PCB HASL en loodvrije HASL-processen

HASL-proces

HASL (Hot Air Solder Leveling) is een van de meest klassieke en kosteneffectieve oppervlaktebehandelingsprocessen bij de productie van PCB's en speelt een belangrijke rol in de elektronica-industrie. Bij dit proces wordt het koperoppervlak bedekt met een tin-loodlegeringslaag om PCB's betrouwbare soldeerprestaties en oxidatiebescherming te bieden.

1.1 Verschillen tussen HASL en loodvrij HASL

HASL (Hot Air Solder Leveling) is een van de meest klassieke en kosteneffectieve oppervlaktebehandelingstechnologieën in de industrie. PCB-productie. Dit proces bedekt koperen oppervlakken met een tin-loodlegeringslaag om betrouwbare soldeerbaarheid en oxidatieweerstand te bieden. Met de toenemende milieueisen is loodvrije HASL de industrienorm geworden.

Verschillen in materiaalsamenstelling:

• Traditionele HASL maakt gebruik van een Sn63/Pb37-legering (63% tin + 37% lood), smeltpunt: 183 °C.
• Loodvrije HASL wordt voornamelijk gebruikt:
• SAC305 (96,5% tin + 3% zilver + 0,5% koper), smeltpunt: 217-220 °C
• SnCu0,7 (99,3% tin + 0,7% koper), smeltpunt: 227 °C
• Zuiver tin (Sn100), smeltpunt: 232 °C

Vergelijking van proceseigenschappen:

Praktische prestatieverschillen:

• Soldeerbaarheid:

• Loodhoudend HASL biedt betere soldeeractiviteit met een kortere bevochtigingstijd (1-2 sec)
• Loodvrije HASL vereist sterkere flux en strengere temperatuurregeling

• Betrouwbaarheid:

• Gelode soldeerverbindingen hebben een betere thermische vermoeiingsweerstand (meer temperatuurcycli)
• Loodvrije soldeerverbindingen behouden een hogere mechanische sterkte na langdurige veroudering

• Procesvenster:

• Loodhoudende HASL heeft een breder procesvenster (±10 °C)
• Loodvrij HASL vereist een strengere temperatuurregeling (±3 °C).

Professionele tip: Topfast optimaliseert de loodvrije HASL-parameters om >99,5% soldeerrendement te behalen en tegelijkertijd te voldoen aan de IPC-6012 klasse 3 normen.

1.2 Kern HASL-processtroom

Als professionele PCB-fabrikant maakt Topfast gebruik van volledig geautomatiseerde HASL-productielijnen met strikte gestandaardiseerde processen:

1.2.1 Voorbehandelingsfase

• Chemisch reinigen:
• Zure reiniger (pH 2-3) verwijdert koperoxiden
• Temperatuurregeling: 40-50 °C, duur: 2-3 min.
• Micro-etsen zorgt voor een oppervlakteruwheid van Ra 0,3-0,5 μm.
• Spoelen:
• Drietraps tegenstroomspoeling (DI-waterweerstand >15MΩ·cm)
• Drogen met hete lucht (60-80 °C)

1.2.2 Toepassing van flux

• Toepassingsmethoden:
• Schuimen (traditioneel): Vloeistofdikte 0,01-0,03mm
• Spuiten (geavanceerd):Meer uniform, 30% minder vloeimiddelverbruik
• Soorten vloeimiddelen:
• No-clean op harsbasis (ROH)
• Vastestofgehalte: 8-12%, zuurgraad: 35-45mgKOH/g

1.2.3 Hete lucht nivelleren belangrijkste stappen

• Voorverwarmen:

• Loodhoudend: 130-140 °C
• Loodvrij: 150-160 °C
• Duur: 60-90 sec

• Soldeer dompelen:

• Temperatuur soldeerpot:
  • Loodhoudend: 210±5°C
  • Loodvrij: 250±5°C
• Verblijftijd: 2-4 sec (±0,5 sec nauwkeurigheid)
• Onderdompelingsdiepte: 3-5 mm

• Hete lucht nivellering:

• Luchtmesparameters:
  • Druk: 0,3-0,5MPa
  • Temperatuur: 300-350 °C
  • Hoek: 4° naar beneden gekanteld
  • Luchtsnelheid: 20-30m/s
• Verwerkingstijd: 1-2 sec

• Koeling:

• Geforceerde luchtkoeling (snelheid: 2-3 °C/sec)
• Eindtemperatuur <60 °C

1.2.4 Kwaliteitsinspectie

• Online AOI (100% dekking):
• Inspectie van soldeerdikte (1-40 μm)
• Detectie van oppervlaktedefecten (soldeerbolletjes, blootliggend koper, enz.)
• Steekproeven:
• Soldeerbaarheidstest (245 °C, 3 sec)
• Hechtingstest (tapemethode)

Technologische doorbraak: Topfast’s met stikstof beschermde loodvrije HASL-proces vermindert soldeeroxidatie van 5% tot <1,5%, waardoor het soldeerrendement aanzienlijk wordt verbeterd.

