تعریف و اصلفرآیند OSP
OSP یک ماسک لحیم کاری ارگانیک است که به عنوان محافظ مس نیز شناخته می شود. به بیان ساده، فرآیند OSP رشد یک فیلم آلی روی سطح مسی تمیز از طریق روشهای شیمیایی است. این لایه از فیلم دارای مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در برابر شوک حرارتی و مقاومت در برابر رطوبت است که می تواند سطح مس را از زنگ زدن بیشتر در شرایط عادی محافظت کند. اصل بر پایه پیوند شیمیایی است. با در نظر گرفتن OSP معمولی آزول به عنوان مثال، حلقه ایمیدازول در ترکیبات آلی آلکیل بنزیمیدازول می تواند یک پیوند هماهنگی با الکترون های 3d10 اتم های مس ایجاد کند و در نتیجه کمپلکس های مس آلکیل بنزیمیدازول را تشکیل دهد. در طول فرآیند پوشش، ابتدا لایه اول پوشش داده می شود که مس را جذب می کند. سپس لایه دوم مولکول های پوشش آلی با مس ترکیب می شود و این روند تا زمانی که ساختاری از بیست یا حتی صدها مولکول پوشش آلی تشکیل شود تکرار می شود. در نهایت، یک لایه محافظ با ضخامت معمولاً بین 0.2-0.5 میکرومتر بر روی سطح مس تشکیل میشود. علاوه بر این، به دلیل جاذبه واندروالسی بین گروههای آلکیل زنجیره بلند- و وجود حلقههای بنزن، این فیلم محافظ دارای مقاومت حرارتی خوب و دمای تجزیه بالا است. در محیط جوشکاری با دمای بالا بعدی، این لایه محافظ را می توان به راحتی و به سرعت توسط شار جدا کرد و به سطح مس تمیز در معرض اجازه می دهد تا در مدت زمان بسیار کوتاهی با لحیم مذاب بچسبد و یک اتصال لحیم کاری محکم را تشکیل دهد.
مواد برای فرآیند OSP
OSP دارای سه نوع ماده اصلی است: رزین، رزین فعال و آزول. مواردی که در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند OSP های آزول هستند. آزول OSP حدود 5 نسل بهبود یافته است که به نام های BTA، IA، BIA، SBA و آخرین APA نامگذاری شده است. ترکیبات آزول متعلق به ترکیبات آلی حاوی نیتروژن مانند بنزوتریازول و بازهای کریستالی آلی ایمیدازول هستند. آنها می توانند به خوبی به سطوح مسی برهنه بچسبند و ویژگی خاصی دارند، فقط مس را جذب می کنند و روی پوشش های عایق مانند ماسک لحیم کاری جذب نمی شوند. در میان آنها، بنزوتریازول یک لایه نازک مولکولی روی سطح مس تشکیل می دهد. در طول فرآیند مونتاژ، به ویژه در هنگام لحیم کاری مجدد، این لایه نازک مستعد تبخیر در دمای خاصی است. لایه محافظ تشکیل شده توسط پایه کریستالی آلی ایمیدازول روی سطح مس ضخیم تر از بنزوتریازول است و می تواند چرخه های حرارتی بیشتری را در طول فرآیند مونتاژ تحمل کند.
فرآیند فناوری OSP
پیش پردازش:
حذف روغن: این مرحله به منظور حذف آلاینده هایی مانند اکسیدها، اثر انگشت و گریس که ممکن است در طول فرآیند قبلی روی سطح مس باقی بماند بسیار مهم است و در نتیجه سطح مس تمیزی به دست می آید. با استفاده از روغنزداییهای تخصصی، ناخالصیهایی مانند لکههای روغنی از طریق واکنشهای شیمیایی از سطح مس پاک میشوند و بستر مناسبی برای فرآیندهای بعدی فراهم میکنند.
