PCB HASL y procesos HASL sin plomo

Proceso HASL

HASL (Hot Air Solder Leveling) es uno de los procesos de tratamiento de superficies más clásicos y rentables en la fabricación de PCB y desempeña un papel importante en la industria de fabricación de productos electrónicos. Este proceso consiste en cubrir la superficie de cobre con una capa de aleación de estaño y plomo para proporcionar un rendimiento fiable de la soldadura y una protección contra la oxidación de las placas de circuito impreso.

1.1 Diferencias entre HASL y HASL sin plomo

HASL (Hot Air Solder Leveling) es una de las tecnologías de tratamiento de superficies más clásicas y rentables del mercado. Fabricación de PCB. Este proceso recubre las superficies de cobre con una capa de aleación de estaño y plomo para proporcionar una soldabilidad fiable y resistencia a la oxidación. Con el aumento de los requisitos medioambientales, el HASL sin plomo se ha convertido en la norma del sector.

Diferencias en la composición de los materiales:

• Traditional HASL uses Sn63/Pb37 alloy (63% tin + 37% lead), melting point: 183°C
• HASL sin plomo se utiliza principalmente:
• 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

Comparación de las características del proceso:

Diferencias prácticas de rendimiento:

• Soldabilidad:

• HASL con plomo ofrece una mejor actividad de soldadura con un tiempo de humectación más corto (1-2 seg.)
• HASL sin plomo requiere un fundente más potente y un control más estricto de la temperatura

• Fiabilidad:

• Las uniones soldadas con plomo presentan una mayor resistencia a la fatiga térmica (más ciclos de temperatura)
• Las uniones soldadas sin plomo mantienen una mayor resistencia mecánica tras un envejecimiento prolongado

• Ventana de proceso:

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

Consejo Profesional: Topfast optimiza los parámetros HASL sin plomo para lograr un rendimiento de soldadura del 99,5%, cumpliendo las normas IPC-6012 Clase 3.

1.2 Flujo del proceso HASL básico

Como fabricante profesional de PCB, Topfast emplea líneas de producción HASL totalmente automatizadas con estrictos procesos estandarizados:

1.2.1 Etapa de pretratamiento

• Limpieza química:
• El limpiador ácido (pH 2-3) elimina los óxidos de cobre
• Temperature control: 40-50°C, duration: 2-3 min
• Micro-etching ensures surface roughness Ra 0.3-0.5μm
• Aclarado:
• Three-stage countercurrent rinsing (DI water resistivity >15MΩ·cm)
• Hot air drying (60-80°C)

1.2.2 Aplicación de fundentes

• Métodos de aplicación:
• Espumado (tradicional): Espesor del fundente 0,01-0,03 mm
• Spray (avanzado):Más uniforme, 30% menos de consumo de fundente
• Tipos de flujo:
• A base de colofonia sin limpiar (ROH)
• Contenido en sólidos: 8-12%, valor ácido: 35-45mgKOH/g

1.2.3 Pasos clave de la nivelación por aire caliente

• Precalentamiento:

• Leaded: 130-140°C
• Lead-free: 150-160°C
• Duración: 60-90 seg

• Soldadura por inmersión:

• Temperatura del crisol de soldadura:
  • Leaded: 210±5°C
  • Lead-free: 250±5°C
• Dwell time: 2-4 sec (±0.5 sec precision)
• Profundidad de inmersión: 3-5 mm

• Nivelación por aire caliente:

• Parámetros de la cuchilla de aire:
  • Presión: 0,3-0,5MPa
  • Temperature: 300-350°C
  • Angle: 4° downward tilt
  • Velocidad del aire: 20-30 m/s
• Tiempo de procesamiento: 1-2 segundos

• Refrigeración:

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

1.2.4 Inspección de calidad

• AOI en línea (cobertura del 100%):
• Solder thickness inspection (1-40μm)
• Detección de defectos superficiales (bolas de soldadura, cobre expuesto, etc.)
• Pruebas de muestreo:
• Solderability test (245°C, 3 sec)
• Prueba de adherencia (método de la cinta)

Avance tecnológico: El proceso HASL sin plomo y protegido con nitrógeno de Topfast reduce la oxidación de la soldadura del 5% al 1,5%, mejorando significativamente el rendimiento de la soldadura.

