پایان HASL در تولید PCB: فرآیند، کیفیت و کاربردها

سطح بندی سولدر هوا گرم (HASL) برای دهه ها سنگ بنای پایان سطح PCB بوده است ، با توجه به هزینه های موثر ، قابل اعتماد سولدر ،و سازگاری با جریان های کاری تولید سنتیدر حالی که فرآوری های جدیدتر مانند ENIG و قلع غوطه ور در کاربردهای باریک زمین به دست آورده اند، HASL همچنان یک انتخاب برای هزینه های کم است،PCB های حجم بالا در صنایع از الکترونیک مصرفی تا کنترل های صنعتیاین راهنما فرآیند تولید HASL، اقدامات کنترل کیفیت، مزایا و محدودیت ها را بررسی می کند.و چگونه آن را در مقابل پایان های جایگزین استایل می کند.

نکات کلیدی
1.HASL 30٪ تا 50٪ ارزان تر از ENIG و قلع غوطه ور است، که آن را برای برنامه های کاربردی حجم بالا و حساس به هزینه مانند لوازم خانگی و اسباب بازی ها ایده آل می کند.
2این فرآیند یک لایه ی ۱/۲۵μm از جوش (قلم دار یا بدون سرب) را بر روی پد های مس قرار می دهد، که باعث جوش بسیار خوبی برای اجزای سوراخ و بزرگ سطح می شود.
3سطح ناهموار.HASL (تسامح ± 10μm) استفاده از آن را با اجزای باریک (< 0.8mm pitch) محدود می کند، که در آن خطرات پل 40٪ در مقایسه با پایان مسطح افزایش می یابد.
4HASL بدون سرب مدرن (Sn-Ag-Cu) با استانداردهای RoHS مطابقت دارد اما به دماهای پردازش بالاتر (250 °C ~ 270 °C) نسبت به HASL سنتی قلع سرب نیاز دارد.

HASL Finish چيست؟
سطح بندی جوش هوا گرم (HASL) یک فرآیند پایان سطح است که پد های PCB مس را با یک لایه جوش ذوب شده پوشش می دهد و سپس با استفاده از هوای داغ با سرعت بالا، اضافه را سطح می دهد.نتیجه یک لایه قابل جوش است که از مس در برابر اکسیداسیون محافظت می کند و اتصال قوی را در طول مونتاژ تضمین می کند.

دو نوع از HASL
Tin-Lead HASL: از آلیاژ 63٪ قلع / 37٪ سرب (نقطه ذوب 183 ° C) استفاده می کند.اگرچه هنوز در کاربردهای تخصصی نظامی/هوافضا با معافیت استفاده می شود.
HASL بدون سرب: به طور معمول از یک آلیاژ قلع و نقره و مس (Sn-Ag-Cu، یا SAC) (نقطه ذوب 217~227°C) برای پاسخگویی به الزامات RoHS و REACH استفاده می کند.این نوع غالب در تولید PCB تجاری امروز است.

فرآیند تولید HASL
HASL شامل پنج مرحله کلیدی است که هرکدام برای دستیابی به یک پایان یکنواخت و قابل جوش حیاتی است:
1قبل از درمان: تمیز کردن و فعال کردن
قبل از استفاده از جوش، PCB ها برای اطمینان از چسبندگی به طور دقیق تمیز می شوند:
a. تخلیه چربی: حذف روغن ها، اثر انگشت و آلاینده های آلی با استفاده از پاک کننده های قلیایی یا حلال.
b.میکرو-حفر: یک حفر اسیدی خفیف (به عنوان مثال، اسید گوگردی + هیدروژن پروکسید) 1μ2μm از اکسید مس را از بین می برد و مس تازه و واکنش پذیر را نشان می دهد.
c. استفاده از جریان: یک جریان محلول در آب (معمولاً مبتنی بر رزین) برای جلوگیری از اکسید مجدد و ترویج خیس شدن پیاژ به پد های مس اعمال می شود.

2. غوطه ور شدن
PCB در یک حمام از جوش ذوب شده غوطه ور می شود:
a. دمای: 250-270°C برای HASL بدون سرب (سنگ آهن SAC) در مقابل 200-220°C برای قلع سرب.
b.زمان غوطه ور شدن: 3 ⁄ 5 ثانیه برای اطمینان از خیس شدن کامل پد های مس بدون آسیب رساندن به بستر PCB (به عنوان مثال FR4).
c. کنترل آلیاژ: حمام های جوش دهنده به طور مداوم برای ترکیب (به عنوان مثال، 96.5٪ Sn، 3٪ Ag، 0.5٪ Cu برای SAC305) برای حفظ ثبات نظارت می شوند.

