La protection de surface organique (OSP, Organic Solderability Preservative ou encore Organic Surface Protection) représente une alternative économique aux surfaces finales métalliques des circuits imprimés. Une couche organique est formée sur les points de cuivre exposés, ce qui les protège de l'oxydation par l'oxygène. Ainsi, la soudabilité du circuit imprimé est maintenue pendant une période définie, sans qu'une couche de protection métallique supplémentaire ne soit nécessaire.
La durée de conservation des circuits imprimés enduits avec l'OSP ENTEK Plus HT est d'au moins six mois à une température maximale de 30 °C et une humidité relative maximale de 70 %. Ensuite, un nouveau revêtement peut être appliqué pour renouveler la durée de conservation. Des alternatives permettant d'augmenter la durée de stockage à plus de 12 mois sont actuellement à l'étude. KSG applique une épaisseur de couche OSP qui permet des charges thermiques multiples lors du traitement ultérieur des circuits imprimés. L'épaisseur de la couche obtenue est régulièrement contrôlée par analyse spectrophotométrique.
Avantages et inconvénients de l'OSP
Par rapport au processus d'étamage à l'air chaud, la protection organique de surface (OSP) se caractérise par un dépôt très fin et homogène. Elle est donc idéale pour les pastilles CMS plates et simplifie l'impression de la pâte à braser. Grâce au dépôt à 35 °C, il n'y a pas de stress thermique sur la pastille conductrice et il n'y a pas de déformation ou de fissuration du matériau de base. Pour les applications à haute fréquence, l'OSP est une surface finale privilégiée, car les propriétés de transmission électrique ne sont pas altérées par le dépôt organique, comparé à une surface finale métallique comme l'or chimique au nickel. L'OSP convient pour la technique d'insertion en force et peut également être combiné avec d'autres surfaces d'extrémité (par ex. nickel-or galvanique).
Il faut savoir que la couche OSP est attaquée par les solvants, les acides et les bases. Cela a pour conséquence qu'une retouche lors de l'impression de la pâte à braser n'est possible que dans une certaine mesure, car le flux dans la pâte à braser attaque la couche OSP et le cuivre peut être exposé après le retrait de la pâte à braser et le nettoyage du circuit imprimé. Lors de l'emballage de circuits imprimés avec revêtement OSP, en cas de papier intermédiaire, celui-ci devrait être exempt de soufre et de pH neutre, et le déshydratant dans le paquet ne devrait jamais entrer en contact direct avec la couche OSP, car les déshydratants peuvent contenir des composés soufrés et endommager ainsi la couche protectrice organique.
Recommandations sur l'aptitude à la transformation
Pour obtenir des résultats de brasage optimaux, les paramètres de brasage doivent être adaptés à la nouvelle surface. Pour tous les circuits imprimés ENTEK Plus HT, il faut notamment tenir compte du choix du flux et de la pâte à braser utilisés ainsi que des effets de la température sur la surface pour les installations de brasage sans gaz protecteur.
La couche OSP est endommagée par les chlorures et les composés soufrés de l'air ambiant. Cela signifie qu'après l'ouverture de l'emballage de livraison, les circuits imprimés non traités doivent être réemballés le plus rapidement possible et stockés dans les conditions mentionnées. En outre, il convient de renoncer à l'utilisation de rubans adhésifs, d'étiquettes adhésives, d'encres pour tampons, de marqueurs et d'élastiques en contact direct avec la couche OSP, car ils peuvent également contenir des composés soufrés.
Attention à la température de surface
La couche OSP est influencée par la chaleur et l'oxygène. Lorsque les circuits imprimés sont exposés à des températures particulièrement élevées, l'oxygène se diffuse à travers la couche OSP et la couche d'oxyde de cuivre à la limite entre le cuivre du circuit imprimé et la couche organique s'agrandit (de l'ordre de quelques nanomètres). L'utilisation de profils de refusion à basse température et d'azote comme gaz de protection permet de produire moins d'oxyde de cuivre que les profils de refusion à haute température et le traitement sous atmosphère d'air. Cet aspect doit être pris en compte non seulement pour le placement lui-même, mais aussi pour le recuit avant le placement. Ainsi, un recuit prolongé à plus de 100 °C sans gaz protecteur n'est pas possible. Le fournisseur de procédés indique comme limite pour ENTEK Plus HT 125 °C pendant 3 heures. L'action de la température sur la couche OSP a un autre effet : l'OSP devient plus dure et plus compacte, ce qui est renforcé par l'utilisation d'azote. Les aspects expliqués font que la couche OSP est difficile à enlever et que le choix du flux et de la pâte à braser utilisés joue un rôle important.
Choisir le bon flux et la bonne pâte à braser
Que se passe-t-il au niveau de la couche OSP lors du brasage ? Les composants du flux ou de la pâte à souder, plus précisément les solvants organiques et les acides organiques, provoquent le détachement de la couche OSP. D'autres composants, principalement les activateurs, éliminent en revanche la très fine couche d'oxyde de cuivre qui se trouve entre la couche OSP et le cuivre des circuits imprimés. Ensuite, la phase intermétallique entre le cuivre et l'étain peut se former lors du soudage, c'est-à-dire qu'un mouillage sans défaut peut avoir lieu.
Il a été démontré que certains solvants et acides organiques enlèvent plus efficacement la couche d'ENTEK Plus HT et que la couche d'oxyde de cuivre est mieux déclenchée par certains activateurs. En général, les combinaisons des ingrédients mentionnés donnent de meilleurs résultats. Ceci est particulièrement important lorsque la couche OSP a déjà subi des étapes de température, par exemple en cas de brasage par refusion multiple. Des flux spécialement adaptés au brasage sélectif et au brasage à la vague peuvent mieux nettoyer la surface de cuivre ; lors du processus de refusion, le choix de la pâte à braser permet d'éliminer plus efficacement la couche OSP soumise à la température.
Test de qualification
Pour vérifier la fiabilité, il n'est pas possible d'appliquer aux circuits imprimés ENTEK Plus HT un vieillissement thermique tel qu'il est effectué sur les circuits imprimés étamés pour simuler un stockage à long terme. Un test de la surface organique qui a fait ses preuves est le test climatique (5 jours, 40 °C, 92 % d'humidité relative). Celui-ci montre clairement si la qualité du revêtement de surface appliqué est parfaite ou altérée. Les défauts ou les pores sont très faciles à détecter après le test, car les zones de cuivre non protégées s'oxydent pendant le test climatique et prennent ainsi une couleur sombre. Outre le test climatique, KSG Group contrôle également régulièrement la mouillabilité dans le cadre du test de fiabilité au moyen du Solder Spread Test et du Solder Float Test.
Clés à emporter
Dans l'ensemble, l'OSP est extrêmement polyvalente et offre, outre les aspects financiers et environnementaux, un certain nombre d'avantages par rapport aux surfaces finales métalliques. Pour maximiser la durabilité et les performances de la surface OSP, il convient de suivre attentivement les recommandations relatives au traitement ultérieur. Ce n'est que récemment que le groupe KSG a étendu ses capacités dans le domaine du traitement de surface organique et mis en service une nouvelle installation OSP.
