Органическое защитное покрытие

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Органическое защитное покрытие (ОЗП; англ. Organic solderability preservative – OSP; русс. Органический консервант паяемости) – вид[⇨] неметаллических непроводящих финишных покрытий печатной платы из тонкого полимерного материала, который образует матовую прозрачную поверхность на открытой металлической поверхности контактных площадок.

Применяется в печатных платах из областей медицины и телекоммуникации, а также в планшетах, подушках безопасности, системах управления двигателями.

Назначение[править]

Покрытия обеспечивают защиту открытой поверхности меди от окисления в процессе пайки[⇨] или при хранении печатной платы, до момента пайки[1][2]. Также используется при современных методах упаковки корпуса[en] QFN, BGA[3] в полупроводниковых приборах[⇨], при технологии прессового соединения[de][4], для отверстий с соотношением высоты печатной платы к диаметру отверстия больше единицы[5][6][7].

В стандартах ГОСТ рекомендуется к использованию в изделиях без повышенных требований к надежности (потребительские товары[комм. 1]) и в корпусах с малым шагом[комм. 2] выводов[8][9][10].

Параметры[править]

Толщина покрытия составляет от 0.1 до 0.6 мкм[11]. Бóльшая толщина покрытия влияет на паяемость[⇨][4].

Срок хранения нанесенного покрытия на поверхность составляет 3 месяца без герметичной упаковки и 6 месяцев в герметичной упаковке[8]. Срок хранения в герметичной упаковке может быть увеличен до 12 месяцев, при проверке сохранения паяемости поверхности[12][7].

Виды[править]

Стандартное[править]

Представляет из себя пленку из органических молекул, которая образует химическое соединение с медью[2]. В её состав входит вода, концентрат[en] (фторопласт, алкимидазол), который обеспечивает сохранение паяемости, и органические кислоты[13]. Также в состав покрытия могут входить: бензотриазолы, имидазолы, бензимидазолы, фенилбензимидазолы[en][7].

Бензотриазолы защищающие медь от окисления в период ограниченного времени и образуют с медью мономолекулярный слой, не выдерживающий высокотемпературных воздействий. Они могут использоваться в процессе изготовления печатных плат, например, после операции химического меднения перед нанесением рисунка топологии[2]. Имидазолы более устойчивы. Покрытия с их наличием в составе обладают большей толщиной. Имидазол и бензотриазол способствуют потускнению цвета покрытия[7]. Покрытия с соединениями алкилимидазолов и бензимидазолов совместимы с свинцовой пайкой при низких температурах[4].

Для высоких температур[править]

Для высоких температур пайки используют специальный вид температуростойкого покрытия — Органическое защитное покрытие для высоких температур (англ. Organic solderability preservative high temperature); аббр. OSP HT[9]. Технические требования к данному виду покрытий изложены в стандарте IPC[en] № 4555[14].

Состав такого покрытия состоит из бензимидазола с функциональными группами для увеличения термостойкости состава и его молекулярной массы. Также могут содержать поглотители кислорода[en][7] или имидазол[2], а также соединения арил-фенилимидазола или замещенный фенилимидазол[4].

Обладают бóльшей толщиной (до 1 мкм.)[7], высокой теплостойкостью, выдерживающие двух или трех кратное кратное воздействие температуры до 250 °С[2][15]. Покрытия на основе арилфенилимидазольных соединений отличаются повышенной прочностью, стабильностью до 350°C, лучше защищают от окисления медь, при двукратном инфракрасном оплавлении[en] и выдерживает пиковую температуру оплавления типичных бессвинцовых припоев[4].

Особенности применения[править]

Применяется с 1980 годов, первоначально применялось в Японии[6]. Используется как альтернатива покрытия горячим лужением[en][1].

Является безопасным для окружающей среды[6][10]. Имеет высокую плоскостность поверхности, после нанесения[10][11].

Покрытия на основе химических соединений бензотриазолов или имидозолов взаимодействуют исключительно с медью и не адсорбируются на защитной паяльной маске[en] или диэлектрике; не вызывают дефектов на печатной плате и в процессе лужения[2][6]. При нарушении механической прочности (растрескивании) покрытия образуются оксиды меди.

В высокочастотной технике[править]

Использование покрытия в изделиях диапазона высоких частот ограничено из-за отсутствия непосредственного контакта экрана с медью на контактной площадке[5][8]. Однако, поскольку оно не проводит электрический ток, то не оказывает влияние на потери при передаче высочастотных сигналов[16].

