El OSP, cuyo nombre completo es Conservador Orgánico de la Soldadura, preserva la superficie de cobre de la oxidación aplicando una capa protectora muy fina de material sobre el cobre expuesto, normalmente mediante un proceso transportado. Utiliza un compuesto orgánico de base acuosa que se une selectivamente al cobre y proporciona una capa organometálica que protege el cobre antes de la soldadura. También es extremadamente ecológico en comparación con los otros acabados comunes sin plomo, que sufren de ser más tóxicos o de un consumo de energía sustancialmente mayor.

El grosor típico del OSP es de 0,2 – 0,65um y su vida útil es de 6 meses. El proceso de fabricación de OSP es sencillo y, al igual que el acabado HASL, el coste de producción de OSP es inferior al de la mayoría de los demás acabados superficiales.

Ventajas:

• Sin plomo
• Superficie plana
• Proceso sencillo
• Reparable

Desventajas:

• No es bueno para el HTP
• Sensible
• Corta vida útil

La conexión eléctrica de una placa de circuito impreso depende de la conductividad del cobre. Sin embargo, como sustancia química activa, el cobre tiende a oxidarse cuando se expone a la humedad atmosférica, lo que provoca problemas que posiblemente se produzcan en la soldadura a alta temperatura, lo que amenaza gravemente la fijación sólida de los componentes en las placas de circuito impreso y reduce la fiabilidad de los productos finales. Por lo tanto, el acabado de la superficie tiene dos responsabilidades clave en lo que respecta al rendimiento de las placas de circuito impreso: proteger el cobre de la oxidación y proporcionar una superficie de alta soldabilidad cuando los componentes estén listos para ser montados en las placas.

Los acabados de las placas pueden clasificarse en diferentes categorías en función de las distintas tecnologías y sustancias químicas implicadas: HASL (nivelación de soldadura por aire caliente), estaño/plata por inmersión, OSP, ENIG y ENEPIG, etc. Entre todos los acabados, el OSP es cada vez más frecuente debido a su bajo coste y a sus atributos de respeto al medio ambiente, lo que hace más necesario que lo comprendamos mejor. Eso es lo que pretende este artículo.

Breve introducción al OSP

OSP es la abreviatura de “conservantes orgánicos de soldabilidad”, y también se denomina antidesgaste. Se refiere a una capa de acabado orgánico que se genera sobre el cobre limpio y desnudo por adsorción. Por un lado, este acabado orgánico es capaz de impedir que el cobre se oxide, por choque térmico o por humedad. Por otro lado, tiene que ser fácilmente eliminado por el fundente en el proceso posterior de soldadura, para que el cobre limpio expuesto pueda unirse con la soldadura de fusión, de modo que se puedan generar uniones de soldadura en un tiempo extremadamente corto.

El compuesto químico de base acuosa aplicado pertenece a la familia de los azoles, como los benzotriazoles, los imidazoles y los benzimidazoles, todos los cuales se adsorben en la superficie del cobre con la coordinación que se forma entre ellos y los átomos de cobre, dando lugar a la producción de la película. En cuanto al grosor de la película, la realizada mediante benzotriazoles es fina, mientras que la realizada mediante imidazoles es relativamente gruesa. La diferenciación en el grosor tendrá un impacto distinto en el efecto del acabado de la placa, que se discutirá en la parte posterior de este artículo.

Proceso de fabricación de OSP

En realidad, la OSP tiene una década de historia que es más larga que la de la tecnología de montaje superficial (SMT). Este es el proceso de fabricación de la OSP.

La función de la “limpieza” es eliminar los contaminantes orgánicos, como el aceite, las huellas dactilares, la película de oxidación, etc., para que la superficie de la lámina de cobre quede limpia y brillante, que es la exigencia fundamental. Este paso desempeña un papel bastante crucial en la calidad de construcción de los conservantes. Una mala limpieza tenderá a causar un grosor desigual en la formación de conservantes. Para garantizar la alta calidad de la película OSP acabada, por un lado, la concentración de la solución de limpieza debe controlarse dentro de un rango estándar mediante un análisis químico de laboratorio. Por otro lado, se aconseja comprobar el efecto de la limpieza tan a menudo como sea posible y, cuando el efecto no alcance el estándar, la solución de limpieza debe sustituirse inmediatamente.

En el proceso de mejora de la topografía, se suele aplicar el micrograbado para eliminar sustancialmente la oxidación generada en la lámina de cobre, de modo que se puedan mejorar las fuerzas de unión entre la lámina de cobre y la solución OSP. La velocidad del micrograbado influye directamente en la velocidad de formación de la película. Por lo tanto, para obtener un espesor de película suave y uniforme, es fundamental mantener la estabilidad de la velocidad de micrograbado. En general, es conveniente controlar la velocidad de micrograbado en el rango de 1,0 a 1,5μm por minuto.

