Processi HASL e HASL senza piombo per PCB

Processo HASL

L'HASL (Hot Air Solder Leveling) è uno dei processi di trattamento superficiale più classici ed economici nella produzione di PCB e svolge un ruolo importante nell'industria elettronica. Questo processo consiste nel ricoprire la superficie di rame con uno strato di lega di stagno-piombo per fornire prestazioni di saldatura affidabili e protezione dall'ossidazione per i PCB.

1.1 Differenze tra HASL e HASL senza piombo

L'HASL (Hot Air Solder Leveling) è una delle tecnologie di trattamento delle superfici più classiche e convenienti in assoluto. Produzione di PCB. Questo processo riveste le superfici di rame con uno strato di lega stagno-piombo per garantire una saldabilità affidabile e una resistenza all'ossidazione. Con l'aumento dei requisiti ambientali, l'HASL senza piombo è diventato lo standard del settore.

Differenze di composizione dei materiali:

• Traditional HASL uses Sn63/Pb37 alloy (63% tin + 37% lead), melting point: 183°C
• L'HASL senza piombo viene utilizzato 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

Confronto tra le caratteristiche del processo:

Differenze di prestazioni pratiche:

• Saldabilità:

• L'HASL al piombo offre una migliore attività di saldatura con un tempo di bagnatura più breve (1-2 secondi).
• L'HASL senza piombo richiede un flusso più forte e un controllo più stretto della temperatura

• affidabilità:

• I giunti di saldatura al piombo presentano una migliore resistenza alla fatica termica (più cicli di temperatura)
• Le giunzioni a saldare senza piombo mantengono una maggiore resistenza meccanica dopo un invecchiamento prolungato

• Finestra di processo:

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

Suggerimento professionale: Topfast ottimizza i parametri dell'HASL senza piombo per ottenere una resa di saldatura del 99,5% e soddisfare gli standard IPC-6012 Classe 3.

1.2 Flusso del processo HASL principale

In qualità di produttore professionale di PCB, Topfast impiega linee di produzione HASL completamente automatizzate con processi rigorosamente standardizzati:

1.2.1 Fase di pretrattamento

• Pulizia chimica:
• Il detergente acido (pH 2-3) rimuove gli ossidi di rame.
• Temperature control: 40-50°C, duration: 2-3 min
• Micro-etching ensures surface roughness Ra 0.3-0.5μm
• Risciacquo:
• Three-stage countercurrent rinsing (DI water resistivity >15MΩ·cm)
• Hot air drying (60-80°C)

1.2.2 Applicazione del flusso

• Metodi di applicazione:
• Schiuma (tradizionale): Spessore del flusso 0,01-0,03 mm
• Spray (avanzato):Più uniforme, 30% in meno di consumo di flusso
• Tipi di flusso:
• A base di colofonia non pulita (ROH)
• Contenuto solido: 8-12%, valore acido: 35-45mgKOH/g

1.2.3 Livellamento ad aria calda Fasi principali

• Preriscaldamento:

• Leaded: 130-140°C
• Lead-free: 150-160°C
• Durata: 60-90 sec

• Immersione a saldare:

• Temperatura della pentola di saldatura:
  • Leaded: 210±5°C
  • Lead-free: 250±5°C
• Dwell time: 2-4 sec (±0.5 sec precision)
• Profondità di immersione: 3-5 mm

• Livellamento ad aria calda:

• Parametri della lama d'aria:
  • Pressione: 0,3-0,5MPa
  • Temperature: 300-350°C
  • Angle: 4° downward tilt
  • Velocità dell'aria: 20-30 m/s
• Tempo di elaborazione: 1-2 secondi

• Raffreddamento:

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

1.2.4 Ispezione della qualità

• AOI online (copertura del 100%):
• Solder thickness inspection (1-40μm)
• Rilevamento dei difetti di superficie (sfere di saldatura, rame esposto, ecc.)
• Test di campionamento:
• Solderability test (245°C, 3 sec)
• Test di adesione (metodo del nastro)

Un'innovazione tecnologica: Il processo HASL senza piombo protetto da azoto di Topfast’riduce l'ossidazione della saldatura dal 5% all'1,5%, migliorando significativamente la resa della saldatura.

