PCB HASL ja lyijytön HASL prosessit

HASL-prosessi

HASL (Hot Air Solder Leveling) on yksi klassisimmista ja kustannustehokkaimmista pintakäsittelyprosesseista piirilevyjen valmistuksessa, ja sillä on tärkeä rooli elektroniikan valmistusteollisuudessa. Tässä prosessissa kuparipinta peitetään tina-lyijy-seoskerroksella, joka tarjoaa piirilevyille luotettavan juotosominaisuuden ja hapettumissuojan.

1.1 HASL:n ja lyijyttömän HASL:n erot

HASL (Hot Air Solder Leveling) on yksi klassisimmista ja kustannustehokkaimmista pintakäsittelytekniikoista. PCB-valmistus. Tässä prosessissa kuparipinnat päällystetään tina-lyijy-seoskerroksella, joka takaa luotettavan juotettavuuden ja hapettumiskestävyyden. Ympäristövaatimusten lisääntyessä lyijyttömästä HASL:stä on tullut alan standardi.

Materiaalikoostumuserot:

• Perinteisessä HASL-prosessissa käytetäänSn63/Pb37-seosta (63 % tinaa + 37 % lyijyä), sulamispiste:183°C.
• Lyijytön HASL käytetään pääasiassa:
• SAC305 (96,5 % tinaa +3 % hopeaa + 0,5 % kuparia), sulamispiste: 217–220°C
• SnCu0,7 (99,3 % tinaa + 0,7 % kuparia), sulamispiste: 227 °C
• Puhdas tina (Sn100), sulamispiste: 232 °C

Prosessin ominaisuuksien vertailu:

Käytännön suorituskykyerot:

• Juotettavuus:

• Lyijyllinen HASL tarjoaa paremman juotosaktiivisuuden lyhyemmällä kostutusajalla (1-2 sekuntia).
• Lyijytön HASL vaatii vahvempaa fluxia ja tiukempaa lämpötilan hallintaa

• Luotettavuus:

• Lyijyllisillä juotosliitoksilla on parempi lämpöväsymiskestävyys (enemmän lämpötilajaksoja).
• Lyijyttömät juotosliitokset säilyttävät suuremman mekaanisen lujuuden pitkäaikaisen ikääntymisen jälkeen.

• Prosessi-ikkuna:

• Lyijypitoinen HASL:llaonlaajempi prosessi-ikkuna (±10 °C).
• LyijytönHASL vaatii tarkempaa lämpötilan säätöä (±3 °C).

Ammattilaisen vinkki: 99,5 % juottotuoton saavuttamiseksi ja samalla IPC-6012 luokan 3 standardien täyttämiseksi: Topfast optimoi lyijyttömiä HASL-parametreja.

1.2 HASL-prosessin kulku

Ammattimaisena PCB-valmistajana Topfast käyttää täysin automatisoituja HASL-tuotantolinjoja, joissa on tiukat standardoidut prosessit:

1.2.1 Esikäsittelyvaihe

• Kemiallinen puhdistus:
• Hapan puhdistusaine (pH 2-3) poistaa kuparioksidit.
• Lämpötilan säätö: 40–50 °C, kesto: 2–3 min
• Mikroetsaus takaa pinnan karheuden Ra0,3–0,5 μm.
• Huuhtelu:
• Kolmivaiheinen vastavirtahuuhtelu (DI-veden resistiivisyys >15 MΩ·cm)
• Kuivaus kuumalla ilmalla (60–80 °C)

1.2.2 Flux-sovellus

• Soveltamismenetelmät:
• Vaahtoaminen (perinteinen): 0.01-0.03mm.
• Suihku (edistynyt):30 % pienempi fluxin kulutus: Tasaisempi, 30 % pienempi fluxin kulutus
• Virtaustyypit:
• Puhdistamaton kolofonipohjainen (ROH)
• Kiinteä sisältö: 8-12 %, happoluku: 35-45mgKOH/g

1.2.3 Kuumailman tasoitus Tärkeimmät vaiheet

• Esilämmitys:

