Процессы HASL для печатных плат и бессвинцовые процессы HASL

Процесс HASL

HASL (Hot Air Solder Leveling) - один из самых классических и экономически эффективных процессов обработки поверхности при производстве печатных плат, играющий важную роль в электронной промышленности. Этот процесс включает в себя покрытие медной поверхности слоем сплава олово-свинец для обеспечения надежной пайки и защиты печатных плат от окисления.

1.1 Различия между HASL и бессвинцовой HASL

HASL (Hot Air Solder Leveling) - одна из самых классических и экономически эффективных технологий обработки поверхности. Производство печатных плат. Этот процесс покрывает медные поверхности слоем оловянно-свинцового сплава для обеспечения надежной паяемости и устойчивости к окислению. С ростом экологических требований бессвинцовый HASL стал промышленным стандартом.

Различия в составе материалов:

• В традиционном HASLиспользуется сплав Sn63/Pb37 (63% олова + 37% свинца), температура плавления: 183 °C.
• В основном используется бессвинцовая HASL:
• SAC305 (96,5% олово+ 3% серебро + 0,5% медь), температура плавления: 217-220 °C
• SnCu0,7 (99,3% олово + 0,7% медь), температура плавления: 227 °C
• Чистый олово(Sn100), температура плавления: 232 °C

Сравнение характеристик процесса:

Практические различия в производительности:

• Паяемость:

• Свинцовый HASL обеспечивает лучшую активность припоя при более коротком времени смачивания (1-2 секунды).
• Бессвинцовая HASL требует более сильного флюса и более жесткого температурного контроля

• Надежность и надежность:

• Паяные соединения с содержанием свинца обладают лучшей термоусталостной прочностью (большее количество температурных циклов)
• Паяные соединения без свинца сохраняют высокую механическую прочность после длительного старения

• Окно процесса:

• Свинцовый HASL имеет более широкий технологический диапазон (±10 °C).
• БессвинцовыйHASLтребует более строгого контроля температуры (±3 °C).

Профессиональный совет: Topfast оптимизирует параметры бессвинцового HASL для достижения >99,5% выхода припоя при соблюдении стандартов IPC-6012 Class 3.

1.2 Основной технологический процесс HASL

Как профессиональный производитель печатных плат, Topfast использует полностью автоматизированные производственные линии HASL со строгими стандартизированными процессами:

1.2.1 Стадия предварительной обработки

• Химическая очистка:
• Кислотный очиститель (pH 2-3) удаляет оксиды меди
• Контроль температуры: 40-50 °C, продолжительность: 2-3 мин.
• Микротравление обеспечивает шероховатость поверхности Ra 0,3-0,5 мкм.
• Промывка:
• Трехступенчатая промывка в противотоке (удельное сопротивление деионизированной воды >15 МОм·см)
• Сушка горячим воздухом (60-80 °C)

1.2.2 Применение флюса

• Методы применения:
• Вспенивание (традиционное): Толщина флюса 0,01-0,03 мм
• Распыление (усовершенствованное):Более равномерное, на 30% меньше расход флюса
• Типы флюсов:
• Без очистки на основе канифоли (ROH)
• Содержание твердых веществ: 8-12%, кислотное число: 35-45 мгKOH/г

1.2.3 Основные этапы нивелирования горячим воздухом

• Предварительный нагрев:

• Свинцовый: 130-140°C
• Без свинца: 150–160°C
• Продолжительность: 60-90 сек

• Окунание в припой:

• Температура паяльника:
  • Свинцовый: 210±5°C
  • Без свинца: 250±5°C
• Время выдержки: 2–4с (точность ±0,5 с)
• Глубина погружения: 3-5 мм

• Выравнивание горячим воздухом:

• Параметры воздушного ножа:
  • Давление: 0.3-0.5MPa
  • Температура:300-350 °C
  • Угол: наклонвнизна 4°
  • Скорость воздуха: 20-30 м/с
• Время обработки: 1-2 секунды

• Охлаждение:

• Принудительное воздушное охлаждение (скорость: 2-3 °C/сек)
• Конечная температура <60 °C

1.2.4 Контроль качества

• Онлайн AOI (100% покрытие):
• Контроль толщины припоя (1-40 мкм)
• Обнаружение дефектов поверхности (шарики припоя, обнаженная медь и т.д.)
• Выборочные испытания:
• Испытание напаяемость (245 °C, 3 сек)
• Испытание на адгезию (метод ленты)

Технологический прорыв: Защищенный азотом бессвинцовый HASL-процесс Topfast’ снижает окисление припоя с 5 % до <1,5 %, значительно повышая производительность пайки.

