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:

• L'HASL tradizionale utilizza una lega Sn63/Pb37(63% stagno +37% piombo), punto di fusione: 183 °C.
• L'HASL senza piombo viene utilizzato principalmente:
• SAC305 (96,5% stagno+ 3% argento+ 0,5% rame),puntodi fusione: 217-220 °C
• SnCu0,7(99,3% stagno +0,7% rame), punto di fusione:227 °C
• Stagno puro (Sn100),punto di fusione: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:

• L'HASL al piombo ha unafinestra di processo più ampia (±10 °C)
• L'HASL senza piombo richiede un controllo dellatemperatura più rigoroso (±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.
• Controllo della temperatura: 40-50 °C,durata: 2-3 min
• La microincisione garantisce una rugosità superficiale Ra 0,3-0,5 μm.
• Risciacquo:
• Risciacquo in controcorrente atre stadi (resistivitàdell'acqua deionizzata >15 MΩ·cm)
• Essiccazione ad ariacalda (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:

• Con piombo: 130-140 °C
• Senza piombo: 150-160 °C
• Durata: 60-90 sec

• Immersione a saldare:

• Temperatura della pentola di saldatura:
  • Con piombo: 210±5 °C
  • Senza piombo: 250±5 °C
• Tempo di permanenza:2-4 sec (precisione ±0,5 sec)
• Profondità di immersione: 3-5 mm

• Livellamento ad aria calda:

• Parametri della lama d'aria:
  • Pressione: 0,3-0,5MPa
  • Temperatura: 300-350°C
  • Angolo:inclinazioneverso il basso di4°
  • Velocità dell'aria: 20-30 m/s
• Tempo di elaborazione: 1-2 secondi

• Raffreddamento:

• Raffreddamento ad aria forzata(velocità: 2-3 °C/sec)
• Temperatura finale <60 °C

1.2.4 Ispezione della qualità

• AOI online (copertura del 100%):
• Controllo dello spessore dellasaldatura (1-40 μm)
• Rilevamento dei difetti di superficie (sfere di saldatura, rame esposto, ecc.)
• Test di campionamento:
• Prova di saldabilità(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:

• Resistea >3 cicli di rifusione (picco260 °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:

• Irregolarità superficiale: 15-25 μm (influisce sull'assemblaggio HDI)
• Variazione di spessore fino a 20 μm tra tamponigrandi/piccoli

• 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
• L'HASL senza piombo consuma più energia (temperature superiori di 30-50 °C)

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:

• Strato di nichel: 3-6 μm (7-9%difosforo)
• Strato d'oro: 0,05-0,1 μm

Parametri chiave:

• Temperatura del bagno di nichel: 85-90°C
• Velocità di placcatura:15-20 μm/h
• Temperatura del bagno d'oro: 80-85 °C
• pH: Bagno al nichel 4,5-5,0, bagno all'oro 5,5-6,5

2.2 Vantaggi

• Superba planarità (Ra<0,1 μm):

• Ideale per <passo 0,3 mm BGA/CSP
• Coplanarità del pad <5 μm/m

• Resistenza all'ossidazione:

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

• Conducibilità elettrica:

• Resistività dell'oro: 2,44 μΩ·cm
• Resistenza di contatto <10 mΩ

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

L'ENIG di Topfast raggiunge un'uniformità dellospessore paria ±10%, superando gli standard industriali pari a ±15%.

OSP (Conservante organico della saldabilità)

3.1 Principi del processo

L'OSP forma una pellicola protettiva organica di 0,2-0,5 μm sul rame nudo, contenente:

• Composti del benzotriazolo
• Composti imidazolici
• Acidi carbossilici

Flusso di processo:

1. Pulizia acida (5% H2SO4, 2min)
2. Micro-incisione (Na2S2O8, rimuovere 1-2 μm di rame)
3. Trattamento OSP (40-50 °C, 1-2min)
4. Essiccazione (aria calda a 60-80 °C)

3.2 Vantaggi

• Economicamente vantaggioso:

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

• Integrità del segnale:

• Costante dielettricastabile (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%)
• Temperatura di conservazione: 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 linee HASL automatizzate (500.000 m²/mese)
• 10 linee ENIG (uniformità dello spessore ±8%)
• 5 linee OSP (disponibili anche nano potenziate)
• Ispezione in linea al 100% (AOI+SPI)

Scarica la guida alla selezione della finitura superficiale dei PCB