HASL Finish in PCB Manufacturing: Process, Benefits, and Applications: HASL Finish in PCB Manufacturing: Process, Benefits, and Applications: HASL Finish in PCB Manufacturing: Process, Benefits, and Applications: HASL Finish in PCB Manufacturing: فرآیند، مزایای و کاربردهای تولید پی سی بی

سطح بندی جوش هوا گرم (HASL) همچنان یکی از گسترده ترین سطوح استفاده شده در تولید PCB است ، که به دلیل هزینه ، قابلیت اطمینان ،و سازگاری با فرآیندهای مونتاژ سنتیبرای دهه ها، HASL به عنوان پایان کار برای الکترونیک مصرفی، کنترل های صنعتی و PCB های کم هزینه خدمت کرده است، و تعادل عملی بین سولدرایی، دوام،و بهره وری تولیددر حالی که پایان پیشرفته مانند ENIG (طلای غوطه ور شدن نیکل بدون برق) بر کاربردهای پیشرفته تسلط دارد ، HASL همچنان در سناریوهای مهم ترین هزینه و سادگی رشد می کند.این راهنما فرآیند تولید HASL را بررسی می کند، مزایای اصلی آن، محدودیت های آن و نحوه مقایسه آن با فرآوری های جایگزین، بینش هایی را برای کمک به مهندسان و خریداران برای تصمیم گیری در مورد انتخاب درست HASL فراهم می کند.

HASL Finish چيست؟
HASL (Hot Air Solder Leveling) یک پوشش سطحی است که پد های مس را بر روی PCB ها با یک لایه از سولدر ذوب شده (معمولاً یک آلیاژ قلع سرب یا بدون سرب) پوشش می دهد.سپس پوشش را با استفاده از هوا گرم با سرعت بالا برای حذف مواد اضافی برابر کنیدنتیجه یک لایه یکنواخت و قابل جوش است که از مس در برابر اکسیداسیون محافظت می کند و اتصال قطعات قابل اعتماد را در طول مونتاژ تضمین می کند.

ویژگی های کلیدی:
a.آلیاژ سولدر: HASL سنتی از 63٪ قلع / 37٪ سرب (eutectic) استفاده می کند ، اما نسخه های بدون سرب (به عنوان مثال ، SAC305: 96.5٪ قلع ، 3٪ نقره ، 0.5٪ مس) اکنون استاندارد هستند تا مطابق با RoHS باشند.
b. ضخامت: 5 ‰ 25μm، با سپرده های ضخیم تر در لبه های پد (نتیجه طبیعی فرآیند سطح بندی).
c. بافت: پایان مات تا نیمه روشن با خشکی سطحی کمی، که چسبندگی جوش را افزایش می دهد.

فرآیند تولید HASL
استفاده از HASL شامل پنج مرحله متوالی است که هر کدام برای دستیابی به یک پایان یکنواخت و کاربردی ضروری است:
1پیش از درمان: تمیز کردن سطح PCB
قبل از استفاده از HASL، PCB از تمیز کردن دقیق برای اطمینان از چسبندگی مناسب جوش استفاده می شود:

a. تخلیه چربی: یک پاک کننده قلیایی روغن ها، اثر انگشت ها و بقایای آلی را از پد های مس حذف می کند.
b.میکروچاپ: یک اسید ملایم (به عنوان مثال، اسید گوگرد + پراکسید هیدروژن) سطح مس را به یک خشکی یکنواخت (Ra 0.2 ∼ 0.4μm) می کند و رطوبت جوش را بهبود می بخشد.
c. شستشوی: حمام های متعدد آب دیونیزه شده (DI) مواد تمیز کننده و بقایای چدن را از بین می برند و از آلودگی حمام جوش جلوگیری می کنند.

2استفاده از فلوکس
یک جریان محلول در آب یا مبتنی بر رزین به پد های مس اعمال می شود تا:

a.اکسید ها را از سطح مس حذف کنید.
ب.توسيع خمیر (قدرت خمیر ذوب شده برای گسترش به طور مساوی در سراسر پد).
c. از مس در برابر اکسیداسیون مجدد قبل از استفاده از جوش محافظت کنید.

3. غوطه ور شدن
PCB به مدت ۳/۵ ثانیه در یک حمام از جوش جوش (245°C برای آلیاژ های بدون سرب) غوطه ور می شود. در طول این مرحله:

a.آلیاژ جوش می شود و از طریق اتصال متالورژیک به پد های مس چسبیده است.
b.فلوکس فعال می شود و سطح مس را بیشتر تمیز می کند تا یک پیوند قوی را تضمین کند.