3. تسهیل هوا گرم
پس از غوطه ور شدن، جوش بیش از حد با استفاده از چاقوهای هوای گرم با فشار بالا برداشته می شود:
a. دمای هوا: 200-250 درجه سانتیگراد برای نگه داشتن جوش جوش در طول سطح بندی.
b. فشار هوا: 5 ‰ 10 psi، بر اساس اندازه پد تنظیم شده (ضغط بالاتر برای پد های بزرگتر).
c. موقعیت نوزل: با زاویه 30-45 ° نسبت به سطح PCB برای توزیع یکنواخت هوا و جلوگیری از تجمع جوش در لبه ها.
این مرحله یک سطح سطح ایجاد می کند، اگرچه برخی از نابرابری ها (± 10μm) به ویژه در پد های بزرگ باقی می ماند.

4. خنک کننده
PCB به سرعت (به دمای اتاق در عرض <30 ثانیه) با استفاده از هوا یا مه آب فشرده خنک می شود:
a.ممنون از جریان آهنربا به مناطق غیر پد می شود.
ب.یک پایان صاف و درخشان را با به حداقل رساندن اکسیداسیون در طول جامد شدن تضمین می کند.

5بعد از درمان: حذف فلوکس
جریان باقیمانده با استفاده از:
a.شستن آب گرم: برای جریان های محلول در آب.
b. تمیز کردن محلول: برای جریان های مبتنی بر رزین (امروز به دلیل مقررات زیست محیطی کمتر رایج است).
تمیز کردن مناسب بسیار مهم است، باقیمانده های فلوکس می توانند باعث خوردگی یا نشت الکتریکی شوند.

کنترل کیفیت در تولید HASL
کیفیت ثابت HASL نیاز به کنترل دقیق فرآیند برای جلوگیری از نقایص رایج دارد:
1ضخامت خازن
محدوده هدف: 1μ25μm (معمولاً 5μ15μm برای اکثر برنامه ها).
بیش از حد نازک (< 1μm): خطر اکسیداسیون مس و قابلیت جوش ضعیف.
بیش از حد ضخیم (> 25μm): باعث ایجاد سطوح نابرابر و پل در اجزای ظریف می شود.
روش اندازه گیری: فلورسنت اشعه ایکس (XRF) یا میکروسکوپی برش متقابل.

2خیس کردن و پوشش
معیارهای پذیرش: ≥95٪ از ناحیه پد باید با جوش پوشانده شود (بدون لکه های مس برهنه).
مسائل مشترک:
ضد رطوبت: حلقه های جوش بر روی پد ها به دلیل تمیز کردن ضعیف یا مس اکسید شده.
ضد رطوبت: جوش در ابتدا رطوبت می یابد اما عقب می افتد و مناطق خالی را به دلیل آلودگی جریان یا دمای بالای حمام باقی می گذارد.

3خشکی سطح
حداکثر تحمل: ±10μm (با استفاده از پروفایل سنجی اندازه گیری می شود).
خطر خشکی بیش از حد:
پل در اجزای باریک (0.8mm pitch یا کوچکتر).
تثبيت ناپايدار پسته جوش در طول مونتاژ

4. تماميت آلياژ
آزمایش: اسپکتروسکوپی برای تأیید ترکیب جوش (به عنوان مثال، 3٪ نقره در SAC305).
مشکلات: نسبت های غلط آلیاژ می تواند نقاط ذوب را کاهش دهد و باعث شکست مفاصل جوش در هنگام جریان مجدد شود.

مزایای HASL Finish
محبوبیت ماندگار HASL از مزایای عملی آن برای کاربردهای خاص ناشی می شود:
1. هزینه کم
هزینه های مواد: آلیاژ های جوش (Sn-Ag-Cu) ارزان تر از طلا (ENIG) یا قلع با پاکیزه ی بالا (قلع غوطه ور) است.
کارایی پردازش: خطوط HASL با سرعت بالا (100+ صفحه / ساعت) کار می کنند و هزینه های نیروی کار در هر واحد را کاهش می دهند.
کل هزینه: 30٪ تا 50٪ ارزان تر از ENIG و 20٪ تا 30٪ ارزان تر از قلع غوطه ور برای حجم بالا (10,000 واحد).