1.3 Ventajas y limitaciones del proceso

Ventajas

• Eficiencia de costes:

• Baja inversión en equipos (~1/3 de la ENIG)
• Importante ahorro en costes de material (40-60% más barato que ENIG)

• Fiabilidad de la soldadura:

• Withstands >3 reflow cycles (peak 260°C)
• Alta resistencia a la tracción de las juntas (con plomo: 50-60MPa; sin plomo: 55-65MPa)

• Amplia aplicabilidad:

• Adecuado para varios tamaños de almohadilla (paso mínimo de 0,5 mm)
• Compatible con procesos pasantes y SMT

• Rendimiento del almacenamiento:

• 12 meses de conservación (HR <60%)
• Excelente resistencia a la oxidación (prueba de niebla salina de 48 horas)

Limitaciones

• Restricciones de paso fino:

• No apto para componentes BGA/QFN de 0,4 mm de paso
• Riesgo de puentes de soldadura en diseños de paso fino

• Cuestiones de planaridad:

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

• Estrés térmico:

• Los procesos de alta temperatura (especialmente sin plomo) pueden afectar a los materiales de alta Tg.
• Mayor riesgo de alabeo en tableros finos (<0,8 mm)

• Consideraciones medioambientales:

• HASL con plomo no conforme con RoHS
• Lead-free HASL consumes more energy (30-50°C higher temperatures)

¿Necesita asistencia profesional HASL? Póngase en contacto con los ingenieros de Topfast para soluciones personalizadas

Proceso ENIG (níquel químico por inmersión en oro)

2.1 Principios del proceso

La ENIG forma una capa protectora compuesta mediante niquelado químico y dorado por inmersión:

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

Parámetros clave:

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

2.2 Ventajas

• Excelente planitud (Ra<0.1μm):

• Ideal para BGA/CSP de 0,3 mm de paso
• Pad coplanarity <5μm/m

• Resistencia a la oxidación:

• 18 meses de caducidad
• Certificado J-STD-003B Clase 3

• Conductividad eléctrica:

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

2.3 Desafíos

• Cuestión de la almohadilla negra:

• Causas: Sobregrabado de níquel o contenido anormal de fósforo.
• Solución:La pasivación patentada de Topfast reduce la tasa de almohadilla negra al 0,1%.

• Factores de coste:

• Costes de material elevados (volatilidad del precio del oro)
• Proceso complejo (8-10 pasos)

• Resistencia de la unión soldada:

• Capa frágil de Ni-Au IMC
• Resistencia a la tracción ~40-45MPa

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

OSP (Conservante orgánico de soldabilidad)

3.1 Principios del proceso

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

• Compuestos de benzotriazol
• Compuestos de imidazol
• Ácidos carboxílicos

Flujo del proceso:

1. Limpieza ácida (5% H2SO4, 2min)
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 Ventajas

• Rentable:

• 60% más barato que HASL
• Baja inversión en equipos (~1/5 de la ENIG)

• Integridad de la señal:

• Stable dielectric constant (ΔDk <0.02)
• Ideal para aplicaciones de alta frecuencia (>10GHz)

• Ecológico:

• Sin metales pesados
• Tratamiento simplificado de las aguas residuales

3.3 Limitaciones

• Ventana de soldabilidad:

• Debe utilizarse en las 24 horas siguientes a su apertura
• Sólo apto para 1 ciclo de reflujo (el rendimiento cae un 30% para el segundo reflujo)

• Dificultades de inspección:

• Espesor de la película difícil de medir ópticamente
• Requiere un tratamiento TIC especial

• Condiciones de almacenamiento:

• Se requiere envasado al vacío (HR <30%)
• Storage temp: 15-30°C

El OSP mejorado de Topfast amplía la vida útil de 3 a 6 meses y resiste 2 ciclos de reflujo.

Guía de selección de procesos

4.1 Comparación

4.2 Recomendaciones

• Electrónica de consumo:

• HASL sin plomo (mejor relación coste-rendimiento)
• Control del volumen de pasta de soldadura para componentes de paso fino

• Placas de IDH:

• ENIG (planitud superior)
• Estricto control de calidad del níquel

• Placas de circuito impreso de alta velocidad:

• OSP/ENIG (mejor integridad de la señal)
• Evite la superficie irregular de HASL&#8217

• Creación de prototipos:

• OSP (respuesta más rápida)
• Garantizar el montaje a tiempo

4.3 Capacidades Topfast

Soluciones completas de acabado de superficies:

• 20 automated HASL lines (500,000㎡/month)
• 10 ENIG lines (±8% thickness uniformity)
• 5 líneas OSP (nano-mejoradas disponibles)
• Inspección 100% en línea (AOI+SPI)

Descargar la Guía de selección del acabado superficial de las placas de circuito impreso