PCB HASL og blyfri HASL-processer

HASL-processen

HASL (Hot Air Solder Leveling) er en af de mest klassiske og omkostningseffektive overfladebehandlingsprocesser inden for printkortfremstilling og spiller en vigtig rolle i elektronikindustrien. Denne proces indebærer, at kobberoverfladen dækkes med et lag af tin-bly-legering for at give pålidelig loddeevne og oxidationsbeskyttelse til printkort.

1.1 Forskelle mellem HASL og blyfri HASL

HASL (Hot Air Solder Leveling) er en af de mest klassiske og omkostningseffektive overfladebehandlingsteknologier i verden. PCB-fremstilling. Denne proces belægger kobberoverflader med et lag af tin-bly-legering for at give pålidelig loddeevne og modstandsdygtighed over for oxidation. Med stigende miljøkrav er blyfri HASL blevet industristandard.

Forskelle i materialesammensætning:

• Traditional HASL uses Sn63/Pb37 alloy (63% tin + 37% lead), melting point: 183°C
• Blyfri HASL anvendes primært:
• SAC305 (96.5% tin + 3% silver + 0.5% copper), melting point: 217-220°C
• SnCu0.7 (99.3% tin + 0.7% copper), melting point: 227°C
• Pure tin (Sn100), melting point: 232°C

Sammenligning af proceskarakteristika:

Praktiske forskelle i ydeevne:

• Loddeevne:

• Blyholdig HASL giver bedre loddeaktivitet med kortere befugtningstid (1-2 sek.)
• Blyfri HASL kræver stærkere flux og strammere temperaturkontrol

• Pålidelighed:

• Blyholdige lodninger udviser bedre modstandsdygtighed over for termisk udmattelse (flere temperaturcyklusser)
• Blyfri loddeforbindelser bevarer højere mekanisk styrke efter langvarig ældning

• Proces-vindue:

• Leaded HASL has a wider process window (±10°C)
• Lead-free HASL requires tighter temperature control (±3°C)

Professionelt tip: Topfast optimerer parametrene for blyfri HASL for at opnå 99,5 % loddeudbytte og samtidig opfylde IPC-6012 klasse 3-standarder.

1.2 Det centrale HASL-procesflow

Som professionel PCB-producent anvender Topfast fuldautomatiske HASL-produktionslinjer med strenge standardiserede processer:

1.2.1 Forbehandlingstrinnet

• Kemisk rengøring:
• Syrerens (pH 2-3) fjerner kobberoxider
• Temperature control: 40-50°C, duration: 2-3 min
• Micro-etching ensures surface roughness Ra 0.3-0.5μm
• Skylning:
• Three-stage countercurrent rinsing (DI water resistivity >15MΩ·cm)
• Hot air drying (60-80°C)

1.2.2 Anvendelse af flux

• Anvendelsesmetoder:
• Skumning (traditionel): Flux-tykkelse 0,01-0,03 mm
• Spray (avanceret):Mere ensartet, 30% mindre fluxforbrug
• Flux-typer:
• Ikke-ren kolofoniumbaseret (ROH)
• Faststofindhold: 8-12%, syreværdi: 35-45mgKOH/g

1.2.3 Nøgletrin for nivellering med varm luft

• Forvarmning:

• Leaded: 130-140°C
• Lead-free: 150-160°C
• Varighed: 60-90 sekunder

• Dypning af loddetin:

• Temperatur på loddekolbe:
  • Leaded: 210±5°C
  • Lead-free: 250±5°C
• Dwell time: 2-4 sec (±0.5 sec precision)
• Nedsænkningsdybde: 3-5 mm

• Nivellering med varm luft:

• Parametre for luftkniven:
  • Tryk: 0,3-0,5MPa
  • Temperature: 300-350°C
  • Angle: 4° downward tilt
  • Lufthastighed: 20-30m/s
• Behandlingstid: 1-2 sek.

• Køling:

• Forced air cooling (rate: 2-3°C/sec)
• Final temperature <60°C

1.2.4 Kvalitetskontrol

• Online AOI (100 % dækning):
• Solder thickness inspection (1-40μm)
• Registrering af overfladefejl (loddekugler, blottet kobber osv.)
• Prøveudtagningstests:
• Solderability test (245°C, 3 sec)
• Test af vedhæftning (tapemetode)

Teknologisk gennembrud: Topfasts nitrogenbeskyttede, blyfri HASL-proces reducerer loddeoxidation fra 5 % til 1,5 %, hvilket forbedrer loddeudbyttet betydeligt.