2. قابل سولدر شدن عالی
سرعت رطوبت: خمیر جوش به سرعت بر روی پد های پوشش داده شده با HASL جریان می یابد، با زمان رطوبت <1.5 ثانیه (استانداردی IPC-TM-650).
سازگاری با کار مجدد: بدون تخریب 3-5 چرخه بازپرداخت زنده می ماند (بیش از OSP (1-2 چرخه).
عملکرد سوراخ: ایده آل برای اجزای سوراخ، به عنوان جوشنده سوراخ را به طور یکسان در طول غوطه ور کردن پر می کند.

3دوام
مقاومت در برابر خوردگی: مقاومت در برابر 200~300 ساعت آزمایش اسپری نمک (ASTM B117) بهتر از OSP (<100 ساعت) و برای کاربردهای داخلی کافی است.
قدرت مکانیکی: لایه ی خمیر ضخیم (۵ ٫۱۵μm) در هنگام دستکاری در برابر سایش مقاومت می کند و در مقایسه با پایان های نازک مانند قلع غوطه ور، خطر آسیب را کاهش می دهد.

4سازگاری با فرآیندهای استاندارد
با تمام بستر های PCB رایج (FR4، FR4 با TG بالا، CEM-1) کار می کند.
به طور یکپارچه در خطوط تولید سنتی بدون تجهیزات تخصصی ادغام می شود.

محدودیت های HASL Finish
معایب HASL باعث می شود که برای برخی از طرح های PCB مدرن مناسب نباشد:
1سطح پایین برای اجزای نازک
تغییرات سطحی: تحمل ±10μm باعث ایجاد "قله ها و دره ها" بر روی پد ها می شود و خطر عبور از پل را در:
0.8mm pitch QFPs (سرعت پل 15~20٪ در مقابل 5٪ با قلع غوطه ور).
0.5mm pitch BGA (تقریباً غیرقابل کنترل با HASL).

2فشار حرارتی بر روی PCB ها
HASL های بدون سرب با دمای پردازش بالا (250-270°C) می توانند:
PCB های باریک وارپ (<0.8mm ضخیم)
مواد حساس به گرما (به عنوان مثال برخی از مواد انعطاف پذیر) را تخریب کنید.
باعث از هم پاشي در تخته هاي چند لايه اي با کيفيت لايه بندي ضعيف ميشه.

3چالش های بدون سرب
نقطه ذوب بالاتر: آلیاژ های SAC در طول مونتاژ نیاز به دمای بازپرداخت بالاتر (245 °C-260 °C) دارند که باعث افزایش فشار بر اجزای آن می شود.
خطر خستگی: HASL بدون سرب بیشتر به علت اکسیداسیون دچار خستگی می شود که می تواند مشکلات خیس شدن را در طول بازرسی پنهان کند.

4نگرانی های زیست محیطی و ایمنی
رسیدگی به زباله ها: زباله های جوش (زباله های جوش جامد شده) نیاز به دفع تخصصی دارند.
ایمنی کارگران: دمای بالا و دود های جریان هوا نیاز به تهویه سخت و PPE (تجهیزات حفاظت شخصی) دارند.

HASL در مقابل دیگر PCB ها

کاربردهای ایده آل برای HASL
HASL همچنان بهترین انتخاب برای:
1الکترونیک مصرفی ارزان قیمت
لوازم: یخچال ها، مایکروویو ها و ماشین های لباسشویی از PCB های پد بزرگ استفاده می کنند که در آن صرفه جویی در هزینه های HASL بسیار مهم است.
اسباب بازی و ابزار: محصولات با حجم بالا و سود کم از مقرون به صرفه بودن HASL و قابلیت اطمینان کافی بهره مند می شوند.

2کنترل های صنعتی (غیر از پیچ خوب)
کنترل کننده های موتور: قطعات سوراخ و دستگاه های بزرگ نصب سطح (≥1206 غیر فعال) با HASL به خوبی کار می کنند.
منابع برق: پد های مس ضخیم (برای جریان بالا) به راحتی با HASL پوشانده می شوند و اتصال خوب جوش را تضمین می کنند.

3ارتش و هوافضا (تین سرب HASL)
از محدودیت های RoHS معاف، HASL قلع سرب در سیستم های قدیمی مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به قابلیت اطمینان طولانی مدت و سازگاری با جوش قلع سرب دارد.

