OSP

Zákaz používání olovnaté pájky v elektrotechnickém, průmyslu přinesl určité problémy jak ve výrobě plošných spojů, tak v osazovnách. Výhodné vlastnosti pájky Sn63/Pb se jen těžko nahrazují.

Vypadá snadné nahradit stávající pájku v halu za bezolovnatou. Na trhu jich je několik typů. Porovnáním a problematikou použití pájek se zabývá například článek Doc. Ing. Ivana Szendiucha - Pájení a bezolovnaté pájky. Článek je zaměřen na pájení, ale jsou v něm obsaženy informace i pro výrobce plošných spojů, které ovlivňují volbu technologie povrchových úprav desek plošných spojů.

Z hlediska „estetických“ hodnocení zapájení je nejvýhodnější hal. Pájecí ploška je celá zakrytá pájkou. To je taková největší přednost v porovnání s ostatními technologiemi. Bezolovnatý hal má vyšší teplotu tavení a plošný spoj je při halování více tepelně namáhán se všemi neblahými důsledky pro základní materiál desky. Bezolovnatá pájka má opačnou smáčivost proti pájce s obsahem olova. To má za následek, že rovnost nánosu pájky na pájecí plochu je horší než u pájek olovnatých. Omezuje to použití halu na povrchovou úpravu desek s povrchovou montáží. Při kombinaci bezolovnaté pájky z halu s olovnatou pájkou při pájení může vzniknout slitina SnPb s velmi nízkým bodem tavení a při zahřátí pájeného spoje na teplotu 90 stC velmi podstatně klesá pevnost pájené spoje a může dojít až k uvolnění povrchově pájených součástek. To je potřeba mít na vědomí při objednávání povrchové úpravy plošného spoje. Naše firma používá v halu pájku Cn100C firmy Balver Zinn .

Řešení rovnosti v souladu s „estetickým“ hodnocením přináší použití chemických nánosů kovů, nebo organických povlaků. Nejvíce nabízeným na trhu je nanešení chemického cínu. Naše firma se chemickým nánosem cínu a chemického zlata zabývala delší dobu. Zkušenosti s těmito technologiemi máme velmi nedobré. V počátcích velmi prosazované chemické zlato vedlo při velkých potížích s pájením až k značné nedůvěře osazoven ke zlatému povrchu plošných spojů. Vyzkoušeli jsme i chemický cín. Výrobky po zhotovení vypadali velmi krásně, ale již po krátké době skladování desky ztratili lesk a staly se naprosto nepájitelnými. Příčinou byl vznik difúzní intermetelické slitiny Cu6Sn5 a Cu3Sn. Tyto slitiny vznikají na styčné ploše měděného povrchu a cínového povlaku. Vznikají stále a narůstají. Jejich neblahý vliv na pájitelnost a mechanickou pevnost spoje je popsán v článku Pájení a bezolovnaté pájky. U halovaného zboží, kde je nános cínu 50 a více mikronů se vliv této vrstvy nedokáže projevit. Ale u chemických nánosů kovů v řádech jednotek mikronů se časem dokáží projevit velmi výrazně. Měď je nutno nejprve potáhnout nějakou mezivrstvou, která ji oddělí od chemicky naneseného kovu. U chemického zlata to je například chemicky nanesený nikl, u cínu se většinou používá vodivý organický povlak. Při výrobě plošného spoje vypadá výsledek práce velmi uspokojivě, ale pokud je mezivrstva nedokonale provedena, začne se zlato a cín v mědi pozvolna, ale trvale rozpouštět. Stříbrná barva cínu, nebo zlatá barva zlata začne matnout až na odstín starorůžové barvy. S takovou deskou se již nedá nic dělat a prostě ji nezapájíte. Chemické procesy mohou dávat dobré výsledky, ale vyžadují dokonalou údržbu lázní a pokud možno kontinuální provoz. Každý rozběh výroby dává ve svých počátcích nekvalitní povrch a většinou, když už zboží vypadalo dobře, tak už nebylo co do linky dát. Opravit desku se vzniklou intermetalickou vrstvou cínu však již není možné.

