تشطيب HASL في تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور: العملية والجودة والتطبيقات

كان تسوية اللحام بالهواء الساخن (HASL) حجر الزاوية في التشطيب السطحي لPCB لعقود ، يقدر من أجل فعاليته من حيث التكلفة ، والقدرة على اللحام الموثوق بها ،وتوافق مع سير العمل التقليدي في التصنيعفي حين أن التشطيبات الحديثة مثل ENIG والقصدير الغمر قد اكتسبت أرضا في تطبيقات الصوت الدقيق ، لا يزال HASL خيارًا جيدًا للأسعار المنخفضة ،PCBs ذات الحجم الكبير في الصناعات التي تتراوح من الإلكترونيات الاستهلاكية إلى الضوابط الصناعيةهذا الدليل يستكشف عملية تصنيع HASL، وتدابير مراقبة الجودة، والمزايا والقيود،وكيف يتنافس مع التشطيبات البديلة، مما يوفر رؤى أساسية للمهندسين والمشترين على حد سواء.

المعلومات الرئيسية
1.HASL أرخص بنسبة 30٪ إلى 50٪ من ENIG والقصدير الغمر ، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات ذات الحجم الكبير والتكلفة الحساسة مثل الأجهزة والألعاب.
2.تضع هذه العملية طبقة من اللحام تبلغ طولها 25μm (مليئة بالرصاص أو خالية من الرصاص) على الأغطية النحاسية، مما يضمن قابلية اللحام الممتازة للمكونات ذات الثقوب والمسطحات الكبيرة.
3يحدّ.HASL من استخدامها مع المكونات ذات الوتيرة الدقيقة (< 0.8 ملم) ، حيث تزداد مخاطر الجسر بنسبة 40٪ مقارنة بالأطراف المسطحة.
4الـ HASL الحالي الخالي من الرصاص (Sn-Ag-Cu) يلبي معايير RoHS ولكنه يتطلب درجات حرارة معالجة أعلى (250-270 درجة مئوية) من HASL التقليدية مع الرصاص.

ما هو HASL الانتهاء؟
تسوية اللحام بالهواء الساخن (HASL) هي عملية التشطيب السطحي التي تغطي لوحات PCB النحاسية بطبقة من اللحام المنصهر ، ثم تسوية الفائض باستخدام الهواء الساخن عالي السرعة.النتيجة هي طبقة قابلة للصدأ تحمي النحاس من الأكسدة وتضمن مفاصل قوية أثناء التجميع.

نوعان من HASL
الصين الرصاص HASL: يستخدم سبيكة 63٪ الصين / 37٪ الرصاص (نقطة الانصهار 183 درجة مئوية). مرة واحدة معيار الصناعة، وهو الآن مقيد في معظم المناطق بسبب لوائح RoHS،على الرغم من أنها لا تزال تستخدم في التطبيقات العسكرية/الفضائية المتخصصة مع إعفاءات.
HASL الخالي من الرصاص: يستخدم عادةً سبيكة القصدير والفضة والنحاس (Sn-Ag-Cu ، أو SAC) (نقطة الانصهار 217 ∼ 227 درجة مئوية) لتلبية متطلبات RoHS و REACH.إنه النوع المهيمن في تصنيع الـ PCB التجاري اليوم.

عملية تصنيع HASL
تتضمن HASL خمس خطوات رئيسية ، كل منها حاسمة لتحقيق النهاية الموحدة القابلة للصلب:
1المعالجة المسبقة: التنظيف والتنشيط
قبل تطبيق اللحام ، تخضع PCBs لتنظيف صارم لضمان الالتصاق:
a.تخفيف الدهون: إزالة الزيوت وبصمات الأصابع والملوثات العضوية باستخدام المنظفات القلوية أو المذيبات.
ب. الحفر المجهري: الحفر الحمضي الخفيف (مثل حمض الكبريتيك + بيروكسيد الهيدروجين) يزيل 1μ2μm من أكسيد النحاس ، مما يعرض النحاس الطازج والفاعل.
تطبيق تدفق: يتم تطبيق تدفق محلول في الماء (عادة على أساس الراتنج) على وسائد النحاس لمنع إعادة الأكسدة وتعزيز ترطيب اللحام.