1.3 Procesfordele og -begrænsninger

Fordele

• Omkostningseffektivitet:

• Lav investering i udstyr (~1/3 af ENIG)
• Betydelige besparelser på materialeomkostninger (40-60% billigere end ENIG)

• Loddets pålidelighed:

• Withstands >3 reflow cycles (peak 260°C)
• Høj fælles trækstyrke (blyholdig: 50-60MPa; blyfri: 55-65MPa)

• Bred anvendelse:

• Velegnet til forskellige padstørrelser (min. 0,5 mm pitch)
• Kompatibel med through-hole- og SMT-processer

• Opbevaringens ydeevne:

• 12 måneders holdbarhed (RH <60%)
• Fremragende modstandsdygtighed over for oxidation (48-timers salttågetest)

Begrænsninger

• Begrænsninger for fine pladser:

• Ikke egnet til BGA/QFN-komponenter med 0,4 mm pitch
• Risiko for loddebroer ved design med fin pitch

• Problemer med planaritet:

• Surface unevenness: 15-25μm (affects HDI assembly)
• Thickness variation up to 20μm between large/small pads

• Termisk stress:

• Højtemperaturprocesser (især blyfri) kan påvirke materialer med høj Tg
• Højere risiko for skævvridning ved tynde plader (<0,8 mm)

• Miljømæssige overvejelser:

• Blyholdig HASL ikke-RoHS-kompatibel
• Lead-free HASL consumes more energy (30-50°C higher temperatures)

Har du brug for professionel HASL-support? Kontakt Topfasts ingeniører til skræddersyede løsninger

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) proces

2.1 Procesprincipper

ENIG danner et sammensat beskyttelseslag ved hjælp af kemisk nikkelbelægning og nedsænket guld:

• Nickel layer: 3-6μm (7-9% phosphorus)
• Gold layer: 0.05-0.1μm

Nøgleparametre:

• Nickel bath temp: 85-90°C
• Plating rate: 15-20μm/h
• Gold bath temp: 80-85°C
• pH: Nikkelbad 4,5-5,0, guldbad 5,5-6,5

2.2 Fordele

• Fantastisk fladhed (Ra<0.1μm):

• Ideel til BGA/CSP med 0,3 mm pitch
• Pad coplanarity <5μm/m

• Modstandsdygtighed over for oxidation:

• 18 måneders holdbarhed
• J-STD-003B klasse 3-certificeret

• Elektrisk ledningsevne:

• Gold resistivity: 2.44μΩ·cm
• Contact resistance <10mΩ

2.3 Udfordringer

• Problemet med den sorte pude:

• Årsager: Overætsning af nikkel eller unormalt fosforindhold
• Løsning:Topfasts patenterede passivering reducerer antallet af sorte pletter til 0,1 %.

• Omkostningsfaktorer:

• Høje materialeomkostninger (udsving i guldprisen)
• Kompleks proces (8-10 trin)

• Styrke af loddeforbindelse:

• Skørt Ni-Au IMC-lag
• Trækstyrke ~40-45MPa

Topfast’s ENIG achieves ±10% thickness uniformity, surpassing industry ±15% standards.

OSP (organisk konserveringsmiddel for loddeevne)

3.1 Procesprincipper

OSP forms a 0.2-0.5μm organic protective film on bare copper, containing:

• Benzotriazol-forbindelser
• Imidazol-forbindelser
• Carboxylsyrer

Procesflow:

1. Rengøring med syre (5% H2SO4, 2 minutter)
2. Micro-etch (Na2S2O8, remove 1-2μm copper)
3. OSP treatment (40-50°C, 1-2min)
4. Drying (60-80°C hot air)

3.2 Fordele

• Omkostningseffektivt med høj tæthed:

• 60 % billigere end HASL
• Lav investering i udstyr (~1/5 af ENIG)

• Signalintegritet:

• Stable dielectric constant (ΔDk <0.02)
• Ideel til højfrekvente anvendelser (>10 GHz)

• Miljøvenlig:

• Ingen tungmetaller
• Forenklet spildevandsbehandling

3.3 Begrænsninger

• Vindue for lodbarhed:

• Skal bruges inden for 24 timer efter åbning
• Kun egnet til 1 reflow-cyklus (udbyttet falder 30 % ved andet reflow)

• Inspektionsvanskeligheder:

• Svært at måle filmtykkelse optisk
• Kræver særlig ICT-behandling

• Opbevaringsforhold:

• Vakuumpakning påkrævet (RH <30%)
• Storage temp: 15-30°C

Topfasts forbedrede OSP forlænger holdbarheden fra 3 til 6 måneder og modstår 2 reflow-cyklusser.

Guide til valg af proces

4.1 Sammenligning

4.2 Anbefalinger

• Forbrugerelektronik:

• Blyfri HASL (bedste omkostningseffektivitet)
• Styr mængden af loddepasta til komponenter med fin pitch

• HDI-kort:

• ENIG (overlegen planhed)
• Streng kvalitetskontrol af nikkel

• Højhastigheds-PCB'er:

• OSP/ENIG (bedre signalintegritet)
• Undgå HASL&#8217s ujævne overflade

• Udvikling af prototyper:

• OSP (hurtigst muligt)
• Sørg for rettidig montering

4.3 Topfast-kapaciteter

Komplette løsninger til overfladebehandling:

• 20 automated HASL lines (500,000㎡/month)
• 10 ENIG lines (±8% thickness uniformity)
• 5 OSP-linjer (nanoforstærket tilgængelig)
• 100 % inline-inspektion (AOI+SPI)

Download guide til valg af PCB-overfladefinish