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:

• Traditional HASL uses Sn63/Pb37 alloy (63% tin + 37% lead), melting point: 183°C
• Blyfri HASL används främst:
• 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

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:

• Leaded HASL has a wider process window (±10°C)
• Lead-free HASL requires tighter temperature control (±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
• Temperature control: 40-50°C, duration: 2-3 min
• Micro-etching ensures surface roughness Ra 0.3-0.5μm
• Sköljning:
• Three-stage countercurrent rinsing (DI water resistivity >15MΩ·cm)
• Hot air drying (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:

• Leaded: 130-140°C
• Lead-free: 150-160°C
• Varaktighet: 60-90 sekunder

• Doppning av lödning:

• Temperatur på lödgryta:
  • Leaded: 210±5°C
  • Lead-free: 250±5°C
• Dwell time: 2-4 sec (±0.5 sec precision)
• Nedsänkningsdjup: 3-5 mm

• Nivellering av varmluft:

• Parametrar för luftknivar:
  • Tryck: 0,3-0,5MPa
  • Temperature: 300-350°C
  • Angle: 4° downward tilt
  • Lufthastighet: 20-30m/s
• Bearbetningstid: 1-2 sek

• Kylning:

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

1.2.4 Kvalitetsinspektion

• AOI online (100% täckning):
• Solder thickness inspection (1-40μm)
• Detektering av ytdefekter (lödkulor, exponerad koppar etc.)
• Provtagningstest:
• Solderability test (245°C, 3 sec)
• 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:

• Withstands >3 reflow cycles (peak 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:

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

• 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
• Lead-free HASL consumes more energy (30-50°C higher temperatures)

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:

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

Viktiga parametrar:

• Nickel bath temp: 85-90°C
• Plating rate: 15-20μm/h
• Gold bath temp: 80-85°C
• pH: Nickelbad 4,5-5,0, guldbad 5,5-6,5

2.2 Fördelar

• Fantastisk planhet (Ra<0.1μm):

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

• Oxideringsbeständighet:

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

• Elektrisk konduktivitet:

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

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

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

OSP (organiskt konserveringsmedel för lödbarhet)

3.1 Processprinciper

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

• Bensotriazolföreningar
• Imidazolföreningar
• Karboxylsyror

Processflöde:

1. Rengöring med syra (5% H2SO4, 2 min)
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 Fördelar

• Kostnadseffektivt:

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

• Signalintegritet:

• Stable dielectric constant (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%)
• Storage temp: 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 automated HASL lines (500,000㎡/month)
• 10 ENIG lines (±8% thickness uniformity)
• 5 OSP-linjer (nanoförstärkta tillgängliga)
• 100% inline-inspektion (AOI+SPI)

Ladda ner PCB Surface Finish Selection Guide