В процессе пайки[править]

Основной источник: [1]

Покрытие замедляет окисление меди, что позволяет сохранить способность медной поверхности к пайке при многократных циклах оплавления. При этом, с каждым циклом оплавления, свойства покрытия по предотвращению окисления меди ухудшаются. В процессе пайки покрытие разлагается[11]. Покрытие при пайке должно обеспечивать высокую прочность формируемого соединения, растекаемость паяльной пасты по всей поверхности пайки, способность заполнения отверстий при высоких температурах бесвинцовой пайки[4].

Стандартный вид покрытия обладает низкой технологической надежностью, так как имеет малый ограниченный жизненный цикл и не обладает возможностью двух или трех циклов пайки, ухудшается смачиваемость. Он не выдерживает температуру оплавления низкотемпературного припоя. После первичной пайки слой покрытия теряет способность к последующей пайке, особенно при высоких температурах. Для обеспечения многократной пайки используют азот. Контактные площадки должны быть облужены или дополнительно защищены после монтажа. При пайке, на одной из сторон, двухсторонней печатной платы поверхностного монтажа, на противоположной стороне стандартное покрытие может портиться, что вызывает дефекты при пайке.

Покрытия на основе замещенных бензимидазолов не удовлетворяют современным требованиям к паяемости[4]. Покрытия с имидазолом в составе разрушаются в процессе пайки с слабоактивными флюсами или паяльными пастами, что позволяет припою смачивать поверхность меди.

При большой толщине покрытия ухудшается его растворимость в флюсе и паяльной пасте, смачиваемость припоя, заполнение сквозных отверстий[7].

При применении покрытия в печатных платах толщиной от 2 мм. с технологией смешанного монтажа нужны активные флюсы, для поддержания своей активности в всем диапазоне температур пайки[7], чтобы растворить покрытие до того, как припой вступит в реакцию с медной поверхностью[17]. В результате чего открытая медь образует интерметаллическое соединение с оловом припоя[7]. Покрытие совместимо с припоями имеющими в своем составе свинец, олово, висмут, серебро[17].

Покрытие может использоваться при смешанной технологии монтажа: пайке паяльными пастами с использованием нагрева и пайке волной припоя, при которых покрытие замещается флюсом[6]. Неактивный флюс, при пайке, обнажает большое количество меди, чем припой может смочить. В результате образуется кольцо незащищенной меди, где возможна её коррозия[7]. Покрытие совместимо с водосмываемыми органическими и флюсами содержащими канифоль с умеренной активацией. Но может быть несовместимо с менее активными флюсами, на основе канифоли, не требующие отмывки[18].

При контроле толщины и электрическом контроле[править]

Поверхность меди вместе с нанесенным покрытием не проводит ток, так как покрытие является изолятором[18], из-за чего оно не предназначено для внутрисхемного электрического контроля[en] с помощью тестовых зондов[en][8][7]. Попадание тестового зонда на поверхность с нанесенным покрытием также может вызвать её деформацию, путем прокола[5].

Для контроля нанесения покрытия использую спектрофотометр или сфокусированный ионный пучок[12]. Также используют тест-купон[en] на мультизаготовке, который помещается в раствор кислоты или растворителя, чтобы снять покрытие с поверхности. После, анализируется раствор под ультрофиолетовым или видимым излучением. Покрытие сложно поддается визуальному контролю, так как из-за его прозрачности трудно определить пропуски его нанесения и наличия инородных частиц на поверхности[7][18].

При корпусировании интегральных схем[править]

Основные источники: [4], [3]

Используется совместно с золотыми покрытиями при корпусировании интегральных схем[6][19][15]. Покрытие не совместимо с проволочными соединениями из алюминия[7]. Покрытия на основе бензотриазола и алкилимидазола, при одновременном применении с оловом, припоем и золотым покрытием образовывают пленку на последних, что мешает созданию проволочных соединений. Для её удаления используют спирт, либо дополнительно заранее покрывают защитным слоем, для исключения попадания покрытия. При попадании покрытия на золото его контактное сопротивление резко увеличивается. Покрытия на основе имидазола позволяют избежать возникновения данной проблемы.