4. تسهیل هوا گرم
پس از غوطه ور شدن، PCB بین چاقوهای هوا گرم با سرعت بالا (150 ∼ 200 °C) که:

a.حمل بیش از حد را از بین ببرید و پوشش یکنواخت را روی پد ها بگذارید.
ب. سطح جوش را برابر کنید و تغییرات ضخامت را به حداقل برسانید.
ج. جریان باقیمانده خشک فلاش، جلوگیری از جمع شدن یا آلودگی.

5بعد از درمان
a. حذف جریان: PCB با آب DI یا یک حلال خفیف تمیز می شود تا جریان باقی مانده را از بین ببرد، که اگر روی سطح باقی بماند می تواند باعث خوردگی شود.
ب. بازرسی: بازرسی نوری خودکار (AOI) برای عیب هایی مانند پوشش ناکافی، پل های جوش یا ضخامت بیش از حد.

مزایای اصلی HASL Finish
محبوبیت ماندگار HASL از ترکیب منحصر به فرد مزایای عملی آن ناشی می شود، به ویژه برای برنامه های کاربردی حجم بالا و حساس به هزینه:
1هزینه کم و کارایی بالا
a.هزینه مواد: HASL از آلیاژ های جوش استاندارد استفاده می کند، که به طور قابل توجهی ارزان تر از طلا یا نیکل مورد استفاده در ENIG است (30٪ هزینه مواد پایین تر).
b. سرعت تولید: خطوط HASL 50-100 PCB را در ساعت پردازش می کنند، 2 × 3 برابر سریعتر از ENIG، کاهش زمان تولید.
c. مقیاس پذیری: ایده آل برای تولید حجم بالا (100،000 واحد +) ، با کاهش هزینه های واحد به عنوان افزایش حجم.

2. قابل سولدر شدن عالی
سطح غنی از قلع HASL® باعث رطوبت جوش برتر می شود که برای مونتاژ قطعات قابل اعتماد ضروری است:

a. سازگاری: هم با جوش های سربی و هم بدون سرب کار می کند، که آن را برای خطوط تکنولوژی مخلوط بسیار کاربردی می کند.
b. فرآیند بخشیدن: تغییرات کوچک مونتاژ (به عنوان مثال، نوسانات دمایی در کوره های reflow) را بهتر از پایان مانند ENIG تحمل می کند.
c. عملکرد پس از ذخیره سازی: قابلیت سولدر شدن را برای 6-9 ماه در ذخیره سازی کنترل شده (30-50٪ RH) حفظ می کند، طولانی تر از OSP (سازنده سولدر شدن ارگانیک).

3دوام در محیط های خشن
HASL مقاومت بهتری نسبت به فشارهای مکانیکی نسبت به فرش های شکننده مانند نقره غوطه ور ارائه می دهد:

a. مقاومت در برابر سایش: لایه ی جوش دهنده در طول مونتاژ مقاومت می کند و آسیب های پد را در مقایسه با پایان های نازک (به عنوان مثال OSP، قلع غوطه ور) کاهش می دهد.
حفاظت از خوردگی: از مس در رطوبت متوسط (≤60٪ RH) و محیط های صنعتی خفیف در برابر اکسیداسیون محافظت می کند.

4سازگاری با تولید سنتی
HASL به طور یکپارچه با فرآیند تولید و مونتاژ PCB قدیمی ادغام می شود:

a.بدون تجهیزات تخصصی: با خطوط استاندارد تمیز کردن، حکاکی و مونتاژ کار می کند، اجتناب از نیاز به ارتقاء گران قیمت مورد نیاز برای ENIG (به عنوان مثال، مخازن نیکل و طلا).
b. انعطاف پذیری طراحی: سازگار با اجزای سوراخ، پد های بزرگ و اجزای SMT غیرمهم (0.8mm pitch و بزرگتر).

محدودیت های HASL Finish
در حالی که HASL در بسیاری از سناریوها برجسته است، محدودیت هایی دارد که آن را برای برنامه های کاربردی پیشرفته یا دقیق مناسب نمی کند:
1. سطح خشکی و ضخامت تغییر
a.سطح: پایان مات HASL (Ra 0.5 × 1.0μm) می تواند با اجزای باریک (≤ 0.5mm pitch) تداخل داشته باشد و خطر پل های جوش را افزایش دهد.
b. ضخامت لبه: جوش در لبه های پد جمع می شود و باعث ایجاد "آغاز" می شود که می تواند باعث کوتاه شدن بین پد های فاصله نزدیک (≤0.2mm) شود.

