Финиш HASL в производстве печатных плат: процесс, преимущества и применение

Выравнивание сваркой горячим воздухом (HASL) остается одной из наиболее широко используемых поверхностных отделок в производстве печатных плат, которая ценится за свою экономическую эффективность, надежность,и совместимость с традиционными процессами сборкиНа протяжении десятилетий HASL служила рабочей конью для потребительской электроники, промышленных элементов управления и недорогих печатных пластин, предлагая практический баланс между сварной способностью, долговечностью, высокой прочностью и высокой прочностью.и эффективности производстваВ то время как передовые отделки, такие как ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold), доминируют в высококачественных приложениях, HASL продолжает процветать в сценариях, где стоимость и простота имеют наибольшее значение.В этом руководстве рассматривается процесс производства HASL, его основные преимущества, ограничения и как он сравнивается с альтернативными отделками, предоставляя информацию, которая поможет инженерам и покупателям решить, когда HASL является правильным выбором.

Что такое HASL Finish?
HASL (Hot Air Solder Leveling) - это поверхностная отделка, которая покрывает открытые медные подушки на ПХБ слоем расплавленной сварки (обычно олово-свинцового или безсвинцового сплава),затем выравнивать покрытие с использованием высокоскоростного горячего воздуха для удаления избыточного материалаВ результате получается равномерный, сжимаемый слой, который защищает медь от окисления и обеспечивает надежное связывание компонентов во время сборки.

Ключевые характеристики:
a.Сплав для сварки: традиционный HASL использует 63% олова/37% свинца (евтектика), но варианты без свинца (например, SAC305: 96,5% олова, 3% серебра, 0,5% меди) теперь являются стандартными для соответствия требованиям RoHS.
b. Толщина: 5 ‰ 25 μm, с более толстыми отложениями на краях подложки (естественный результат процесса выравнивания).
c.Текстура: матовая до полуяркой отделка с небольшой шероховатостью поверхности, что повышает сцепление сварки.

Производственный процесс HASL
Применение HASL включает в себя пять последовательных шагов, каждый из которых имеет решающее значение для достижения единообразной функциональной отделки:
1Предупредительная обработка: очистка поверхности ПХБ
Перед применением HASL ПКБ проходит тщательную очистку, чтобы обеспечить надлежащее сцепление с паяльником:

a.Обезжирение: щелочное очистительное средство удаляет масла, отпечатки пальцев и органические остатки из медных подкладки.
b.Микроэтировка: мягкая кислота (например, серная кислота + перекись водорода) вырисовывает медную поверхность до равномерной шероховатости (Ra 0,2 ‰ 0,4 мкм), улучшая влажность сварки.
c. Помывка: многочисленные деионизированные (DI) ванны с водой удаляют очистительные средства и остатки гравировки, предотвращая загрязнение паяльной ванны.

2. Применение потока
Водорастворимый или полиэтиленовый поток наносится на медные подкладки для:

a.Удалять оксиды с поверхности меди.
b.Содействие увлажнению сварки (способность расплавленной сварки равномерно распространяться по прокладке).
c. Защищать медь от повторного окисления перед нанесением сварки.

3. Погружение в сплав
ПХБ погружают в ванну расплавленной сварки (245-260°C для сплавов без свинца) в течение 3−5 секунд.

a.Сплав сварки плавится и прилипает к медным подушкам посредством металлургического связывания.
b. Флюс активирует, дополнительно очищая медную поверхность для обеспечения сильной связи.

4. Выравнивание горячего воздуха
После погружения ПКБ пропускается между высокоскоростными ножами с горячим воздухом (150 ∼ 200 °C), которые:

a.Отпускать избыток сварки, оставляя равномерное покрытие на подкладках.
b.Уровнять поверхность сварки, минимизируя изменения толщины.
c. Остатковый поток в кратковременном сушке, предотвращающий сбор или загрязнение.

5После лечения
a.Удаление потока: ПХБ очищается водой DI или мягким растворителем для удаления оставшегося потока, который может вызвать коррозию, если остаться на поверхности.
b.Инспекция: Автоматизированная оптическая инспекция (AOI) проверяет дефекты, такие как недостаточное покрытие, сварные мосты или чрезмерная толщина.

Ключевые преимущества HASL Finish
Устойчивая популярность HASL® обусловлена его уникальным сочетанием практических преимуществ, особенно для больших объемов, затратных приложений:
1Низкая стоимость и высокая эффективность
a.Стоимость материалов: HASL использует стандартные сплавы для сварки, которые значительно дешевле, чем золото или никель, используемые в ENIG (30% ниже стоимости материалов).
b. Скорость производства: линии HASL обрабатывают 50-100 ПХБ в час, в 2×3 раза быстрее, чем ENIG, сокращая сроки производства.
c.Масштабируемость: идеально подходит для производства больших объемов (100 000+ единиц), при этом стоимость единицы снижается по мере увеличения объемов.