2. غمر الحلّاء
يتم غمر PCB في حمام من اللحام المنصهر:
a.درجة الحرارة: 250-270 درجة مئوية لـ HASL الخالية من الرصاص (سبائك SAC) مقابل 200-220 درجة مئوية للقصدير.
b.وقت الغوص: 3-5 ثواني لضمان الرطوبة الكاملة للوسائد النحاسية دون إضرار رصيف PCB (على سبيل المثال FR4).
c. مراقبة السبائك: يتم مراقبة حمامات اللحام بشكل مستمر من أجل التكوين (على سبيل المثال، 96.5٪ Sn، 3٪ Ag، 0.5٪ Cu لـ SAC305) للحفاظ على الاتساق.

3تسوية الهواء الساخن
بعد الغمر ، يتم إزالة الحامض الزائد باستخدام سكاكين الهواء الساخن عالية الضغط:
a.درجة حرارة الهواء: 200-250 درجة مئوية للحفاظ على صهارة الذوبان أثناء التسوية.
b.ضغط الهواء: 5 ‰ 10 psi، يتم تعديله بناءً على حجم الحافظات (ضغط أعلى للحافظات الكبيرة).
c. موقع الفوهة: زاوية 30-45 درجة بالنسبة لسطح PCB لتوزيع الهواء بالتساوي ومنع تراكم اللحام على الحواف.
تخلق هذه الخطوة سطحًا مستويًا ، على الرغم من بقاء بعض عدم التساوي (± 10 ميكرومتر) ، خاصة على الأغطية الكبيرة.

4التبريد
يتم تبريد PCB بسرعة (إلى درجة حرارة الغرفة في < 30 ثانية) باستخدام الهواء القسري أو الضباب المائي:
يمنع اللحام من التدفق مرة أخرى على المناطق غير المغطاة.
b. يضمن النهاية الناعمة واللامعة عن طريق تقليل الأكسدة أثناء التجمد.

5بعد المعالجة: إزالة السائل
يتم تنظيف التدفق المتبقي باستخدام:
a.غسل المياه الساخنة: للدفقات القابلة للذوبان في الماء.
b. تنظيف المذيب: للدفقات القائمة على الراتنج (أقل شيوعاً اليوم بسبب اللوائح البيئية).
التنظيف السليم أمر بالغ الأهمية، ويمكن أن تسبب بقايا التدفقات تآكلًا أو تسربًا كهربائيًا إذا تركت على اللوحة.

مراقبة الجودة في تصنيع HASL
تتطلب جودة HASL المتسقة ضوابط عملية صارمة لتجنب العيوب الشائعة:
1سمك اللحام
نطاق الهدف: 1 ′′25μm (عادة 5 ′′15μm لمعظم التطبيقات).
رقيقة جدا (< 1μm): مخاطر أكسدة النحاس وسوء قابلية اللحام.
سميكة جدا (> 25μm): يسبب السطوح غير المتساوية والجسور في المكونات الدقيقة.
طريقة القياس: الأشعة السينية الفلوريسنتية (XRF) أو المجهر القصري.

2الرطوبة والتغطية
معايير القبول: يجب تغطية ≥95٪ من مساحة المنصة باللحام (لا توجد بقع نحاسية عارية).
القضايا الشائعة:
عدم الرطوبة: حاويات اللحام على الأغطية بسبب سوء التنظيف أو النحاس المأكسدة.
إزالة الرطوبة: يبلل اللحام في البداية ولكنه يسحب إلى الوراء ، تاركاً مناطق عارية بسبب تلوث التدفق أو درجة حرارة الحمام العالية.

3. خشونة السطح
الحد الأقصى للتسامح: ±10μm (قاس عن طريق قياس الملفات).
مخاطر الخامة المفرطة:
الجسر في مكونات رقيقة (0.8 ملم أو أقل).
ترسبات غير متسقة في معجون اللحام أثناء التجميع

4سلامة السبائك
الاختبار: الرقابة الطيفية للتحقق من تكوين اللحام (على سبيل المثال ، 3٪ من الفضة في SAC305).
المشاكل: النسب غير الصحيحة للسبائك يمكن أن تقلل من نقاط الانصهار ، مما يسبب فشل مفاصل اللحام أثناء إعادة التدفق.

مزايا HASL Finish
تستمد شعبية HASL من فوائدها العملية لتطبيقات محددة:
1. تكلفة منخفضة
تكاليف المواد: سبائك اللحام (Sn-Ag-Cu) أرخص من الذهب (ENIG) أو القصدير عالي النقاء (قصدير الغمر).
كفاءة المعالجة: تعمل خطوط HASL بمعدل عال (100 + لوحات / ساعة) ، مما يقلل من تكاليف العمالة لكل وحدة.
التكلفة الإجمالية: 30٪ إلى 50٪ أرخص من ENIG و 20٪ إلى 30٪ أرخص من القصدير الغمر للكميات الكبيرة (10,000 وحدة).