2خطر استرس حرارتی
a.پی سی بی Warpage: غوطه ور شدن در جوش ذوب شده (245 °C ~ 260 °C) می تواند PCB های نازک یا بزرگ (≥ 300 میلی متر) را منحرف کند، به ویژه آنهایی که توزیع مس نامناسب دارند.
ب. آسیب به قطعات: قطعات حساس به گرما (به عنوان مثال، خازن های الکترولیتی، LED ها) باید پس از HASL اضافه شوند و مراحل مونتاژ را افزایش دهند.

3محدودیت های زیست محیطی و قانونی
a.محتوای سرب: HASL سنتی سرب در اکثر مناطق تحت RoHS ممنوع است، نیاز به انتقال به آلیاژ های بدون سرب (که دارای نقاط ذوب بالاتر، افزایش هزینه های انرژی هستند) است.
ب. دفع زباله: زباله های جوش و باقی مانده های جریان نیاز به رسیدگی ویژه دارند که هزینه های انطباق با محیط زیست را اضافه می کند.

4محدودیت در طراحی های چگالی بالا
a. اجزای پیچ باریک: سطح خشن و تجمع لبه ها باعث می شود HASL برای BGA ها، QFP ها یا سایر دستگاه های پیچ باریک (≤0.4mm pitch) مناسب نباشد.
ب. سیگنال های فرکانس بالا: ناهنجاری های سطحی باعث بازتاب سیگنال در طرح های با سرعت بالا (> 1GHz) می شود و باعث افزایش از دست دادن ورودی در مقایسه با پایان های صاف مانند ENIG می شود.

HASL در مقابل پوشش های سطحی جایگزین
جدول زیر HASL را با گزینه های متداول در معیارهای کلیدی مقایسه می کند:

کاربرد های ایده آل برای HASL Finish
HASL همچنان در سناریوهایی که هزینه ، سادگی و عملکرد متوسط در اولویت قرار می گیرد ، انتخابی است:
1الکترونیک مصرفی (کم هزینه)
a. دستگاه های خانگی: یخچال ها، مایکروویو ها و ماشین های لباسشویی از HASL برای تخته های کنترل خود استفاده می کنند، که در آن پیچ قطعات 0.8mm+ و هزینه پایین بسیار مهم است.
ب. اسباب بازی ها و ابزارها: وسایل الکترونیکی کم حجم یا یکبار مصرف (به عنوان مثال کنترل های از راه دور، تزئینات فصلی) از مقرون به صرفه HASL استفاده می کنند.

2کنترل های صنعتی
a. محرک ها و رله ها: دوام HASL® در برابر لرزش و رطوبت متوسط کف کارخانه بهتر از OSP مقاومت می کند.
ب. منابع برق: اجزای سوراخ (ترانسفورماتورها، خازن ها) که در منابع برق رایج هستند، با سازگاری HASL با مونتاژ سنتی به خوبی مطابقت دارند.

3خودرو (سیستم های غیر حیاتی)
الف.اطلاعات و نورپردازی: HASL در استریو خودرو و PCB های نورپردازی داخلی استفاده می شود، جایی که اجزای باریک نادر هستند و فشار هزینه بالا است.
ب. قطعات پس از فروش: PCB های جایگزین برای وسایل نقلیه قدیمی اغلب از HASL برای مطابقت با فرآیندهای تولید اصلی استفاده می کنند.

4آموزش و نمونه سازی
a. پروژه های دانشجویی و نمونه های اولیه: هزینه پایین و در دسترس بودن HASL آن را برای نمونه های اولیه سریع و کیت های آموزشی ایده آل می کند.

بهترین روش ها برای استفاده از HASL Finish
برای به حداکثر رساندن عملکرد HASL و جلوگیری از مشکلات رایج، این دستورالعمل ها را دنبال کنید:
1طراحی برای سازگاری HASL
a. فاصله پد: فاصله ≥0.2mm بین پد ها را حفظ کنید تا از جمع شدن لبه ها جلوگیری شود.
b. اندازه پد: استفاده از پد های بزرگتر (قطر ≥0.8mm) برای به حداقل رساندن تغییرات ضخامت.
c.از ویژگی های ظریف اجتناب کنید: از BGA ها، QFP ها یا سایر اجزای ظریف (≤0.5mm pitch) اجتناب کنید مگر اینکه کاملا ضروری باشد.

2. بهینه سازی فرآیندهای مونتاژ
a. پروفایل بازپرداخت: از دمای بازپرداخت بدون سرب (240-250°C) برای HASL بدون سرب برای اطمینان از ادغام مناسب جوش استفاده کنید.
b. تمیز کردن پس از مونتاژ: باقی مانده های فلوکس را به طور کامل حذف کنید تا از خوردگی در محیط های مرطوب جلوگیری شود.