4. نمونه سازي و اجرا با حجم کم
دسته های کوچک (10 ¥100 واحد) از سرعت HASL و هزینه های کم راه اندازی در مقایسه با ENIG بهره مند می شوند.

بهترین روش ها برای استفاده از HASL
برای به حداکثر رساندن عملکرد HASL، این دستورالعمل ها را دنبال کنید:

1طراحی برای HASL
حداقل اندازه پد: ≥0.6mm × 0.6mm برای اطمینان از پوشش یکسانی جوش.
پیچ: از قطعات با پیچ <0.8mm اجتناب کنید؛ در صورت لزوم، فاصله پد به پد را به 0.2mm افزایش دهید.
طراحی سوراخ: استفاده از سوراخ های لایه دار (PTH) با قطر ≥0.3mm برای پر کردن قابل اعتماد جوش.

2. الزامات کیفیت را مشخص کنید
ضخامت جوش: 515μm برای اکثر برنامه ها.
رطوبت: نیاز به پوشش ≥95٪ پد (به IPC-A-610 کلاس 2).
پوشش سطحی: مشخص کردن HASL روشن (در مقابل تیره) برای اطمینان از ترکیب مناسب آلیاژ و حذف جریان.

3ملاحظات مجمع
خمیر جوش: از خمیر نوع 3 یا 4 (ذرات ظریف تر) استفاده کنید تا ناهموار بودن سطح را پوشش دهد.
پروفایل جریان مجدد: برای HASL بدون سرب، از یک رمپ آهسته (23°C/ ثانیه) تا دمای اوج 250-260°C استفاده کنید.
بازرسی: از AOI (بازرسی نوری خودکار) برای تشخیص پل در اجزای نزدیک به پیچ باریک (پیچ 0.8 × 1.0 میلی متر) استفاده کنید.

سوالات عمومی
س: آیا HASL بدون سرب به اندازه HASL قلع سرب قابل اعتماد است؟
A: بله، هنگامی که به درستی پردازش می شود. HASL بدون سرب (SAC) قابلیت جوش مشابه و مقاومت در برابر خوردگی کمی بهتر را ارائه می دهد، اگرچه به دمای بالای مونتاژ نیاز دارد.

سوال: آیا HASL می تواند با PCB های با سرعت بالا استفاده شود؟
A: محدود است. سطح نابرابر آن می تواند باعث تغییرات مقاومت در سیگنال های 10Gbps + شود، که ENIG یا تزریق قلع را برای طرح های فرکانس بالا بهتر می کند.

سوال: علت HASL iccles (تفاوت های جوش) چیست؟
A: یخچال ها زمانی شکل می گیرند که فشار هوا بسیار پایین باشد و جوش اضافی را در لبه های پد باقی بگذارد. آنها می توانند باعث شارژ شوند و تحت کلاس 2/3 IPC-A-610 رد می شوند.

س: مدت نگهداری HASL چقدر است؟
A: 12 ماه و بیشتر در بسته بندی مهر و موم شده با مواد خشک کن، مشابه قلع غوطه ور و ENIG.

س: آیا HASL با پوشش سازگار سازگار است؟
A: بله، اما اطمینان حاصل کنید که از بین بردن جریان کامل در ابتدا باقی مانده ها می تواند باعث مشکلات چسبندگی پوشش شود.

نتیجه گیری
پایان HASL همچنان یک گزینه مناسب و مقرون به صرفه برای PCB ها با پد های بزرگ، اجزای سوراخ و الزامات کم هزینه است. در حالی که محدودیت های سطح نابرابر آن با طرح های باریک استفاده می شود،قابلیت اطمینان، قابل فروش و مقرون به صرفه بودن آن را در الکترونیک مصرفی، کنترل های صنعتی و سیستم های قدیمی ضروری می کند.
با تکامل تکنولوژی PCB، HASL با فرآوری های جدید مانند ENIG و لاستیک غوطه ور همزیستی خواهد کرد.درک نقاط قوت و محدودیت های HASL تضمین می کند که در جایی که بیشترین ارزش افزوده را دارد استفاده شود: حجم بالا، برنامه های کاربردی حساس به هزینه که در آن الزامات عملکرد با قابلیت های آن هماهنگ است.
در نهایت، طول عمر HASL در این صنعت به عملی بودن آن اشاره می کند، گواهی این ضرب المثل است که گاهی اوقات، راه حل های اثبات شده در زمینه های مناسب از جایگزین های جدیدتر دوام می آورند.