HASL-processer för PCB och blyfri HASL

HASL-process

HASL (Hot Air Solder Leveling) är en av de mest klassiska och kostnadseffektiva ytbehandlingsprocesserna inom mönsterkortstillverkning och spelar en viktig roll inom elektronikindustrin. Denna process innebär att man täcker kopparytan med ett tenn-blylegeringsskikt för att ge tillförlitlig lödningsprestanda och oxidationsskydd för mönsterkort.

1.1 Skillnader mellan HASL och blyfri HASL

HASL (Hot Air Solder Leveling) är en av de mest klassiska och kostnadseffektiva ytbehandlingsteknikerna inom Tillverkning av kretskort. Denna process belägger kopparytor med ett tenn-blylegeringsskikt för att ge tillförlitlig lödbarhet och oxidationsbeständighet. Med ökande miljökrav har blyfri HASL blivit industristandard.

Skillnader i materialsammansättning:

• Traditionell HASL använder legeringen Sn63/Pb37 (63 % tenn + 37 % bly), smältpunkt: 183 °C.
• Blyfri HASL används främst:
• SAC305 (96,5 % tenn + 3 % silver + 0,5 % koppar), smältpunkt: 217–220 °C
• SnCu0,7 (99,3 % tenn + 0,7 % koppar), smältpunkt: 227 °C
• Ren tenn (Sn100), smältpunkt: 232 °C

Jämförelse av processegenskaper:

Praktiska prestandaskillnader:

• Lödbarhet:

• Blyhaltig HASL ger bättre lödaktivitet med kortare vätningstid (1-2 sek)
• Blyfri HASL kräver starkare flussmedel och noggrannare temperaturkontroll

• Tillförlitlighet:

• Blyhaltiga lödfogar uppvisar bättre motståndskraft mot termisk utmattning (fler temperaturcykler)
• Blyfria lödfogar bibehåller högre mekanisk hållfasthet efter långvarig åldring

• Processfönster:

• Blyhaltig HASL har ett bredare processfönster (±10 °C)
• Blyfri HASL kräver strängare temperaturkontroll (±3 °C)

Professionellt tips: Topfast optimerar parametrarna för blyfri HASL för att uppnå 99,5% lödutbyte och samtidigt uppfylla IPC-6012 klass 3-standarder.

1.2 HASL-processens kärnflöde

Som professionell tillverkare av mönsterkort använder Topfast helautomatiska HASL-produktionslinjer med strikta standardiserade processer:

1.2.1 Förbehandlingssteg

• Kemisk rengöring:
• Surt rengöringsmedel (pH 2-3) avlägsnar kopparoxider
• Temperaturkontroll: 40–50 °C, varaktighet: 2–3 minuter
• Mikroetsning säkerställer en ytjämnhet på Ra 0,3–0,5 μm.
• Sköljning:
• Trefas motströms sköljning (DI-vattenresistivitet >15MΩ·cm)
• Torkning med varmluft (60–80 °C)

1.2.2 Flux-tillämpning

• Tillämpningsmetoder:
• Skumning (traditionell): Fluxtjocklek 0,01-0,03 mm
• Spray (avancerad):Mer enhetlig, 30% mindre flödesförbrukning
• Flux-typer:
• Rengöringsfri kolofoniumbaserad (ROH)
• Fast innehåll: 8-12%, syravärde: 35-45mgKOH/g

1.2.3 Viktiga steg för varmluftsutjämning

• Förvärmning:

• Blyhaltig: 130–140 °C
• Blyfri: 150–160 °C
• Varaktighet: 60-90 sekunder

• Doppning av lödning:

• Temperatur på lödgryta:
  • Blyhaltig: 210±5°C
  • Blyfri: 250±5 °C
• Vila-tid: 2-4 sekunder (±0,5 sekunders precision)
• Nedsänkningsdjup: 3-5 mm

• Nivellering av varmluft:

• Parametrar för luftknivar:
  • Tryck: 0,3-0,5MPa
  • Temperatur: 300–350 °C
  • Vinkel: 4° nedåtlutning
  • Lufthastighet: 20-30m/s
• Bearbetningstid: 1-2 sek

• Kylning:

• Forcerad luftkylning (hastighet: 2–3 °C/sek)
• Slutlig temperatur <60 °C

1.2.4 Kvalitetsinspektion

• AOI online (100% täckning):
• Inspektion av lödtjocklek (1–40 μm)
• Detektering av ytdefekter (lödkulor, exponerad koppar etc.)
• Provtagningstest:
• Lödbarhetstest (245 °C, 3 sekunder)
• Adhesionstest (tejpmetod)

Teknologiskt genombrott: Topfasts kväveskyddade blyfria HASL-process minskar lödoxidationen från 5% till 1,5%, vilket avsevärt förbättrar lödutbytet.