• Lyijypitoinen: 130–140°C
• Lyijytön: 150–160 °C
• Kesto: Kesto: 60-90 sekuntia

• Juotos Dipping:

• Juotospadan lämpötila:
  • Lyijypitoinen: 210±5°C
  • Lyijytön: 250±5 °C
• Viipymäaika: 2–4 sekuntia(±0,5 sekunnintarkkuus)
• Upotussyvyys: 3-5mm

• Kuuman ilman tasoitus:

• Ilmaveitsen parametrit:
  • Paine: 0,3-0,5MPa
  • Lämpötila: 300–350 °C
  • Kulma: 4° alaspäin kallistus
  • Ilman nopeus: 20-30 m/s
• Käsittelyaika: 1-2 sekuntia

• Jäähdytys:

• Pakotettu ilmanjäähdytys (nopeus: 2–3°C/sek)
• Lopullinen lämpötila <60 °C

1.2.4 Laadun tarkastus

• Online AOI (100 % kattavuus):
• Juotospaksuuden tarkastus(1–40 μm)
• Pintavikojen havaitseminen (juotospallot, paljastunut kupari jne.)
• Näytteenottotestit:
• Juotettavuustesti (245°C, 3 sekuntia)
• Tartuntatesti (teippimenetelmä)

Teknologinen läpimurto: Topfastin typpisuojattu lyijytön HASL-prosessi vähentää juotteen hapettumista 5 prosentista 1,5 prosenttiin, mikä parantaa juottotuotosta merkittävästi.

1.3 Prosessin edut ja rajoitukset

Edut

• Kustannustehokkuus:

• Pienet laiteinvestoinnit (~1/3 ENIG:stä)
• Merkittävät materiaalikustannussäästöt (40-60 % edullisempi kuin ENIG).

• Juotoksen luotettavuus:

• Kestää yli 3 reflow-sykliä (huippulämpötila 260 °C)
• Korkea liitoksen vetolujuus (lyijytetty: 50-60MPa; lyijytön: 55-65MPa)

• Laaja sovellettavuus:

• Soveltuu eri kokoisille tyynyille (min. 0,5 mm:n jako).
• Yhteensopiva läpireikä- ja SMT-prosessien kanssa

• Säilytyksen suorituskyky:

• 12 kuukauden säilyvyysaika (RH <60 %)
• Erinomainen hapettumiskestävyys (48 tunnin suolasumutesti)

Rajoitukset

• Fine-Pitch-rajoitukset:

• Ei sovellu <0,4 mm:n BGA/QFN-komponenteille.
• Juotossiltojen muodostumisriski hienojakoisissa malleissa

• Planaarisuuskysymykset:

• Pinnan epätasaisuus: 15–25 μm (vaikuttaaHDI-kokoonpanoon)
• Paksuuden vaihtelu jopa 20 μm suurten/pienten tyynyjenvälillä

• Lämpöstressi:

• Korkean lämpötilan prosessi (erityisesti lyijytön) voi vaikuttaa korkean Tg:n materiaaleihin.
• Suurempi vääntymisriski ohuille levyille (<0,8mm).

• Ympäristönäkökohdat:

• Lyijyllinen HASL ei-RoHS-yhteensopiva
• LyijytönHASL kuluttaaenemmän energiaa (30–50 °Ckorkeammatlämpötilat)

Tarvitsetko ammattimaista HASL-tukea? Ota yhteyttä Topfastin insinööreihin räätälöityjä ratkaisuja varten

ENIG-prosessi (Electroless Nickel Immersion Gold)

2.1 Prosessin periaatteet

ENIG muodostaa komposiittisuojakerroksen sähköttömän nikkelöinnin ja upotuskullan avulla:

• Nikkelikerros: 3–6 μm (7–9 % fosforia)
• Kultakerros: 0,05–0,1 μm

Keskeiset parametrit:

• Nikkelikylvyn lämpötila: 85–90 °C
• Pinnoitusnopeus: 15–20μm/h
• Kultakylvyn lämpötila:80–85 °C
• pH: 5,5-5,0, kultakylpy 5,5-6,5

2.2 Edut

• Erinomainen tasaisuus (Ra<0,1 μm):