2Отличная сварка
Поверхность HASL, богатая оловом, обеспечивает превосходную влажность сварки, что имеет решающее значение для надежной сборки компонентов:

a.совместимость: работает как с свинцовыми, так и безсвинцовыми пайками, что делает его универсальным для линий смешанной технологии.
b. Процесс прощения: лучше переносит незначительные изменения в сборке (например, колебания температуры в печах с обратным потоком) чем отделочные материалы, такие как ENIG.
c.Послехранилищные характеристики: сохраняет сжимаемость в течение 6-9 месяцев при контролируемом хранении (30-50% RH), дольше, чем OSP (органический консервант сжимаемости).

3Прочность в суровой среде
HASL предлагает лучшую устойчивость к механическим нагрузкам, чем хрупкие отделки, такие как погруженное серебро:

a. Сопротивляемость абразию: слой сварки выдерживает обработку во время сборки, уменьшая повреждение подложки по сравнению с тонкими отделками (например, OSP, погруженный олово).
b.Защита от коррозии: защищает медь от окисления при умеренной влажности (≤ 60% RH) и мягкой промышленной среде.

4Совместимость с традиционным производством
HASL идеально интегрируется с традиционными процессами производства и сборки ПКБ:

a.Нет специализированного оборудования: работает со стандартными линиями очистки, гравировки и сборки, избегая необходимости дорогостоящих обновлений, необходимых для ENIG (например, резервуаров для никеля и позолота).
b. Гибкость конструкции: совместима с проходными компонентами, большими подкладками и некритическими компонентами SMT (протяженность 0,8 мм и выше).

Ограничения HASL Finish
Хотя HASL превосходит во многих сценариях, он имеет ограничения, которые делают его непригодным для высококачественных или точных приложений:
1. Изменение грубости и толщины поверхности
a. Грубость: матовая отделка HASL (Ra 0,5 ‰ 1,0 мкм) может мешать тонким компонентам (≤ 0,5 мм), увеличивая риск соединительных мостов.
b. Толщина края: Сплав имеет тенденцию накапливаться на краях подложки, создавая "уши", которые могут привести к коротким промежуткам между плотно расположенными подложками (≤ 0,2 мм разрыва).

2Риски теплового стресса
a.ПКБ-оборот: погружение в расплавленную сварку (245°C-260°C) может извратить тонкие или большие ПКБ (≥ 300 мм), особенно те, которые имеют неравномерное распределение меди.
b.Повреждение компонентов: теплочувствительные компоненты (например, электролитические конденсаторы, светодиоды) должны быть добавлены после HASL, увеличивая этапы сборки.

3Ограничения окружающей среды и регулирования
a.Содержание свинца: традиционный свинцовый HASL запрещен в большинстве регионов в соответствии с RoHS, что требует перехода на сплавы без свинца (у которых более высокие температуры плавления, увеличивающие затраты на энергию).
b.Утилизация отходов: отходы сварки и остатки потока требуют особой обработки, что увеличивает затраты на соблюдение экологических требований.

4Ограничения в конструкциях высокой плотности
a.Компоненты с тонким углом: грубая поверхность и накопление краев делают HASL непригодными для BGA, QFP или других устройств с тонким углом (≤ 0,4 мм).
b.Сигналы с высокой частотой: Нерегулярность поверхности вызывает отражение сигнала в высокоскоростных конструкциях (> 1 ГГц), увеличивая потерю вставки по сравнению с гладкой отделкой, такой как ENIG.

HASL против альтернативных поверхностных отделений
В таблице ниже приведено сравнение HASL с общими альтернативами по ключевым показателям:

Идеальные приложения для HASL Finish
HASL остается предпочтительным вариантом в сценариях, в которых приоритет отдается стоимости, простоте и умеренной производительности:
1Потребительская электроника (низкозатратная)
a.Устройства: холодильники, микроволновые печи и стиральные машины используют HASL для своих панелей управления, где критически важны высота компонента 0,8 мм и низкая стоимость.
b.Игрушки и гаджеты: электронная продукция малого объема или одноразового использования (например, пульты дистанционного управления, сезонные украшения) получает выгоду от доступности HASL.

2Промышленный контроль
a.Моторные приводы и реле: прочность HASL® лучше, чем OSP, выдерживает вибрации и умеренную влажность заводских полов.
b.Силовые источники: проходные компоненты (трансформаторы, конденсаторы), распространенные в источниках питания, хорошо сочетаются с совместимостью HASL с традиционной сборкой.