1.3 Processens fördelar och begränsningar

Fördelar

• Kostnadseffektivitet:

• Låg investering i utrustning (~1/3 av ENIG)
• Betydande materialkostnadsbesparingar (40-60% billigare än ENIG)

• Lödningens tillförlitlighet:

• Tål >3 omsmältningscykler (topp 260 °C)
• Hög draghållfasthet i fogen (blyad: 50-60MPa; blyfri: 55-65MPa)

• Bred tillämpbarhet:

• Lämplig för olika padstorlekar (min. 0,5 mm delning)
• Kompatibel med genomgående hål- och SMT-processer

• Lagringsprestanda:

• 12 månaders hållbarhet (RH <60%)
• Utmärkt oxidationsbeständighet (48-timmars saltspraytest)

Begränsningar

• Begränsningar för finplantering:

• Ej lämplig för BGA/QFN-komponenter med 0,4 mm stigning
• Risk för överbryggning av lödningar i konstruktioner med fin pitch

• Planaritetsfrågor:

• Ytjämnhet: 15–25 μm (påverkar HDI-montering)
• Tjockleksvariation upp till 20 μm mellan stora/små dynor

• Termisk stress:

• Högtemperaturprocesser (särskilt blyfria) kan påverka material med högt Tg
• Högre risk för skevhet för tunna skivor (<0,8 mm)

• Miljöhänsyn:

• Blyhaltigt HASL ej RoHS-kompatibelt
• Blyfri HASL förbrukar mer energi (30–50 °C högre temperaturer)

Behöver du professionellt HASL-stöd? Kontakta Topfasts ingenjörer för kundanpassade lösningar

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) process

2.1 Processprinciper

ENIG bildar ett sammansatt skyddsskikt genom elektrolös förnickling och doppguld:

• Nickellager: 3–6 μm (7–9 % fosfor)
• Guldskikt: 0,05–0,1 μm

Viktiga parametrar:

• Nickelbadets temperatur: 85–90 °C
• Pläteringshastighet: 15-20 μm/h
• Guldbadets temperatur: 80–85 °C
• pH: Nickelbad 4,5-5,0, guldbad 5,5-6,5

2.2 Fördelar

• Fantastisk planhet (Ra<0,1 μm):

• Idealisk för BGA/CSP med 0,3 mm delning
• Pad-koplanaritet <5 μm/m

• Oxideringsbeständighet:

• 18 månaders hållbarhetstid
• J-STD-003B klass 3-certifierad

• Elektrisk konduktivitet:

• Guldresistivitet: 2,44 μΩ·cm
• Kontaktmotstånd <10 mΩ

2.3 Utmaningar

• Problem med svart padda:

• Orsaker: Nickelöveretsning eller onormalt fosforinnehåll
• Lösning:Topfasts patenterade passivering minskar andelen svarta ytor till 0,1%.

• Kostnadsfaktorer:

• Höga materialkostnader (volatilitet i guldpriset)
• Komplex process (8-10 steg)

• Lödfogens hållfasthet:

• Skört Ni-Au IMC-lager
• Draghållfasthet ~40-45MPa

Topfasts ENIG uppnår en tjockleksjämnhet på ±10 %, vilket överträffar branschstandarden på ±15 %.

OSP (organiskt konserveringsmedel för lödbarhet)

3.1 Processprinciper

OSP bildar en 0,2–0,5 μm organisk skyddsfilm på ren koppar, som innehåller:

• Bensotriazolföreningar
• Imidazolföreningar
• Karboxylsyror

Processflöde:

1. Rengöring med syra (5% H2SO4, 2 min)
2. Mikroetsning (Na2S2O8, avlägsnar 1–2 μm koppar)
3. OSP-behandling (40–50 °C, 1–2 min)
4. Torkning (60–80 °C varmluft)

3.2 Fördelar

• Kostnadseffektivt:

• 60% billigare än HASL
• Låg investering i utrustning (~1/5 av ENIG)

• Signalintegritet:

• Stabil dielektricitetskonstant (ΔDk <0,02)
• Idealisk för högfrekvensapplikationer (>10GHz)

• Miljövänlig:

• Inga tungmetaller
• Förenklad rening av avloppsvatten

3.3 Begränsningar

• Fönster för lödbarhet:

• Måste användas inom 24 timmar efter öppnandet
• Endast lämplig för 1 omsmältningscykel (utbytet sjunker 30% för andra omsmältningen)

• Svårigheter vid inspektion:

• Svårt att mäta filmtjockleken optiskt
• Kräver särskild ICT-behandling

• Förvaringsförhållanden:

• Vakuumförpackning krävs (RH <30%)
• Förvaringstemperatur: 15–30 °C

Topfast&#8217s förbättrade OSP förlänger hållbarheten från 3 till 6 månader och klarar 2 omflödescykler.

Guide för val av process

4.1 Jämförelse

4.2 Rekommendationer

• Konsumentelektronik:

• Blyfri HASL (bästa kostnads-/prestanda)
• Kontrollera lödpastavolymen för komponenter med fin pitch

• HDI-styrelser:

• ENIG (överlägsen planhet)
• Strikt kvalitetskontroll av nickel

• Kretskort för höga hastigheter:

• OSP/ENIG (bättre signalintegritet)
• Undvik HASL’s ojämna yta

• Prototyptillverkning:

• OSP (snabbast möjliga leveranstid)
• Säkerställa montering i rätt tid

4.3 Topfast-kapacitet

Kompletta lösningar för ytfinish:

• 20 automatiserade HASL-linjer (500 000 m²/månad)
• 10 ENIG-linjer (±8 % tjockleksjämnhet)
• 5 OSP-linjer (nanoförstärkta tillgängliga)
• 100% inline-inspektion (AOI+SPI)

Ladda ner PCB Surface Finish Selection Guide