• Ihanteellinen <0,3 mm:n BGA/CSP-jakoon
• Tyynyn koplanariteetti<5μm/m

• Hapettumisen kestävyys:

• 18 kuukauden säilyvyysaika
• J-STD-003B luokka 3 sertifioitu

• Sähkönjohtavuus:

• Kullan resistiivisyys:2,44 μΩ·cm
• Kosketusvastus <10 mΩ

2.3 Haasteet

• Black Pad Issue:

• Syyt: Nikkelin ylisyöpyminen tai epänormaali fosforipitoisuus.
• Ratkaisu:Topfastin patentoitu passivointi vähentää mustan tyynyn osuuden <0,1 %:iin.

• Kustannustekijät:

• Korkeat materiaalikustannukset (kullan hinnan volatiliteetti)
• Monimutkainen prosessi (8-10 vaihetta)

• Juotosliitoksen lujuus:

• Hauras Ni-Au IMC-kerros
• Vetolujuus ~40-45MPa

Topfastin ENIG saavuttaa ±10 %:n paksuuden tasaisuuden, mikäylittää alan±15%:n standardit.

OSP (orgaaninen juotettavuuden säilöntäaine)

3.1 Prosessin periaatteet

OSP muodostaa paljaalle kuparille 0,2–0,5 μm:n paksuisen orgaanisen suojakalvon, joka sisältää:

• Bentsotriatsoliyhdisteet
• Imidatsoliyhdisteet
• Karboksyylihapot

Prosessin kulku:

1. Happopuhdistus (5% H2SO4, 2min)
2. Mikroetsaus (Na2S2O8, poistaa 1–2 μm kuparia)
3. OSP-käsittely (40–50 °C, 1–2 min)
4. Kuivaus (60–80 °C kuuma ilma)

3.2 Edut

• Kustannustehokas:

• 60 % halvempi kuin HASL
• Pienet laiteinvestoinnit (~1/5 ENIG:stä)

• Signaalin eheys:

• Vakaa dielektrisyysvakio (ΔDk <0,02)
• Ihanteellinen korkeataajuussovelluksiin (>10 GHz).

• Ympäristöystävällinen:

• Ei raskasmetalleja
• Yksinkertaistettu jäteveden käsittely

3.3 Rajoitukset

• Juotettavuusikkuna:

• Käytettävä 24 tunnin kuluessa avaamisesta
• Soveltuu vain yhdelle uudelleenjuoksutussyklille (saanto laskee 30 % toisessa uudelleenjuoksutuksessa).

• Tarkastusvaikeudet:

• Kalvon paksuutta on vaikea mitata optisesti
• Vaatii tieto- ja viestintätekniikan erityiskäsittelyä

• Varastointiolosuhteet:

• Vaaditaan tyhjiöpakkaus (RH <30%)
• Säilytyslämpötila: 15–30 °C

Topfastin parannettu OSP pidentää säilyvyyttä 3 kuukaudesta 6 kuukauteen ja kestää 2 reflow-sykliä.

Prosessin valintaopas

4.1 Vertailu

4.2 Suositukset

• Viihde-elektroniikka:

• Lyijytön HASL (paras kustannustehokkuus)
• Juotospastan määrän säätö hienojakoisille komponenteille

• HDI-levyt:

• ENIG (erinomainen tasaisuus)
• Tiukka nikkelin laadunvalvonta

• Nopeat piirilevyt:

• OSP/ENIG (parempi signaalin eheys)
• Vältä HASL’ s epätasainen pinta

• Prototyyppien rakentaminen:

• OSP (nopein läpimenoaika)
• Varmista oikea-aikainen kokoonpano

4.3 Topfast-ominaisuudet

Täydelliset pintakäsittelyratkaisut:

• 20automatisoitua HASL-linjaa (500 000 m²/kk)
• 10ENIG-linjaa (paksuudentasaisuus ±8 %)
• 5 OSP-linjaa (saatavana nanovahvistettu)
• 100 % inline-tarkastus (AOI+SPI)

Lataa PCB:n pintakäsittelyn valintaopas