fabrication facile, l’OSP se distingue par son coût parmi tous les types de finitions de surface. Il est moins onéreux, ce qui entraîne au final un coût plus faible pour les circuits imprimés.
• Adapté au brasage par refusion dans l’assemblage SMT double faceAvec le développement et les progrès constants de l’OSP, celui-ci a été adopté pour le montage SMT simple face puis double face, élargissant considérablement ses domaines d’application.
• Faible exigence pour l’encre de vernis épargne
• Longue durée de stockage
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Exigences de stockage des circuits imprimés revêtus d’OSP
Étant donné que le film de protection généré par la technologie OSP est si fin et facile à endommager, une grande attention doit être portée au cours des opérations et du transport. Lorsque les PCB avec OSP comme finition de surface sont exposés à une température et une humidité élevées pendant une longue période, une oxydation peut se produire à la surface des PCB, entraînant ainsi une faible soudabilité. Par conséquent, les méthodes de stockage doivent respecter les principes suivants :
a.L’emballage sous vide doit être utilisé avec un dessiccant et une carte indicatrice d’humidité. Placez un papier de séparation entre les circuits imprimés pour éviter que le frottement n’endommage la surface du PCB.
b.Ces circuits imprimés ne peuvent pas être directement exposés à la lumière du soleil. Les exigences pour un environnement de stockage optimal incluent : une humidité relative de 30 à 70 % HR, une température de 15 à 30 °C et une durée de stockage inférieure à 12 mois.
Problème possible de l’OSP après soudure
Parfois, la couleur des circuits imprimés OSP change après le soudage, ce qui est principalement lié à l’épaisseur des agents de préservation, à la quantité de micro-gravure, au nombre de soudures et même à des contaminants anormaux. Heureusement, ce problème peut être observé simplement à partir de l’apparence. En général, il existe deux situations :
Pour la situation n°1, au cours du processus de soudure, le flux est capable d’aider à éliminer les oxydations de sorte que les performances de soudure ne soient pas affectées. En conséquence, aucune autre mesure n’a besoin d’être prise.
En revanche, la situation n°2 se produit parce que l’intégrité de l’OSP a été détruite, de sorte que le flux n’est plus capable d’éliminer les oxydations, ce qui réduira considérablement les performances de soudure.
Par conséquent, les améliorations et mesures suivantes doivent être prises pour garantir l’apparence et les performances du revêtement de finition de surface OSP (préservation de soudabilité organique) :
a.L’épaisseur de l’OSP doit être contrôlée dans une certaine plage ;
b.La quantité de micro-gravure doit être contrôlée dans une certaine plage ;
c.Lors de la fabrication des circuits imprimés, les contaminants (résidus de gel, encre, etc.) doivent être éliminés à 100 % afin d’éviter toute anomalie partielle ou une soudabilité défectueuse.
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