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:

• Traditional HASL uses Sn63/Pb37 alloy (63% tin + 37% lead), melting point: 183°C
• Lyijytön HASL käytetään pääasiassa:
• 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

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:

• Leaded HASL has a wider process window (±10°C)
• Lead-free HASL requires tighter temperature control (±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.
• Temperature control: 40-50°C, duration: 2-3 min
• Micro-etching ensures surface roughness Ra 0.3-0.5μm
• Huuhtelu:
• Three-stage countercurrent rinsing (DI water resistivity >15MΩ·cm)
• Hot air drying (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:

• Leaded: 130-140°C
• Lead-free: 150-160°C
• Kesto: Kesto: 60-90 sekuntia

• Juotos Dipping:

• Juotospadan lämpötila:
  • Leaded: 210±5°C
  • Lead-free: 250±5°C
• Dwell time: 2-4 sec (±0.5 sec precision)
• Upotussyvyys: 3-5mm

• Kuuman ilman tasoitus:

• Ilmaveitsen parametrit:
  • Paine: 0,3-0,5MPa
  • Temperature: 300-350°C
  • Angle: 4° downward tilt
  • Ilman nopeus: 20-30 m/s
• Käsittelyaika: 1-2 sekuntia

• Jäähdytys:

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

1.2.4 Laadun tarkastus

• Online AOI (100 % kattavuus):
• Solder thickness inspection (1-40μm)
• Pintavikojen havaitseminen (juotospallot, paljastunut kupari jne.)
• Näytteenottotestit:
• Solderability test (245°C, 3 sec)
• 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:

• Withstands >3 reflow cycles (peak 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:

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

• Lämpöstressi:

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

• Ympäristönäkökohdat:

• Lyijyllinen HASL ei-RoHS-yhteensopiva
• Lead-free HASL consumes more energy (30-50°C higher temperatures)

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:

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

Keskeiset parametrit:

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

2.2 Edut

• Erinomainen tasaisuus (Ra<0.1μm):

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

• Hapettumisen kestävyys:

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

• Sähkönjohtavuus:

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

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

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

OSP (orgaaninen juotettavuuden säilöntäaine)

3.1 Prosessin periaatteet

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

• Bentsotriatsoliyhdisteet
• Imidatsoliyhdisteet
• Karboksyylihapot

Prosessin kulku:

1. Happopuhdistus (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 Edut

• Kustannustehokas:

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

• Signaalin eheys:

• Stable dielectric constant (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%)
• Storage temp: 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:

• 20 automated HASL lines (500,000㎡/month)
• 10 ENIG lines (±8% thickness uniformity)
• 5 OSP-linjaa (saatavana nanovahvistettu)
• 100 % inline-tarkastus (AOI+SPI)

Lataa PCB:n pintakäsittelyn valintaopas