2قابلية اللحام الممتازة
سرعة الرطوبة: تدفق معجون اللحام بسرعة على الأغطية المغطاة بـ HASL ، مع أوقات الرطوبة < 1.5 ثانية (معيار IPC-TM-650).
التوافق مع إعادة العمل: ينجو من دورات إعادة التدفق 3 5 دون تدهور أكثر من OSP (1 2 دورات).
أداء الثقب: مثالية للمكونات الثقبية ، حيث يملأ اللحام الثقوب بشكل موحد أثناء الغرق.

3. المدى الطويل
مقاومة التآكل: يتحمل 200~300 ساعة من اختبار رش الملح (ASTM B117) ‬أفضل من OSP (<100 ساعة) ويكفي للتطبيقات الداخلية.
قوة ميكانيكية: تتحمل طبقة اللحام السميكة (5 ′′ 15μm) الانسحاب أثناء التعامل ، مما يقلل من خطر التلف مقارنةً بالأطعمة الرقيقة مثل القصدير الغمر.

4التوافق مع العمليات القياسية
يعمل مع جميع الرواسب الشائعة لـ PCB (FR4 ، FR4 ، CEM-1 عالية Tg).
يدمج بسلاسة في خطوط التصنيع التقليدية بدون معدات متخصصة.

القيود المفروضة على HASL
عوائق HASL تجعلها غير مناسبة لبعض تصاميم PCB الحديثة:
1مسطحة ضعيفة للمكونات الدقيقة
التباين السطحي: ± 10μm التسامح يخلق قمم ووديان على الرصيف ، مما يزيد من خطر الجسر في:
0أجهزة QFP بقوة.8 ملم (معدل الجسر 15 ٪ مقابل 20٪ مع القصدير الغمر).
0.5 ملم BGA (غير قابلة للتحكم تقريبا مع HASL).

2الإجهاد الحراري على PCBs
حرارة المعالجة العالية من HASLs الخالية من الرصاص (250-270 درجة مئوية) يمكن أن:
شرائح PCB رقيقة (< 0.8 ملم سميكة).
تحلل الأساسات الحساسة للحرارة (مثل بعض المواد المرنة).
يسبب التشطيب في لوحات متعددة الطبقات ذات جودة تشطيب سيئة.

3التحديات الخالية من الرصاص
نقطة انصهار أعلى: تتطلب سبائك SAC درجات حرارة إعادة التدفق أعلى (245-260 درجة مئوية) أثناء التجميع ، مما يزيد من الضغط على المكونات.
خطر التبلل: يكون HASL الخالي من الرصاص أكثر عرضة لـ"التبلل" (النهاية المتطاطية) بسبب الأكسدة ، والتي يمكن أن تخفي مشكلات الرطوبة أثناء التفتيش.

4مخاوف البيئة والسلامة
معالجة النفايات: تتطلب قمامة اللحام (اللحام الزائد المتصلب) التخلص من المواد المتخصصة.
سلامة العمال: تتطلب درجات الحرارة العالية وأبخرة التدفق تهوية صارمة ومعدات حماية شخصية (PPE).

HASL مقابل التشطيبات الأخرى لـ PCB

التطبيقات المثالية لـ HASL
لا تزال HASL هي الخيار الأفضل ل:
1الالكترونيات الاستهلاكية منخفضة التكلفة
الأجهزة: تستخدم الثلاجات وأفران الميكروويف وأجهزة الغسيل أقراص PCB ذات أقراص كبيرة (بعد ≥ 1 ملم) حيث تعتبر وفورات تكلفة HASL ٪ هي الأكثر أهمية.
الألعاب والأدوات: تستفيد المنتجات ذات الحجم الكبير والربح المنخفض من القدرة على تحمل الأسعار والموثوقية الكافية لـ HASL.

2الرقابة الصناعية (غير الحديقة)
أجهزة التحكم في المحرك: تعمل المكونات من خلال الثقب والأجهزة الكبيرة المثبتة على السطح (≥ 1206 من السلبية) بشكل جيد مع HASL.
إمدادات الطاقة: يمكن بسهولة طلاء وسائد النحاس السميكة (للكهرباء العالية) بـ HASL ، مما يضمن مفاصل اللحام الجيدة.

3العسكرية والفضاء
معفاة من قيود RoHS ، يتم استخدام HASL مع الرصاص في الأنظمة القديمة التي تتطلب موثوقية طويلة الأجل وتوافق مع لحام الرصاص.

