HASL PCB

Co je HASL?

Výhody

1. Po HASL zůstává složení pájecího povlaku stejné. Povlak je tedy konzistentní a pájitelnost je dobrá. Naproti tomu galvanické povlaky slitin olova a cínu mohou měnit složení podle toho, jak se mění pokovovací lázeň. To znamená, že poměr olova a cínu v pokovených vrstvách se může měnit.
2. Infračervené metody nebo metody přetavení horkým olejem plně nechrání boční hrany stop. HASL pokrývá a zcela zakrývá boční hrany stop. Tím se zabrání korozi a přerušení stop na desce plošných spojů. To znamená, že desky vydrží déle při skladování a používání a hotové elektronické výrobky jsou spolehlivější. HASL se dnes široce používá v procesech SMT.
3. Změnou úhlu vzduchového nože, rychlosti zvedání desky a dalších nastavení procesu můžete regulovat tloušťku povlaku. Snadno tak dosáhnete požadované tloušťky vrstvy pájky. Je flexibilnější než některé metody tavení za tepla.
4. Pokud jsou desky vyrobeny pokovením a leptáním, může pájení vlnou způsobit přemostění, protože slitina olova a cínu se usazuje na stopách. Tok slitiny může také zvrásnit nebo zvednout pájecí masku. Desky vyrobené pomocí HASL nemají na stopách pájku, takže přemostění a zvrásnění nebo odlepení masky jsou vyloučeny.

Nevýhody

1. Znečištění pájecího hrnce mědí. Při HASL se deska ponoří na několik sekund do pájecího hrnce. To způsobí, že se měď rozpustí v pájce. Když měď v pájce dosáhne hodnoty přibližně 0,29% nebo vyšší, pájka ztratí část své tekutosti. Povlak pájky se stává polomáčivým a pájecí schopnost desky klesá.
2. Olovo je těžký kov a je škodlivé pro lidi i životní prostředí. Mnoho pájených povlaků s olovem bylo běžných. Nyní byly vyvinuty a prodávají se bezolovnaté pájky, které ve výrobě nahrazují slitiny olova a cínu.
3. Vysoké výrobní náklady. Dobrý dovážený stroj HASL může stát více než tři sta tisíc amerických dolarů. Proto jsou výrobní náklady na HASL vyšší než u některých metod tavení za tepla.
4. Velký tepelný šok v HASL. Velká tepelná změna může způsobit deformaci nebo prohnutí substrátu PCB a deska se může zvednout. To znamená, že HASL způsobuje větší tepelné namáhání.

Řízení a volba parametrů procesu HASL

1. Doba ponoru (doba ponoření):
   Doba ponoru má velký vliv na kvalitu pájení. Při ponořování tvoří základní měď a cín v pájce intermetalickou sloučeninu (IMC). Současně se na stopách vytvoří pájecí vrstva. Celý tento proces obvykle potřebuje 2-4 sekundy, aby se vytvořila kvalitní IMC. Čím delší doba, tím silnější pájka. Pokud však namáčíte příliš dlouho, může dojít k delaminaci materiálu jádra desky a na pájecí masce se mohou vytvořit puchýře. Pokud je čas příliš krátký, dojde k částečnému smáčení. To způsobuje lokální zbělení pájecího povrchu a může způsobit, že pájecí povrch bude drsný.
2. Teplota pájecího hrnce:
   Pro pájení desek plošných spojů a součástek se běžně používá slitina olova 37 / cínu 63, jejíž bod tání je 183 °C. Pokud je teplota pájky mezi 183 °C a 221 °C, je její schopnost vytvářet intermetalické sloučeniny s mědí malá. Při teplotě 221 °C se pájka dostává do oblasti smáčení. Rozsah smáčení je 221 °C až 293 °C. Protože vysoká teplota může poškodit desku, měli byste zvolit nižší teplotu pájky v rozsahu smáčení. Teoretická práce uvádí jako nejlepší teplotu pájení 232 °C. V praxi se jako nejlepší teplota často používá přibližně 250 °C.
3. Tlak vzduchového nože:
   Po ponoření zůstane na desce hodně pájky a většina pokovených průchozích otvorů se zaplní pájkou. Vzduchové nože slouží k odfouknutí přebytečné pájky a k otevření pokovených průchozích otvorů, aniž by byly průměry otvorů příliš malé. Energii k tomu dodává tlak a rychlost vzduchu. Čím vyšší je tlak a rychlost vzduchu, tím tenčí je povlak pájky. Tlak vzduchového nože je tedy jedním z nejdůležitějších parametrů HASL. Obvykle je tlak vzduchu na noži 0,3-0,5 MPa.
   Tlak před a za nožem je obvykle nastaven tak, že přední část je vyšší a zadní nižší. Rozdíl tlaků je přibližně 0,05 MPa. Přítlak vpředu a vzadu můžete nastavit na základě vzorů podložek na desce, aby oblasti integrovaných obvodů zůstaly rovné a aby se zabránilo vyčnívání součástek SMT. Přesné doporučené hodnoty najdete v návodu ke stroji.
4. Teplota vzduchového nože:
   Horký vzduch ze vzduchového nože příliš nemění teplotu desky a nemá velký vliv na tlak vzduchu. Zvýšení vnitřní teploty vzduchového nože však napomáhá rozpínání vzduchu. Při stejném tlaku tedy vyšší teplota vzduchu poskytuje větší objem vzduchu a vyšší rychlost. Tím se zvyšuje vyrovnávací síla. Teplota vzduchového nože také ovlivňuje vzhled pájky po vyrovnání. Když je teplota vzduchu a nože nižší než 93 °C, vrstva vypadá matně. Se zvyšující se teplotou vzduchu se matný vzhled snižuje. Při 176 °C matný vzhled zcela zmizí. Teplota vzduchového nože by tedy neměla být nižší než 176 °C. Abyste získali dobře plochou pájku, teplota vzduchového nože se často nastavuje mezi 300 °C a 400 °C.
5. Vzdálenost mezi vzduchovými noži:
   Když horký vzduch opouští trysku vzduchového nože, jeho rychlost se zpomaluje. Zpomalení se zvyšuje se čtvercem vzdálenosti mezi noži. Čím větší je tedy mezera, tím nižší je rychlost vzduchu a tím slabší je vyrovnávací síla. Typická vzdálenost mezi tryskami vzduchových nožů je 0,95-1,25 cm. Rozteč trysek nesmí být příliš malá, jinak může tření vzduchu poškodit povrch desky. Rozteč mezi horními a dolními vzduchovými noži se obvykle udržuje kolem 4 mm. Příliš velká mezera může způsobit rozstříknutí pájky.
6. Úhel vzduchového nože:
   Tloušťku pájecího povlaku ovlivňuje úhel, pod kterým je nůž nakloněn. Pokud je úhel špatný, mohou mít obě strany desky různou tloušťku pájky. Špatný úhel může také způsobit rozstřikování roztavené pájky a hluk. Obvykle se přední a zadní vzduchové nože naklánějí asi o 4 stupně dolů. Pro konkrétní tvary desek a rozložení podložek je třeba je mírně upravit.
7. Rychlost zdvihu desky (rychlost dopravníku nebo výtahu):
   Další proměnnou je rychlost, kterou se deska pohybuje ve vzduchových nožích. Rychlost ovlivňuje tloušťku povlaku. Pomalá rychlost znamená, že na desku dopadá více vzduchu, takže povlak je tenčí. Vysoká rychlost znamená, že povlak je silnější a může dokonce zablokovat otvory.
8. Teplota a čas předehřátí:
   Předehřátí má za cíl aktivovat tok a snížit tepelný šok. Typická teplota předehřevu je 343 °C. Při 15sekundovém předehřevu může povrch desky dosáhnout přibližně 80 °C. Některé linky HASL krok předehřevu nepoužívají.