При нанесении паяльной пасты[править]

См. также: Паяльная паста

В случае удаления с поверхности ошибочно нанесенных участков паяльной пасты с помощью органического растворителя, необходимо учитывать, что последний может вступать в реакцию с покрытием и удалять или уменьшать его толщину. Это снижает эффективность применения покрытия, для предотвращения окисления меди. Для улучшения эффективности, необходимо обеспечивать их совместимость между собой[5].

Влияние на стоимость[править]

Покрытия обладают более низкой стоимостью, снижение на 30%, по сравнению с другими покрытиями печатных плат[11][20]. Для уменьшения себестоимости применения покрытия процесс пайки осуществляют в одну стадию группового нагрева[1].

Технологический процесс нанесения[править]

Покрытия обладают простым технологический стабильным процессом нанесения на поверхность химическим способом из водного раствора прозрачного бледно-голубого цвета[3][6]. Основным компонентом раствора является производное вещество имидазола с pH 2,7–3,0. Оно осаждается на поверхность, в течение 60–90 с., с толщиной слоя 0,2–0,3 мкм., при температуре 35–45 °С[13].

Нанесение покрытия осуществляют после электрического тестирования платы, создания металлизации, нанесения паяльной маски[10] и разделения на отдельные платы из мультизаготовки, чтобы минимизировать риск загрязнений поверхности нанесения. Перед нанесением покрытия, поверхность очищают от загрязнений и удаляют окислы с поверхности меди, её микротравлением, с помощью кислых растворов для увеличения адгезии покрытия при помощи увеличения площади поверхности для нанесения покрытия. Процесс подготовки медной поверхности включает этапы: обезжиривание[en], подтравливание, декапирование[6][7][13].

Затем, в два этапа, наносят само покрытие, в системах горизонтальной или вертикальной обработки поверхности[6][10][18]. На первом этапе наносят непосредственно само покрытие на очищенную поверхность. На втором этапе, для предотвращения потускнения покрытия, добавляют специальные добавки[10][18]. В результате нанесения покрытия образуется химическая связь меди и азотной группы вещества. Наличие меди в химической ванне позволяет осаждать покрытия большей толщины[7].

Преимущества и недостатки применения[править]

Основной источник: [6]; [13]; [21]
Преимущества: Недостатки:
Совместимость с поверхностным монтажом из-за высокой планарности поверхности и равномерной толщины покрытия. Подвержено механическим повреждениям при малой толщине покрытия.
Подходит для компонентов с малым шагом выводов. Ограниченное число термических циклов при пайке.
Надежно защищает переходные отверстия[en] во время эксплуатации. Малый срок хранения, от 3 до 6 месяцев.
Низкая стоимость. Наличие ограничений для контроля толщины нанесения.
Экологически чистый технологический процесс. Наличие ограничений при нанесении растворителя для устранения дефектов нанесения пасты.
Ремонтопригодность
Высокая теплостойкость для покрытий предназначенных для использования при высоких температурах
Высокая водонепроницаемость
Может использоваться для высокочастотных применений

Примечания[править]

Комментарии[править]

  1. ↑ Электронные изделия общего применения (компьютеры, периферийные устройства, электронные блоки и модули обеспечивающие функционирование готового изделия) и специализированная электронная аппаратура (коммуникационная аппаратура, сложные вычислительные средства, аппаратура с высоким качеством и длительным сроком службы без обязательной непрерывной работы и отказов при соблюдении условий эксплуатации).
  2. ↑ Менее 0.5 мм., включительно

Источники[править]

