Il collegamento elettrico su un PCB dipende dalla conducibilità del rame. Tuttavia, in quanto sostanza chimica attiva, il rame tende a ossidarsi quando è esposto all’umidità atmosferica, causando così problemi che possono verificarsi durante la saldatura ad alta temperatura, il che compromette gravemente il fissaggio solido dei componenti sui PCB e riduce l’affidabilità dei prodotti finali. Pertanto,Finitura superficialesvolge due responsabilità fondamentali per quanto riguarda le prestazioni dei PCB: proteggere il rame dall’ossidazione e fornire una superficie ad alta saldabilità quando i componenti sono pronti per essere assemblati sui PCB.
Le finiture delle schede possono essere classificate in diverse categorie in base alle differenti tecnologie e alle sostanze chimiche coinvolte: HASL (livellamento a saldatura ad aria calda), stagno/argento a immersione, OSP,ENIG ed ENEPIGecc. Tra tutte le finiture, l’OSP sta diventando sempre più diffusa grazie al suo basso costo e alle sue caratteristiche ecologiche, il che rende ancora più necessario comprenderla meglio. È proprio questo che questo articolo si propone di spiegare.
Breve introduzione di OSP
OSP è l'abbreviazione di "organic solderability preservatives" ed è anche chiamato anti-ossidante. Si riferisce a uno strato di finitura organica generato su rame pulito e nudo tramite adsorbimento. Da un lato, questa finitura organica è in grado di impedire che il rame venga ossidato o danneggiato da shock termici o umidità. Dall'altro lato, deve poter essere facilmente eliminata dal flussante nella successiva fase di saldatura, in modo che il rame pulito esposto possa essere unito con la lega saldante fusa e che i giunti di saldatura possano formarsi in un tempo estremamente breve.
Il composto chimico a base d’acqua applicato appartiene alla famiglia degli azoli, come benzotriazoli, imidazoli e benzimidazoli, tutti i quali vengono adsorbiti sulla superficie del rame con la formazione di un coordinamento tra essi e gli atomi di rame, portando alla produzione di un film. Per quanto riguarda lo spessore del film, il film ottenuto tramite benzotriazoli è sottile, mentre quello ottenuto tramite imidazoli è relativamente spesso. La differenza di spessore comporterà un impatto distinto sull’effetto della finitura della scheda, che sarà discusso nella parte successiva di questo articolo.
Processo di produzione dell'OSP
In realtà, l’OSP ha una storia di un decennio, che è più lunga di quella diSMT (Tecnologia a Montaggio Superficiale)Ecco il processo di produzione di OSP.
Nota: DI si riferisce alla deionizzazione.
La funzione della fase di “Pulizia” è quella di rimuovere i contaminanti organici come olio, impronte digitali, film di ossidazione ecc., in modo da mantenere la superficie del foglio di rame pulita e brillante, che è il requisito fondamentale. Questo passaggio svolge un ruolo estremamente cruciale nella qualità della formazione dello strato protettivo. Una pulizia scadente tende a causare uno spessore irregolare dello strato protettivo. Per garantire l’alta qualità del film OSP finito, da un lato la concentrazione della soluzione di pulizia deve essere controllata entro un intervallo standard tramite analisi di laboratorio chimico. Dall’altro lato, si consiglia di verificare l’effetto della pulizia il più spesso possibile e, non appena l’effetto non raggiunge lo standard, la soluzione di pulizia deve essere immediatamente sostituita.
Nel processo di miglioramento della topografia, la micro-incisione viene solitamente applicata per eliminare sostanzialmente l’ossidazione generata sul foglio di rame, in modo che le forze di adesione tra il foglio di rame e la soluzione OSP possano essere migliorate. La velocità di micro-incisione influisce direttamente sul tasso di formazione del film. Pertanto, per ottenere uno spessore del film liscio e uniforme, è fondamentale mantenere la stabilità della velocità di micro-incisione. In generale, è opportuno controllare la velocità di micro-incisione nell’intervallo da 1,0 a 1,5 μm al minuto.
È preferibile utilizzare il risciacquo con acqua DI prima che si accumulino i conservanti, nel caso in cui la soluzione OSP venga contaminata da altri ioni, il che porta all’ossidazione dopo la saldatura a rifusione. Allo stesso modo, è preferibile utilizzare il risciacquo con acqua DI dopo che si sono accumulati i conservanti, mantenendo il valore di pH tra 4,0 e 7,0, per evitare che i conservanti vengano distrutti a causa della contaminazione.