3Автомобильные (некритические системы)
a.Инфоразвлечения и освещение: HASL используется в автомобильных стерео и ПКБ для внутреннего освещения, где тонкозвуковые компоненты редки и затраты высоки.
b.Запчасти для послепродажных изделий: Заменяющие ПКБ для старых транспортных средств часто используют HASL, чтобы соответствовать оригинальным производственным процессам.

4. Образование и прототипирование
a.Проекты и прототипы для студентов: низкая стоимость и доступность HASL делает его идеальным для быстрых прототипов и образовательных наборов.

Лучшие практики использования HASL Finish
Чтобы максимизировать производительность HASL и избежать распространенных ловушек, следуйте следующим рекомендациям:
1. Конструкция для совместимости HASL
a.Пространство между подушками: между подушками должно быть разрыв ≥ 0,2 мм, чтобы предотвратить наращивание краев.
b. Размер подкладки: используйте более крупные подкладки (диаметр ≥ 0,8 мм) для минимизации изменений толщины.
c. Избегайте мелких признаков: избегайте BGA, QFP или других компонентов с тонким тоном (≤ 0,5 мм тональности), если это абсолютно необходимо.

2. Оптимизировать процессы сборки
a.Профиль обратного потока: для HASL без свинца используют температуру обратного потока без свинца (240-250 °C), чтобы обеспечить правильное слияние сварки.
b.Очистка после сборки: тщательно удалять остатки потока, чтобы предотвратить коррозию в влажной среде.

3Хранение и обработка
a. Контролируемая среда: Хранить ПХБ HASL при температуре 30-50% RH и 15-25°C для максимизации срока годности для сварки.
b. Минимизируйте обработку: используйте антистатические пакеты и избегайте прикосновения к подушкам, чтобы предотвратить загрязнение, которое может ухудшить сварку.

4Контроль качества
a.Проверка AOI: проверка на наличие накопления краев, недостаточного покрытия и сварочных мостов после HASL.
b.Испытания сварной способности: Проводить периодические испытания баланса влажности (по IPC-TM-650 2.4.10) для обеспечения сохранности сварной способности.

Будущее HASL в меняющейся отрасли
В то время как HASL сталкивается с конкуренцией от передовых отделочных материалов, вряд ли он полностью исчезнет:

a.Иновации без свинца: новые сплавы без свинца (например, олово-бисмут) с более низкими точками плавления (220°C) снижают риск деформации ПКБ, расширяя применение HASL.
b.Гибридные отделки: некоторые производители сочетают HASL на больших прокладках с ENIG на тонких участках, сбалансируя стоимость и производительность.
c.Улучшение устойчивости: Системы переработки отходов сварки и потоков с закрытым циклом уменьшают воздействие HASL на окружающую среду.

Частые вопросы
Вопрос: Совместима ли HASL с бессвинцовыми процессами сборки?
О: Да, HASL без свинца (например, SAC305) работает без проблем с сварными материалами и профилями обратного потока без свинца (240-250 °C).

Вопрос: Как долго HASL поддерживает сварочность?
A: При контролируемом хранении (30~50% RH) HASL без свинца остается продаваемым в течение 6~9 месяцев, что дольше OSP, но меньше ENIG.

Вопрос: Может ли HASL использоваться на гибких ПХБ?
Ответ: HASL не рекомендуется для гибких ПКБ, так как высокотемпературная сварочная ванна может повредить гибкую подложку (полимид).

Вопрос: работает ли HASL для высокомощных ПХБ?
О: Да, толстый слой сварки HASL √ хорошо справляется с высокими токами, что делает его подходящим для источников питания и управления двигателями (до 50А при правильном размещении следов).

Вопрос: Что вызывает "сплавные шарики" в HASL-окончаниях?
Ответ: При неправильном удалении потока или чрезмерной температуре ванны для сварки возникают шарики для сварки.

Заключение
HASL остается практичным, экономически эффективным решением для производителей и дизайнеров печатных плат, ориентированных на большие объемы, низкие затраты и умеренно сложные приложения.совместимость с традиционными процессами, и доступность делают его незаменимым в потребительской электронике, промышленном управлении и образовательных проектах, даже когда передовые отделки доминируют на рынках высокого класса.

Понимая сильные стороны HASL (стоимость, долговечность) и ограничения (рухомость, ограничения тонкого тона), инженеры могут использовать его преимущества, избегая ловушек.HASL находит идеальный баланс между производительностью и практичностью, обеспечивая надежную работу без ненужных затрат.

Ключевой вывод: HASL не устарел, это специализированный инструмент в наборе инструментов для отделки печатных плат, превосходящийся в сценариях, где стоимость, простота,и умеренная производительность более важны, чем ультратонкие места или высокочастотные возможности.