1.3 Преимущества и ограничения процесса

Преимущества

• Эффективность затрат:

• Низкие инвестиции в оборудование (~1/3 от ENIG)
• Значительная экономия затрат на материалы (на 40-60% дешевле, чем ENIG)

• Надежность пайки:

• Выдерживает более3циклов переплавки (пиковая температура 260 °C)
• Высокая прочность на разрыв соединения (свинцовые: 50-60 МПа; бессвинцовые: 55-65 МПа)

• Широкое применение:

• Подходит для различных размеров накладок (мин. шаг 0,5 мм)
• Совместимость со сквозными отверстиями и процессами SMT

• Производительность хранилища:

• Срок годности 12 месяцев (относительная влажность воздуха <60%)
• Отличная устойчивость к окислению (48-часовое испытание солевым туманом)

Ограничения

• Ограничения на мелкий шаг:

• Не подходит для компонентов BGA/QFN с шагом 0,4 мм.
• Риск образования мостиков припоя в конструкциях с мелким шагом

• Вопросы планарности:

• Неровность поверхности: 15–25 мкм (влияет на сборку HDI)
• Разница в толщинедо 20 мкм между большими/малыми подушечками

• Тепловой стресс:

• Высокотемпературный процесс (особенно бессвинцовый) может повлиять на материалы с высокой ТГ
• Повышенный риск деформации для тонких плат (<0,8 мм)

• Экологические соображения:

• Свинцовая HASL, не отвечающая требованиям RoHS
• БессвинцовыйHASLпотребляет больше энергии (температура выше на 30–50 °C).

Нужна профессиональная поддержка HASL? Свяжитесь с инженерами Topfast для индивидуальных решений

Процесс ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)

2.1 Принципы процесса

ENIG формирует композитный защитный слой путем электролитического никелирования и погружения в золото:

• Слой никеля:3-6 мкм (7-9% фосфора)
• Золотой слой: 0,05–0,1 мкм

Основные параметры:

• Температура никелевой ванны: 85-90 °C
• Скорость нанесенияпокрытия: 15-20 мкм/ч
• Температура золотойванны: 80-85 °C
• pH: Никелевая ванна 4,5-5,0, золотая ванна 5,5-6,5

2.2 Преимущества

• Великолепная плоскость (Ra<0,1 мкм):

• Идеально подходит для <0,3 мм шага BGA/CSP
• Копланарность подложки <5 мкм/м

• Устойчивость к окислению:

• Срок годности 18 месяцев
• Сертифицировано J-STD-003B Класс 3

• Электропроводность:

• Удельное сопротивление золота: 2,44 мкОм·см
• Контактное сопротивление <10 мОм

2.3 Вызовы

• Проблема черной площадки:

• Причины: Перетравливание никеля или аномальное содержание фосфора
• Решение:Запатентованная технология пассивации Topfast’ снижает уровень черных пятен до 0,1%.

• Факторы стоимости:

• Высокая стоимость материалов (волатильность цен на золото)
• Сложный процесс (8-10 этапов)

• Прочность паяного соединения:

• Хрупкий слой Ni-Au IMC
• Прочность на разрыв ~40-45 МПа

ENIG от Topfast обеспечивает равномерность толщины ±10%, превосходя стандарты отрасли ±15%.

OSP (органический консервант паяемости)

3.1 Принципы процесса

OSP образуетна голой меди органическую защитную пленку толщиной 0,2–0,5 мкм, содержащую:

• Бензотриазольные соединения
• Соединения имидазола
• Карбоновые кислоты

Технологический поток:

1. Кислотная очистка (5% H2SO4, 2 мин)
2. Микротравление (Na2S2O8, удаление 1-2 мкм меди)
3. Обработка OSP (40-50 °C, 1-2 мин)
4. Сушка (горячий воздух 60-80 °C)

3.2 Преимущества

• Экономически эффективный:

• На 60% дешевле, чем HASL
• Низкие инвестиции в оборудование (~1/5 от ENIG)

• Целостность сигнала:

• Стабильная диэлектрическая проницаемость (ΔDk <0,02)
• Идеально подходит для высокочастотных приложений (>10 ГГц)

• Экологически чистый:

• Без тяжелых металлов
• Упрощенная очистка сточных вод

3.3 Ограничения

• Окно паяемости:

• Необходимо использовать в течение 24 часов после открытия
• Подходит только для 1 цикла переплавки (при второй переплавке выход продукции снижается на 30%)

• Инспекционные трудности:

• Трудно измерить толщину пленки оптическим способом
• Требуется специальная обработка ИКТ

• Условия хранения:

• Требуется вакуумная упаковка (RH <30%)
• Температура хранения: 15-30 °C

Topfast’enhanced OSP увеличивает срок хранения с 3 до 6 месяцев и выдерживает 2 цикла переплавки.

Руководство по выбору процесса

4.1 Сравнение

4.2 Рекомендации

• Потребительская электроника:

• Бессвинцовая HASL (наилучшее соотношение цены и качества)
• Контроль объема паяльной пасты для компонентов с мелким шагом

• Платы HDI:

• ENIG (превосходная плоскостность)
• Строгий контроль качества никеля

• Высокоскоростные ПХД:

• OSP/ENIG (улучшенная целостность сигнала)
• Избегайте неровной поверхности HASL’.

• Прототипирование:

• OSP (самый быстрый оборот)
• Обеспечение своевременной сборки

4.3 Возможности Topfast

Комплексные решения для обработки поверхностей:

• 20автоматизированных линий HASL (500 000 м²/месяц)
• 10линий ENIG (равномерность толщины ±8%)
• 5 линий OSP (доступно наноусиление)
• 100% поточный контроль (AOI+SPI)

Скачать Руководство по выбору отделки поверхности печатной платы