1.3 Vantaggi e limiti del processo

vantaggi

• Efficienza dei costi:

• Basso investimento in attrezzature (~1/3 di ENIG)
• Significativi risparmi sui costi dei materiali (40-60% in meno rispetto all'ENIG)

• Affidabilità delle saldature:

• Withstands >3 reflow cycles (peak 260°C)
• Elevata resistenza alla trazione del giunto (con piombo: 50-60MPa; senza piombo: 55-65MPa)

• Ampia applicabilità:

• Adatto a tamponi di varie dimensioni (passo min. 0,5 mm)
• Compatibile con i processi di lavorazione a foro passante e SMT

• Prestazioni di archiviazione:

• Durata di conservazione di 12 mesi (RH <60%)
• Eccellente resistenza all'ossidazione (test in nebbia salina di 48 ore)

Limitazioni

• Restrizioni per il passo fine:

• Non adatto per componenti BGA/QFN con passo da 0,4 mm
• Rischio di ponti di saldatura per progetti a passo fine

• Problemi di planarità:

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

• Stress termico:

• I processi ad alta temperatura (specialmente quelli senza piombo) possono influire sui materiali ad alta Tg.
• Rischio di deformazione più elevato per i pannelli sottili (<0,8 mm)

• Considerazioni ambientali:

• HASL al piombo non conforme alla direttiva RoHS
• Lead-free HASL consumes more energy (30-50°C higher temperatures)

Avete bisogno di un supporto professionale per l'HASL? Contattare i tecnici Topfast per soluzioni personalizzate

Processo ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)

2.1 Principi del processo

ENIG forma uno strato protettivo composito attraverso la nichelatura elettrolitica e l'oro per immersione:

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

Parametri chiave:

• Nickel bath temp: 85-90°C
• Plating rate: 15-20μm/h
• Gold bath temp: 80-85°C
• pH: Bagno al nichel 4,5-5,0, bagno all'oro 5,5-6,5

2.2 Vantaggi

• Superba planarità (Ra<0.1μm):

• Ideale per <passo 0,3 mm BGA/CSP
• Pad coplanarity <5μm/m

• Resistenza all'ossidazione:

• Durata di conservazione di 18 mesi
• Certificato J-STD-003B Classe 3

• Conducibilità elettrica:

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

2.3 Le sfide

• Problema del cuscinetto nero:

• Cause: Sovrametallizzazione del nichel o contenuto anomalo di fosforo
• Soluzione:La passivazione brevettata Topfast’riduce il tasso di black pad allo <0,1%.

• Fattori di costo:

• Alti costi dei materiali (volatilità del prezzo dell'oro)
• Processo complesso (8-10 fasi)

• Resistenza del giunto a saldare:

• Strato IMC Ni-Au fragile
• Resistenza alla trazione ~40-45MPa

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

OSP (Conservante organico della saldabilità)

3.1 Principi del processo

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

• Composti del benzotriazolo
• Composti imidazolici
• Acidi carbossilici

Flusso di processo:

1. Pulizia acida (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 Vantaggi

• Economicamente vantaggioso:

• 60% in meno rispetto all'HASL
• Basso investimento in attrezzature (~1/5 di ENIG)

• Integrità del segnale:

• Stable dielectric constant (ΔDk <0.02)
• Ideale per applicazioni ad alta frequenza (>10GHz)

• Ecologico:

• Assenza di metalli pesanti
• Trattamento semplificato delle acque reflue

3.3 Limitazioni

• Finestra di saldabilità:

• Da utilizzare entro 24 ore dall'apertura
• Adatto solo per 1 ciclo di riflusso (la resa scende del 30% per il secondo riflusso)

• Difficoltà di ispezione:

• Difficile misurare otticamente lo spessore del film
• Richiede un trattamento TIC speciale

• Condizioni di conservazione:

• È richiesto il confezionamento sottovuoto (RH <30%)
• Storage temp: 15-30°C

L'OSP migliorato di Topfast estende la durata di conservazione da 3 a 6 mesi e resiste a 2 cicli di rifusione.

Guida alla selezione del processo

4.1 Confronto

4.2 Raccomandazioni

• Elettronica di consumo:

• HASL senza piombo (miglior rapporto costo/prestazioni)
• Controllo del volume della pasta saldante per componenti a passo fine

• Schede HDI:

• ENIG (planarità superiore)
• Rigoroso controllo di qualità del nichel

• PCB ad alta velocità:

• OSP/ENIG (migliore integrità del segnale)
• Evitate la superficie irregolare dell'HASL’e...

• Prototipazione:

• OSP (tempi di consegna più rapidi)
• Garantire un assemblaggio tempestivo

4.3 Capacità Topfast

Soluzioni complete per la finitura delle superfici:

• 20 automated HASL lines (500,000㎡/month)
• 10 ENIG lines (±8% thickness uniformity)
• 5 linee OSP (disponibili anche nano potenziate)
• Ispezione in linea al 100% (AOI+SPI)

Scarica la guida alla selezione della finitura superficiale dei PCB