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Покрытия, 2008, Раздел 2.4.9 — Покрытия монтажных поверхностей (покрытия под пайку), с. 41.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Статья, 2005, с. 162.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 Printed Circuit Design & Fab Online Magazine - Choosing the Right Surface Finish for a PCB. pcdandf.com. Проверено 16 мая 2026.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 Circuits Assembly Online Magazine - OSP Myths Dispelled. circuitsassembly.com. Проверено 16 мая 2026.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Вестник, 2012, с. 170.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 6,7 6,8 6,9 Статья, 2005, с. 163.
  7. ↑ 7,00 7,01 7,02 7,03 7,04 7,05 7,06 7,07 7,08 7,09 7,10 7,11 7,12 7,13 7,14 Клубмз, 2016, 35.6 Organic solderability preservatives.
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 ГОСТ Р 56427-2022. Пайка электронных модулей радиоэлектронных средств. Автоматизированный смешанный и поверхностный монтаж с применением бессвинцовой и традиционной технологии. Требования к технологии сборки и монтажа. internet-law.ru. Проверено 9 мая 2026.
  9. ↑ 9,0 9,1 ГОСТ Р 55693-2013 Платы печатные жесткие. Технические требования, ГОСТ Р от 22 ноября 2013 года №55693-2013. docs.cntd.ru. Архивировано из первоисточника 9 августа 2020. Проверено 9 мая 2026.
  10. ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 10,4 10,5 Вестник, 2012, с. 169.
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 11,3 Азбука, 2024, 1.4.4 Органическая защита (OSP), с. 18.
  12. ↑ 12,0 12,1 Circuits Assembly Online Magazine - IPC Task Group Edges Toward Finish of OSP Spec. circuitsassembly.com. Проверено 16 мая 2026.
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 Пирогова, 2005, 5.14 — Нанесение покрытия на участки проводящего рисунка, свободные от защитной паяльной маски (финишные процессы), с. 389, 390.
  14. ↑ Performance Specification for High Temperature Organic Solderability Preservatives (OSP) for Printed Boardsангл.. shop.electronics.org. Проверено 16 мая 2026.
  15. ↑ 15,0 15,1 Printed Circuit Design & Fab Online Magazine - Will OSP Spec Finally Be Finished?. pcdandf.com. Проверено 16 мая 2026.
  16. ↑ Reassessing Surface Finish Performance for Next-generation Technology, Part 1англ.. iconnect007.uberflip.com. Проверено 16 мая 2026.
  17. ↑ 17,0 17,1 Printed Circuit Design & Fab Online Magazine - Selecting the Right Final Finish. pcdandf.com. Проверено 16 мая 2026.
  18. ↑ 18,0 18,1 18,2 18,3 18,4 Шейкин, 2013, Органические защитные покрытия (OSP, Organic Solderability Preservatives), с. 158.
  19. ↑ Printed Circuit Design & Fab Online Magazine - Selecting the Right Final Finish. pcdandf.com. Проверено 16 мая 2026.
  20. ↑ Вестник, 2012, таблица №3, с. 173.
  21. ↑ Азбука, 2024, 1.4.4 Органическая защита (OSP), с. 19.

Литература[править]

Книги[править]

  • Е. В. Пирогова Проектирование и технология печатных плат. — М.,: Форум, 2005. — 560 с. — ISBN 5-8199-0138-Х.
  • Технологии в производстве электроники. Часть III. Гибкие печатные платы / под ред. А. М. Медведева и Г. В. Мылова. — М.,: Группа ИДТ, 2008. — С. 40—43. — 488 с. — ISBN 978-5-94833-078-5.
  • Clyde F. Coombs, Jr., Happy T. Holden Printed Circuits Handbook.. — 2016.
  • Т. А. Аминджанов, А. А. Марков, Я. Н. Рогозовец 1.4.4 Органическая защита (OSP) // Азбука радиоэлектроники и секретов стабильно высокого качества / сост. А. А. Марков. — СПб.,: Академия безопасности StarLine, 2024. — С. 18, 19. — 351 с.

Статьи[править]

  • Лилия Григорьева, Валентин Терешкин, Жанетта Фантгоф Органическое защитное покрытие как альтернатива процесса горячего лужения печатных плат // Компоненты и технологии : журнал. — 2005. — № 1. — С. 162, 163.
  • Владимир Макаров, Kenneth Jonsson Финишные покрытия — опыт практика // Технологии в электронной промышленности : журнал. — 2011. — № 7. — С. 5.
  • Ю. П. Ерендеев Финишные покрытия печатных плат в промышленных технологиях производства современной аппаратуры // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета : журнал. — 2012. — № 7. — С. 169—176.
  • М. Шейкин Не оловом единым. Технологии и свойства современных финишных покрытий печатных плат. // Электроника: Наука, технология, бизнес. : журнал. — 2013. — № 3. — С. 154—163.
В сносках к статье найдены неработоспособные вики-ссылки.
Исправьте короткие примечания, установленные через шаблон sfn или его аналоги, в соответствии с инструкцией к шаблону, или добавьте недостающие публикации в раздел источников. 
Дата простановки: 4 июня 2026 года
Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Органическое_защитное_покрытие&oldid=2660738