Es mejor que el enjuague DI se utilice antes de la acumulación de conservantes, en caso de que la solución OSP se contamine con otros iones, lo que provoca el deslustre después de la soldadura por reflujo. Del mismo modo, es mejor que el enjuague DI se utilice después de la formación de conservantes con un valor de PH entre 4,0 y 7,0 en caso de que los conservantes se destruyan como resultado de la contaminación.

Ventajas de la OSP

Hoy en día, el OSP se aplica habitualmente debido a sus ventajas, que se exponen a continuación:

• Proceso de fabricación sencillo y reutilizable: Las placas de circuito impreso revestidas con OSP pueden ser fácilmente reelaboradas por los fabricantes de placas de circuito impreso, de modo que los ensambladores de placas de circuito impreso pueden disponer de nuevos revestimientos una vez que su revestimiento se encuentre dañado.

• Buena humectabilidad: Las placas revestidas con OSP se comportan mejor en cuanto a la humectación de la soldadura cuando el fundente se encuentra con las vías y las almohadillas.

• Respetuoso con el medio ambiente: Como el compuesto a base de agua se aplica en el proceso de generación de OSP, no perjudica a nuestro medio ambiente, lo que responde a las expectativas de la gente de un mundo verde. Como resultado, el OSP es una selección óptima para los productos electrónicos que cumplen las normativas ecológicas, como la RoHS.

• Bajo coste: Debido a los sencillos compuestos químicos aplicados en la creación del OSP y a su fácil proceso de fabricación, el OSP destaca en términos de coste entre todos los tipos de acabados superficiales. Cuesta menos, lo que hace que al final el coste de las placas de circuito sea menor.

• Es apto para la soldadura por reflujo en el montaje SMT de doble cara: Junto con el desarrollo y el progreso constantes de la OSP, ha sido aceptada desde el montaje SMT de una cara hasta el montaje SMT de dos caras, ampliando drásticamente sus campos de aplicación.

• Baja necesidad de tinta de máscara de soldadura

• Largo tiempo de almacenamiento

Requisitos de almacenamiento de las placas de circuito impreso recubiertas con OSP

Como el conservante generado por la tecnología OSP es tan fino y fácil de cortar, hay que tener mucho cuidado en el proceso de funcionamiento y transporte. Las placas de circuito impreso con OSP como acabado superficial están expuestas a altas temperaturas y humedad durante un tiempo tan prolongado que posiblemente se genere oxidación en la superficie de las placas de circuito impreso, lo que provocará una baja soldabilidad. Por lo tanto, los métodos de almacenamiento deben atenerse a estos principios:

a. Se debe utilizar un envase al vacío con desecante y tarjeta de visualización de la humedad. Poner papel antiadherente entre las placas de circuito impreso para evitar que la fricción destruya la superficie de las placas.

b. Los PCB no pueden estar expuestos directamente a la luz solar. Los requisitos del entorno de almacenamiento óptimo son: humedad relativa (30-70%RH), temperatura (15-30°C) y tiempo de almacenamiento (menos de 12 meses).

Posible problema de la OSP después de la soldadura

A veces, el color de las placas OSP cambia después de la soldadura, lo que tiene que ver principalmente con el grosor de los conservantes, la cantidad de micrograbado, los tiempos de soldadura e incluso los contaminantes anormales. Por suerte, este probelema puede observarse sólo por el aspecto. Normalmente, se dan dos circunstancias:

Para la Circunstancia#1, en el proceso de soldadura, el fundente es capaz de ayudar a eliminar las oxidaciones para que el rendimiento de la soldadura no se vea influenciado. En consecuencia, no es necesario realizar más mediciones. Por el contrario, la Circunstancia#2 se produce porque la integridad de la OSP ha sido destruida, de modo que el fundente no es capaz de eliminar las oxidaciones, lo que disminuirá en gran medida el rendimiento de la soldadura.

Por lo tanto, hay que realizar las siguientes mejoras y mediciones para garantizar el aspecto y el rendimiento del acabado superficial de los conservantes orgánicos de la soldabilidad:

a. El grosor del OSP debe controlarse dentro de un rango determinado;

b. La cantidad de micrograbado debe controlarse dentro de un rango determinado;

c. Durante la fabricación de la placa de circuito impreso, los contaminantes (residuos de gel, tinta, etc.) deben eliminarse al 100% en caso de que se produzcan anomalías parciales o una mala soldadura.