میکرو خوردگی: عملکرد اصلی میکرو خوردگی حذف اکسیدهای شدیدتر روی سطح مس و تشکیل یک سطح مسی روشن و خشن است. چنین سطح کمی خشن می تواند چسبندگی بهتر و یکنواختی ریزتر فیلم OSP را که متعاقباً رشد کرده است تسهیل کند. محلول های مختلف میکرو اچینگ می توانند زبری های متفاوتی را روی سطح مس ایجاد کنند که به نوبه خود بر براقیت و رنگ سطح مس پس از تشکیل فیلم تأثیر می گذارد، زیرا زبری می تواند ضریب شکست و زاویه نور را تغییر دهد. معمولاً از محلول میکرو اچینگ حاوی اجزای خاص استفاده می شود و زمان پردازش و دمای آن برای دستیابی به اثرات میکرو اچینگ دقیق کنترل می شود.
اسید شویی: عملکرد اسیدشویی حذف کامل مواد باقیمانده روی سطح مس پس از ریز خوردگی است و از تمیز بودن سطح مسی اطمینان حاصل می کند و شرایطی را برای پیشرفت روان فرآیند بعدی ایجاد می کند. محلول ترشی می تواند ناخالصی هایی را که ممکن است در طول فرآیند میکرو اچ باقی بمانند را خنثی و حل کند و وضعیت سطح مس را بیشتر بهینه کند.
تشکیل فیلم: برد مدار چاپی از پیش تصفیه شده را در محلولی حاوی ترکیبات ایمیدازول و سایر مواد افزودنی غوطه ور کنید. در شرایط کنترل دما، غلظت و زمان مناسب، ترکیبات آزول با سطح مس واکنش داده و یک ماسک لحیم آلی شفاف، متراکم و یکنواخت بر روی سطح مس تشکیل می دهند. این مرحله اصلی فرآیند OSP است که به پارامترهای دقیق راه حل نیاز دارد. حتی تغییرات کوچک در این پارامترها ممکن است بر کیفیت و ضخامت تشکیل فیلم تأثیر بگذارد.
در حال پردازش پست{0}}
شستشو با آب: پس از تشکیل فیلم، بردهای مدار چاپی باید با آب مخصوصاً آب دیونیزه شسته شوند تا محلول ها و ناخالصی های باقی مانده روی سطح از بین بروند. مقدار pH آب پس از شستشو باید به شدت بالای 2.1 کنترل شود تا از گاز گرفتن و حل شدن فیلم OSP در محلول شستشوی بیش از حد اسیدی و در نتیجه ضخامت ناکافی جلوگیری شود.
خشک کردن: برای اطمینان از خشک شدن لایه پوشش روی تخته و داخل سوراخ ها، معمولاً توصیه می شود از هوای گرم در دمای 60-90 درجه سانتیگراد به مدت حدود 30 ثانیه استفاده کنید. با این حال، دما و زمان ممکن است بسته به مواد OSP متفاوت باشد و باید با توجه به وضعیت واقعی تنظیم شود. با عملیات خشک کردن، فیلم OSP محکم به سطح مس متصل می شود و کل فرآیند OSP را تکمیل می کند.
مزایای فرآیند OSP
هزینه{0}}اثربخشی قابل توجه: در مقایسه با برخی از روشهای تصفیه سطح که از فلزات گرانبها یا فرآیندهای پیچیده استفاده میکنند، مانند آبکاری نیکل الکترولس/طلای غوطهوری، فرآیند OSP هزینه کمتری دارد. این نیازی به تجهیزات گران قیمت ندارد، هزینه مواد نسبتا کم است، و فرآیند نسبتا ساده است، مصرف انرژی و هزینه های نیروی کار را در فرآیند تولید کاهش می دهد. برای تولید در مقیاس بزرگ بسیار مناسب است و مزایای آشکاری در زمینه های حساس به هزینه مانند لوازم الکترونیکی مصرفی دارد.
عملکرد جوش خوب: سطح مسی که با OSP درمان شده است، جوش پذیری خوبی در طول جوشکاری اولیه دارد و از یکپارچگی و قابلیت اطمینان اتصالات لحیم کاری اطمینان می دهد. در لحیم کاری{1}}بدون سرب، عملکرد آن به همان اندازه عالی است. از آنجا که در طول لحیم کاری، فیلم OSP را می توان به سرعت توسط شار جدا کرد و به لحیم کاری اجازه می دهد تا مستقیماً به مس لحیم شود و ترکیب بین فلزی قلع مس حاصله دارای استحکام پیوند قوی است.