1.3 Procesvoordelen en -beperkingen

Voordelen

• Kostenefficiëntie:

• Lage investering in apparatuur (~1/3 van ENIG)
• Aanzienlijke besparing op materiaalkosten (40-60% goedkoper dan ENIG)

• Soldeerbetrouwbaarheid:

• Bestand tegen >3 reflowcycli (piek 260 °C)
• Hoge gezamenlijke treksterkte (loodhoudend: 50-60MPa; loodvrij: 55-65MPa)

• Breed toepasbaar:

• Geschikt voor verschillende padafmetingen (min. 0,5 mm steek)
• Compatibel met doorvoer- en SMT-processen

• Opslagprestaties:

• 12 maanden houdbaar (RH <60%)
• Uitstekende weerstand tegen oxidatie (zoutsproeitest van 48 uur)

Beperkingen

• Beperkingen voor fijne velden:

• Niet geschikt voor <0,4 mm BGA/QFN componenten
• Risico op soldeerbruggen bij ontwerpen met fijne steek

• Planariteitskwesties:

• Oneffenheden in het oppervlak: 15-25 μm (beïnvloedt HDI-assemblage)
• Dikteverschil tot 20 μm tussen grote/kleine pads

• Thermische spanning:

• Processen bij hoge temperaturen (vooral loodvrij) kunnen materialen met een hoge Tg beïnvloeden
• Hoger risico op kromtrekken bij dunne platen (<0,8mm)

• Milieu-overwegingen:

• Niet-RoHS-conform loodhoudend HASL
• Loodvrij HASL verbruikt meer energie (30-50 °C hogere temperaturen)

Heb je professionele HASL-ondersteuning nodig? Contact opnemen met technici van Topfast voor oplossingen op maat

ENIG (elektrolytisch nikkel-immersie-goud) proces

2.1 Procesprincipes

ENIG vormt een samengestelde beschermlaag door elektrolytisch vernikkelen en goud onderdompelen:

• Nikellaag: 3-6 μm (7-9% fosfor)
• Goudlaag: 0,05-0,1 μm

Belangrijkste parameters:

• Temperatuur van het nikkelbad: 85-90 °C
• Plateringssnelheid: 15-20 μm/u
• Temperatuur goudbad: 80-85 °C
• pH: Nikkelbad 4,5-5,0, goudbad 5,5-6,5

2.2 Voordelen

• Uitstekende vlakheid (Ra<0,1 μm):

• Ideaal voor <0,3mm pitch BGA/CSP
• Coplanariteit van de pad <5 μm/m

• Weerstand tegen oxidatie:

• 18 maanden houdbaar
• J-STD-003B klasse 3 gecertificeerd

• Elektrische geleidbaarheid:

• Goudweerstand: 2,44 μΩ·cm
• Contactweerstand <10 mΩ

2.3 Uitdagingen

• Zwarte pad kwestie:

• Oorzaken: Nikkel over-etsen of abnormaal fosforgehalte
• Oplossing:Topfast’s gepatenteerde passivering verlaagt het percentage zwarte vlekken tot <0,1%.

• Kostenfactoren:

• Hoge materiaalkosten (volatiliteit goudprijs)
• Complex proces (8-10 stappen)

• Sterkte soldeerverbinding:

• Brosse Ni-Au IMC-laag
• Treksterkte ~40-45MPa

Topfast's ENIG bereikt een dikte-uniformiteit van ±10%, waarmee het de industrienorm van ±15% overtreft.

OSP (organisch soldeerbaarheidsbewaarmiddel)

3.1 Procesprincipes

OSP vormt een organische beschermlaag van 0,2-0,5 μm op blank koper, die het volgende bevat:

• Benzotriazoolverbindingen
• Imidazoolverbindingen
• Carboxylzuren

Processtroom:

1. Reinigen met zuur (5% H2SO4, 2min)
2. Micro-ets (Na2S2O8, verwijder 1-2 μm koper)
3. OSP-behandeling (40-50 °C, 1-2 min)
4. Drogen (60-80 °C hete lucht)

3.2 Voordelen

• Kosteneffectief:

• 60% goedkoper dan HASL
• Lage investering in apparatuur (~1/5 van ENIG)

• Signaalintegriteit:

• Stabiele diëlektrische constante (ΔDk <0,02)
• Ideaal voor hoogfrequente toepassingen (>10 GHz)

• Milieuvriendelijk:

• Geen zware metalen
• Vereenvoudigde afvalwaterbehandeling

3.3 Beperkingen

• Soldeerbaarheid Venster:

• Binnen 24 uur na opening gebruiken
• Alleen geschikt voor 1 reflow-cyclus (opbrengst daalt 30% voor tweede reflow)

• Inspectie problemen:

• Moeilijk om filmdikte optisch te meten
• Vereist speciale ICT-behandeling

• Opslagomstandigheden:

• Vacuümverpakking vereist (RH <30%)
• Opslagtemperatuur: 15-30 °C

Topfast’s verbeterde OSP verlengt de houdbaarheid van 3 tot 6 maanden en is bestand tegen 2 reflowcycli.

Gids voor proceskeuze

4.1 Vergelijking

4.2 Aanbevelingen

• Consumentenelektronica:

• Loodvrije HASL (beste kosten-prestaties)
• Volume soldeerpasta regelen voor componenten met fijne steek

• HDI-borden:

• ENIG (superieure vlakheid)
• Strenge kwaliteitscontrole op nikkel

• PCB's met hoge snelheid:

• OSP/ENIG (betere signaalintegriteit)
• Vermijd HASL&#8217s ongelijkmatige oppervlak

• Prototyping:

• OSP (snelste doorlooptijd)
• Zorg voor tijdige montage

4.3 Topfast-mogelijkheden

Complete oplossingen voor oppervlakteafwerking:

• 20 geautomatiseerde HASL-lijnen (500.000 m²/maand)
• 10 ENIG-lijnen (±8% dikte-uniformiteit)
• 5 OSP-lijnen (nano-versterking beschikbaar)
• 100% inline inspectie (AOI+SPI)

PCB Selectiegids voor oppervlakteafwerking downloaden