Parametry procesu - tabulka s doporučenými rozsahy

Olovnatý HASL vs. bezolovnatý HASL

1. Bezolovnatý HASL je šetrnější k životnímu prostředí, protože neobsahuje olovo. Jeho bod tání se pohybuje kolem 218 °C. U bezolovnatého HASL je třeba kontrolovat teplotu pájecího hrnce na přibližně 280-300 °C; teplota pájení vlnou by měla být přibližně 260 °C; teplota přetavení je přibližně 260-270 °C.
2. Olovnatý materiál HASL není šetrný k životnímu prostředí. Obsahuje olovo a jeho bod tání je přibližně 183 °C. U olovnatého HASL by měla být teplota pájecího hrnce kontrolována na přibližně 245-260 °C; teplota pájení vlnou by měla být přibližně 250 °C; teplota přetavení přibližně 245-255 °C.
3. Podívejte se na pájecí povrch: olovnatý HASL vypadá světlejší, bezolovnatý HASL vypadá matněji. Smáčení bezolovnatého materiálu je o něco horší než smáčení olovnatého.
4. Pravidla pro obsah olova: bezolovnaté pájky mají olovo pod 0,5%, zatímco olovnaté pájky mají olovo až do 37%.
5. Olovo pomáhá zlepšit pájení a aktivitu při pájení. Pájecí drát s olovem se ve srovnání s bezolovnatým drátem snadněji používá. Olovo je však toxické a dlouhodobá expozice je pro člověka škodlivá. Bezolovnatá pájka má vyšší bod tání, takže pájecí spoje mohou být pevnější.
6. Pokud jde o cenu povrchové úpravy PCB, olovnatý HASL a bezolovnatý HASL obvykle stojí stejně. Ve většině případů není žádný cenový rozdíl.

Jak zjistit, zda je deska plošných spojů opatřena olovnatým nebo bezolovnatým HASL?

1. Podívejte se na pájecí povrch. Olovnatá pájka vypadá jasně a leskle. Bezolovnatá pájka (slitiny SAC) vypadá matněji. Smáčení bezolovnaté pájky je o něco horší než olovnaté.
2. Olovnatá pájka je pro lidi škodlivá. Bezolovnatá pájka je bezpečnější. Eutektická teplota závisí na bezolovnaté slitině. Například eutektická teplota SAC (SnAgCu) se blíží 217 °C a teplota pájení by měla být eutektická plus 30-50 °C. U eutektik s olovem (Sn63Pb37) je eutektická teplota 183 °C.
3. Obsah olova: bezolovnaté pájky mají olovo ≤ 0,5%, olovnaté mohou mít asi 37% olova.
4. Olovo zvyšuje aktivitu pájky, takže olovnatá pájka se při pájení používá snadněji. Olovo je však toxické a zdraví škodlivé. Také bezolovnatá pájka má vyšší bod tání, díky čemuž mohou být pájecí spoje mechanicky pevnější.

Souhrn