3. انبار و دستگير
a. محیط کنترل شده: PCB های HASL را در 30 ٪ 50٪ RH و 15 ٪ 25 ° C ذخیره کنید تا حداکثر عمر شیلف قابل سولدر شود.
b. دستکاری را به حداقل برسانید: از کیسه های ضد ایستاتیک استفاده کنید و از لمس پد ها برای جلوگیری از آلودگی که می تواند قابلیت جوش را کاهش دهد، اجتناب کنید.

4کنترل کیفیت
a. بازرسی AOI: بررسی برای تجمع لبه، پوشش ناکافی و پل های جوشاندن پس از HASL.
ب.بررسی قابلیت جوش: انجام آزمایشات تعادل مرطوب کننده دوره ای (بر اساس IPC-TM-650 2.4.10) برای اطمینان از حفظ قابلیت جوش.

آینده HASL در یک صنعت در حال تغییر
در حالی که HASL با رقابت از پایان پیشرفته روبرو است، بعید است که به طور کامل ناپدید شود:

a. نوآوری های بدون سرب: آلیاژ های جدید بدون سرب (به عنوان مثال، قلع-بیسموت) با نقاط ذوب پایین (220 °C) خطر انحراف PCB را کاهش می دهد و کاربرد HASL را گسترش می دهد.
ب.پایانکاری های ترکیبی: برخی از تولید کنندگان HASL را در پد های بزرگ با ENIG در مناطق باریک ترکیب می کنند، هزینه و عملکرد را متعادل می کنند.
ج.بهبودی پایداری: سیستم های بازیافت حلقه بسته برای زباله های جوش و زباله های جریان، تأثیر محیط زیست HASL را کاهش می دهد.

سوالات عمومی
س: آیا HASL با فرآیندهای مونتاژ بدون سرب سازگار است؟
A: بله، HASL بدون سرب (به عنوان مثال، SAC305) به طور یکپارچه با جوش های بدون سرب و پروفایل های جریان مجدد (240 ~ 250 °C) کار می کند.

س: HASL تا چه مدت قابل جوش است؟
ج: در ذخیره سازی کنترل شده (30٪ 50٪ RH) ، HASL بدون سرب برای 6٪ 9 ماه بیشتر از OSP اما کوتاه تر از ENIG قابل فروش است.

س: آیا HASL را می توان روی PCB های انعطاف پذیر استفاده کرد؟
A: HASL برای PCB های انعطاف پذیر توصیه نمی شود ، زیرا حمام جوش در دمای بالا می تواند به زیربنای انعطاف پذیر (پولیامید) آسیب برساند. به جای آن از ENIG یا قلع غوطه ور استفاده کنید.

س: آیا HASL برای PCB های قدرتمند کار می کند؟
A: بله، HASL ٪ لایه جوش ضخیم جریان های بالا را به خوبی کنترل می کند، که آن را برای منابع برق و کنترل موتور مناسب می کند (تا 50A با اندازه گیری مناسب).

س: چه چیزی باعث ایجاد "گول های سولدر" در HASL می شود؟
A: توپ های پایش ناشی از حذف نامناسب جریان یا دمای بیش از حد حمام پایش است. اطمینان از تمیز کردن کامل و حفظ دمای حمام در حدود 245 ≈ 260 ° C این مشکل را به حداقل می رساند.

نتیجه گیری
پایان HASL همچنان یک راه حل عملی و مقرون به صرفه برای تولید کنندگان PCB و طراحان متمرکز بر حجم بالا، هزینه کم و کاربردهای متوسط است.سازگاری با فرایندهای سنتی، و مقرون به صرفه بودن آن را در الکترونیک مصرفی، کنترل های صنعتی و پروژه های آموزشی ضروری می کند، حتی به عنوان پایان پیشرفته بر بازارهای پیشرفته تسلط دارد.

با درک نقاط قوت HASL (هزینه، دوام) و محدودیت ها (سخت بودن، محدودیت های باریک) ، مهندسان می توانند از مزایای آن استفاده کنند در حالی که از مشکلات اجتناب می کنند.HASL تعادل کامل بین عملکرد و کاربرد را پیدا می کند، تضمین عملکرد قابل اعتماد بدون هزینه های غیرضروری.

نکته کلیدی: HASL منسوخ نشده است، این یک ابزار تخصصی در ابزار پایان PCB است، در سناریوهای که هزینه، سادگی،و عملکرد متوسط مهم تر از پیچ های فوق العاده ظریف یا قابلیت های فرکانس بالا است.