Cestu chemického pokovování jsme opustili a nebudeme se k ní vracet. Potřeba rovného povrchu pájecích ploch a přechod na bezolovnatý provoz nás v roce 2005 přivedla k technologii celoplošného galvanického zlacení plošných spojů. Výhoda tohoto procesu je hlavně v tom, že dává stále stejné opakovatelné výsledky a celý postup lze stanovit výpočtem. Plošné spoje nestárnou, pájecí plochy jsou dokonale rovné, lze je opakovaně, nebo postupně pájet. Obliba tohoto zboží stále roste a v současné době vyrábíme 70% vícevrstvých desek v této technologii. O galvanickém zlacení si můžete přečíst v dalších statích našich stránek.

Výroba jednostranných desek galvanickou cestou je pracná a velmi nákladná. Halování drahou bezolovnatou pájkou na běžné aplikace také není nejhodnější řešení. Z nabízených technologií se nám nejvíce líbí nános organického povlaku metodou OSP. Na vytváření tohoto povlaku jsme nechali postavit horizontální linku firmou PPT s.r.o Trenčanská Teplá. Linka obsahuje vstupní modul s ultrazvukovým čištěním povrchu desek, zaleptávací a čistící modul a modul OSP s patřičnými oplachovými a sušícími moduly. V modulu OSP se používá lázeň MEC SEAL 5018.

Vytvoření organického povlaku OSP je poslední operací při výrobě plošného spoje. Po nanesení nepájivé masky a frézování, nebo drážkováním se desky vkládají do vstupního modulu linky. Působení ultrazvuku zbaví povrch desek prachových částic vzniklých při formátování a desky pak postupují do čistícího a zaleptávacího modulu, kde dojde k mikrozaleptání a vyčištění pájecích ploch. Po průchodu oplachovým modulem se desky brodí v modulu OSP v lázni MEC SEAL 5018. Organický povlak se vytváří pouze na měděných plochách a zabraňuje oxidaci čerstvě zaleptaného povrchu mědi. OSP chrání pájecí plochy před oxidací po dobu půl roku v závislosti na skladovacích podmínkách. Po průchodu oplachovým modulem, je deska horkovzdušně sušena, zabalena a expedována.

Hlavní výhodou tohoto procesu, je že zde nemůže vzniknout intermetalická vrstva a DPS je pájitelná za použití běžných tavidel všemi druhy pájek a to olovnatých, bezolovanatých i za použití specielních slitin. Pokud by doba skladování omezila pájitelnost, tak lze postup opakovat a pájitelnost desky se opět prodlouží o 6 měsíců. Proces mikrozaleptání se podstaně zvětší pájený povrch mědi a tak se zvýší přilnutí cínové pájky a pevnost pájeného spoje.

Metodu OSP lze použít i na vícevrstvé desky, které však mohou projít pouze dvěma procesy pájení. Průchod pájecím zařízení snižuje životnost vrstvy OSP a další pájení je nutno provést bez zbytečných odkladů.

Použití metody OSP u vícevrstvých desek s jemnou kresbou vodičů od poměru mezera/čára 0,2/0,2 mm s povrchem s galvanickým Au zabraňuje vzniku mikrozkratů mezi vodiči. Desky jsou testovány před nanesením nepájivé masky a testerem projdou bez závad. Při manipulaci s deskami před nanesením nepájivé masky může dojít k odlomení hrany kovového rezistu z Ni/Au a drobná šupinka se muže usadit mezi spoji a způsobit zkrat, který se pak velmi obtížně hledá. U širších mezer si můžeme dovolit určité nedoleptání a tak vznik tohoto jevu značně omezit. U tenkých mezer je nutno leptací proces upravit k vyššímu účinku leptání a tím se vyvolá větší možnost odlomení hrany rezistu. Pokud se desky vyrábí s cínovým rezistem tento problém není vůbec, protože se cínový rezist stripováním úplně odstraní. Ale desky se po odstranění cínu musí halovat s velkým dopadem na rovnost pájecích ploch. Pokud se však použije metoda OSP, je zabráněno vzniku možných mikrozkratů a přitom je zajištěna naprostá rovnost pájecích ploch.

Metoda OSP není nic nového a s jejím používáním jsou již značné zkušenosti. Navíc je levnější než použití jiných metod a v dnešní době zejména halování. Proto jsme i v našem ceníku metodu OSP cenově zvýhodnili proti stávajícím technologiím. Nabízíme poněkud zdražený hal, bez cenových změn galvanické zlacení a levnější metodu OSP.

Zajímavé informace o bezolovnatém pájení můžete získat přednáškového materiálu firmy QUALITEK zpracovaného k problematice bezolovnatého pájení.

Vyzkoušejte si, co Vám bude nejvíce vyhovovat.