صافی سطح بالا: با توجه به فیلم OSP بسیار نازک، برد مدار چاپی پردازش شده می تواند صافی خوبی را حفظ کند. این برای دستگاههایی با الزامات مونتاژ بالا، مانند مدارهای مجتمع با بستهبندی گامهای ریز، بسیار سودمند است، که میتواند به طور موثر از عیوب جوشکاری ناشی از سطوح ناهموار جلوگیری کند.
مزایای زیست محیطی: فرآیند OSP از مواد سمی یا فلزات سنگین استفاده نمی کند و با مقررات زیست محیطی مطابقت دارد. در دنیای امروزی که به طور فزاینده ای نسبت به محیط زیست آگاه است، این مزیت فناوری OSP را در صنعت تولید الکترونیک رقابتی تر می کند.
محدودیت های فرآیند OSP
عمر ذخیره سازی محدود: فیلم OSP به تدریج اثر محافظتی خود را در صورت قرار گرفتن در معرض محیط های نامطلوب برای مدت طولانی از دست می دهد که منجر به اکسیداسیون سطح مس می شود و بر عملکرد جوش تأثیر می گذارد. به طور کلی، بردهای مدار چاپی پردازش شده OSP باید ظرف 6 ماه پس از ساخت مورد استفاده قرار گیرند. و در طول فرآیند ذخیره سازی سطح OSP نباید با مواد اسیدی تماس داشته باشد و دما نباید خیلی بالا باشد در غیر این صورت OSP تبخیر می شود.
دوام مکانیکی ضعیف: لایه فیلم OSP بسیار نازک است و از استحکام مکانیکی پایینی برخوردار است که باعث میشود به راحتی در هنگام ساخت و جابجایی خراشیده یا آسیب ببیند. هنگامی که لایه فیلم آسیب می بیند، سطح مس به راحتی در معرض هوا اکسید می شود که کیفیت جوش را کاهش می دهد. بنابراین در حین کار و حمل و نقل احتیاط بیشتری لازم است و اقدامات حفاظتی مربوطه باید انجام شود.
مشکل در تست و نگهداری: به دلیل ماهیت شفاف و بی رنگ فیلم OSP، بررسی و تشخیص بصری که آیا برد مدار چاپی با OSP پوشش داده شده است، نسبتاً دشوار است. در طول فرآیند جوشکاری، شار قوی تری برای از بین بردن کامل لایه محافظ مورد نیاز است، در غیر این صورت می تواند به راحتی منجر به نقص جوش شود. علاوه بر این، OSP خود نارسانا نیست و برای سناریوهای کاربردی خاصی که نیاز به عملکرد الکتریکی خاصی دارند، مناسب نیست. برای OSP ایمیدازول، فیلم محافظ ضخیم تشکیل شده نیز ممکن است بر تست الکتریکی تأثیر بگذارد.
سناریوهای کاربردی فرآیند OSP
در زمینه لوازم الکترونیکی مصرفی، فناوری OSP به طور گسترده در تولید برد مدار چاپی محصولات الکترونیکی مصرفی متعددی مانند تلفن های همراه، تبلت ها، لپ تاپ ها، کنترل از راه دور، اسباب بازی ها و ماشین حساب های ساده استفاده می شود. این محصولات معمولاً به صورت انبوه-با کنترل هزینه دقیق و الزامات عملکرد متوسط تولید می شوند. مزیت هزینه فناوری OSP، عملکرد جوش خوب و سطح صاف کاملاً این نیازها را برآورده می کند.
محصولات با فضای مورد نیاز بالا: فناوری OSP همچنین دارای مزایای منحصربهفردی در برخی از دستگاههای الکترونیکی کوچک با نیازهای فضایی بسیار سخت، مانند میکروسنسورها، ماژولهای بلوتوث کوچک، دستگاههای پوشیدنی و غیره است. میتواند صافی سطح برد مدار چاپی را حفظ کند، که برای دستیابی به طرحبندی مدار با تراکم بالا در فضای محدود مفید است.