Vantaggi dell'OSP
Al giorno d’oggi, l’OSP viene solitamente applicato grazie ai suoi vantaggi, che sono discussi di seguito:
• Processo di produzione semplice e rielaborabileLe schede a circuito stampato rivestite con OSP possono essere facilmente rilavorate dai produttori di PCB, in modo che gli assemblatori di PCB possano ottenere nuovi rivestimenti non appena si riscontra che il rivestimento è danneggiato.
• Buona bagnabilitàLe schede rivestite con OSP offrono prestazioni migliori in termini di bagnabilità della saldatura quando il flussante entra in contatto con i vias e i pad.
• EcologicoPoiché nel processo di generazione dell’OSP viene applicato un composto a base d’acqua, esso non arreca alcun danno al nostro ambiente, soddisfacendo pienamente le aspettative delle persone per un mondo ecologico. Di conseguenza, l’OSP è una scelta ottimale per i prodotti elettronici che devono conformarsi a regolamentazioni ecologiche qualiRoHS.
• Basso costoGrazie ai semplici composti chimici utilizzati nella realizzazione dell’OSP e al suo facile processo di produzione, l’OSP si distingue per il costo tra tutti i tipi di finiture superficiali. Costa meno, portando infine a un costo inferiore delle schede a circuito stampato.
• Adatto alla saldatura a rifusione nel montaggio SMT a doppia facciaCon il continuo sviluppo e progresso dell’OSP, esso è stato adottato dall’assemblaggio SMT monofacciale a quello bifacciale, ampliando notevolmente i suoi campi di applicazione.
• Basso requisito per l'inchiostro della solder mask
• Lungo tempo di conservazione
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Requisiti di stoccaggio dei PCB rivestiti con OSP
Poiché il rivestimento protettivo generato dalla tecnologia OSP è così sottile e facile da danneggiare, è necessario prestare molta attenzione durante le operazioni e il trasporto. I PCB con OSP come finitura superficiale sono esposti a temperature e umidità elevate per un periodo di tempo così lungo che è possibile che si generi ossidazione sulla superficie dei PCB, con conseguente riduzione della saldabilità. Pertanto, i metodi di stoccaggio devono attenersi a questi principi:
a.La confezione sottovuoto deve essere utilizzata con essiccante e scheda indicatrice di umidità. Inserire carta distaccante tra i PCB per evitare che l’attrito danneggi la superficie del PCB.
b.Questi PCB non possono essere esposti direttamente alla luce solare. I requisiti per un ambiente di stoccaggio ottimale includono: umidità relativa (30-70% RH), temperatura (15-30°C) e tempo di conservazione (inferiore a 12 mesi).
Possibile problema dell’OSP dopo la saldatura
A volte, il colore delle schede OSP cambia dopo la saldatura, il che è principalmente correlato allo spessore dei conservanti, alla quantità di micro-incisione, al numero di saldature e persino a contaminanti anomali. Fortunatamente, questo problema può essere osservato semplicemente dall’aspetto. Di solito, ci sono due circostanze:
Per la Circostanza n. 1, nel processo di saldatura il flussante è in grado di aiutare a eliminare le ossidazioni in modo che le prestazioni di saldatura non vengano influenzate. Di conseguenza, non è necessario adottare ulteriori misure. Al contrario, la Circostanza n. 2 si verifica perché l’integrità dell’OSP è stata compromessa, per cui il flussante non è in grado di eliminare le ossidazioni, il che ridurrà notevolmente le prestazioni di saldatura.
Pertanto, è necessario adottare i seguenti miglioramenti e misure per garantire l’aspetto e le prestazioni del rivestimento superficiale con preservanti di saldabilità organici:
a.Lo spessore dell’OSP deve essere controllato entro un determinato intervallo;
b.La quantità di micro-incisione deve essere controllata entro un determinato intervallo;
c.Durante la fabbricazione dei PCB, i contaminanti (residui di gel, inchiostro ecc.) devono essere eliminati al 100% per evitare eventuali anomalie parziali o una saldabilità scadente.
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