4النماذج الأولية والإجراءات ذات الحجم المنخفض
وتستفيد المجموعات الصغيرة (10-100 وحدة) من تسريع استجابة HASL وتكاليف الإعداد المنخفضة بالمقارنة مع ENIG.

أفضل الممارسات لاستخدام HASL
لتحقيق أقصى قدر من أداء HASL، اتبع هذه الإرشادات:

1تصميم لـ HASL
الحد الأدنى لحجم الحاوية: ≥0.6mm × 0.6mm لضمان تغطية موحدة لحام.
المسافة: تجنب مكونات مسافة < 0.8 ملم ؛ إذا لزم الأمر ، وزيادة المسافة بين العلب إلى 0.2 ملم.
تصميم الثقوب: استخدم ثقوبًا مطلية مع قطر ≥0.3mm لملء اللحام بثقة.

2تحديد متطلبات الجودة
سمك اللحام: 515μm لمعظم التطبيقات.
الرطوبة: يتطلب تغطية 95٪ أو أكثر من الملاءة (حسب IPC-A-610 الفئة 2).
التشطيب السطحي: تحديد ′′براقة′′ HASL (مقابل مملة) لضمان تكوين السبائك المناسب وإزالة التدفق.

3اعتبارات الجمعية
معجون اللحام: استخدم معجون من النوع 3 أو 4 (جسيمات دقيقة) لاستيعاب عدم التساوي السطحي.
ملف تعديل التدفق: بالنسبة لـ HASL الخالية من الرصاص، استخدم منحدر بطيء (23 درجة مئوية / ثانية) إلى درجة حرارة الذروة 250-260 درجة مئوية.
التفتيش: استخدم AOI (التفتيش البصري الآلي) للكشف عن الجسور في المكونات التي تصل إلى نطاق رقيق (نطاق 0.8 ∼ 1.0 ملم).

الأسئلة الشائعة
س: هل HASL الخالية من الرصاص موثوق بها مثل HASL مع الرصاص؟
الجواب: نعم، عندما يتم معالجتها بشكل صحيح. يقدم HASL الخالي من الرصاص (SAC) قابلية لحام مماثلة ومقاومة أفضل قليلاً للتآكل ، على الرغم من أنه يتطلب درجات حرارة تجميع أعلى.

س: هل يمكن استخدام HASL مع PCBs عالية السرعة؟
ج: بشكل محدود. يمكن أن يسبب سطحه غير المتكافئ اختلافات في المعوقة في إشارات 10Gbps + ، مما يجعل ENIG أو القصدير الغمر أفضل لتصميمات الترددات العالية.

س: ما الذي يسبب HASL ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة ة
الجواب: تتشكل الكتل الجليدية عندما يكون ضغط الهواء الساخن منخفضاً للغاية، مما يترك الكثير من اللحام على حواف العلبة. يمكن أن تسبب دوائر قصيرة ويتم رفضها بموجب IPC-A-610 الفئة 2/3.

س: كم مدة صلاحية HASL؟
ج: أكثر من 12 شهراً في عبوة مغلقة مع مُجفّف، مماثل للقصدير الغمر و ENIG.

س: هل HASL متوافق مع الطلاء المتوافق؟
الجواب: نعم، ولكن تأكد من إزالة التدفق الكامل أولاً ‬يمكن أن تسبب بقايا مشاكل التماسك في الطلاء.

الاستنتاج
لا تزال HASL هي خيار فعال وفعال من حيث التكلفة لPCBs مع الأغطية الكبيرة ، ومكونات الثقب ، ومتطلبات منخفضة التكلفة. في حين أن حدود السطح غير المتساوية تستخدم مع التصاميم الدقيقة ، إلا أن هذه الخيارات لا تزال مناسبة للشركة.موثوقيتها، قابلية البيع، والقدرة على تحمل الأسعار تجعلها لا غنى عنها في الإلكترونيات الاستهلاكية، والضوابط الصناعية، والأنظمة القديمة.
مع تطور تكنولوجيا الأقراص الصلبة، سوف تتعايش HASL مع التشطيبات الحديثة مثل ENIG والقصدير الغمرفهم نقاط القوة والقيود لـ HASL يضمن استخدامه حيث يضيف أكبر قيمة: تطبيقات عالية الحجم، حساسة للتكلفة حيث تتوافق متطلبات الأداء مع قدراتها.
في النهاية، طول عمر HASL في هذه الصناعة يدل على مدى عملها، وهو دليل على المثل القائل بأن الحلول المثبتة في بعض الأحيان تفوق البدائل الجديدة في السياقات الصحيحة.