HASL PCB

Hvad er HASL?

Fordele

1. Efter HASL forbliver sammensætningen af loddebelægningen den samme. Så belægningen er ensartet, og loddeevnen er god. I modsætning hertil kan elektropletterede belægninger af bly-tin-legeringer ændre sammensætning, når pletteringsbadet ændres. Det betyder, at bly/tin-forholdet i de belagte lag kan variere.
2. Infrarøde eller hot-oil reflow-metoder beskytter ikke fuldt ud sidekanterne på sporene. HASL overtrækker og dækker fuldt ud sidekanterne på sporene. Det forhindrer korrosion og ødelagte spor på printkortet. Det betyder, at printpladerne holder længere under opbevaring og brug, og at de færdige elektroniske produkter er mere pålidelige. HASL bruges i vid udstrækning i SMT-processer i dag.
3. Ved at ændre luftknivens vinkel, boardets stigningshastighed og andre procesindstillinger kan du kontrollere belægningens tykkelse. Det gør det nemt at få den tykkelse på loddelaget, du ønsker. Det er mere fleksibelt end nogle hotmelt-metoder.
4. Når kort fremstilles ved mønsterplettering og ætsning, kan bølgelodning forårsage brodannelse, fordi bly/tin-legeringen sidder på sporene. Legeringsstrømmen kan også rynke eller løfte loddemasken. Kort fremstillet med HASL har ingen loddemetal på sporene, så brodannelse og rynker eller afskalning af masken er elimineret.

Ulemper

1. Kobberforurening af loddekolben. I HASL dyppes printet i loddekolben i flere sekunder. Det får kobber til at opløses i loddetinnet. Når kobberet når op på omkring 0,29% eller højere i loddetinnet, mister loddetinnet en vis flydeevne. Loddebelægningen bliver halvvåd, og kortets loddeevne falder.
2. Bly er et tungmetal, og det er skadeligt for mennesker og miljø. Mange loddebelægninger med bly var almindelige. Nu er der udviklet blyfri loddetin, som sælges for at erstatte bly-tin-legeringer i produktionen.
3. Høje produktionsomkostninger. En god importeret HASL-maskine kan koste mere end tre hundrede tusinde amerikanske dollars. Det gør HASL-produktionsomkostningerne højere end nogle hotmelt-metoder.
4. Stort termisk chok i HASL. Den store varmeændring kan fordreje eller bøje PCB-substratet, og boardet kan løfte sig. Det betyder, at HASL forårsager større termisk stress.

Kontrol og valg af HASL-procesparametre

1. Dypningstid (nedsænkningstid):
   Dyppetiden har stor indflydelse på kvaliteten af loddebelægningen. Når man dypper, danner kobber og tin i loddet en intermetallisk forbindelse (IMC). Samtidig dannes der et loddelag på sporene. Hele denne proces tager normalt 2-4 sekunder for at skabe en god IMC. Jo længere tid, jo tykkere bliver loddet. Men hvis du dypper for længe, kan kortets kernemateriale delaminere, og loddemasken kan blive blæret. Hvis tiden er for kort, får du delvis befugtning. Det forårsager lokal hvidtning af loddeoverfladen og kan gøre loddeoverfladen ru.
2. Temperatur på loddekolbe:
   Det almindelige loddetin, der bruges til lodning af printkort og komponenter, er en bly 37/tin 63-legering, hvis smeltepunkt er 183 °C. Når loddetemperaturen er mellem 183°C og 221°C, er dets evne til at danne intermetalliske forbindelser med kobber lille. Ved 221 °C går loddet ind i befugtningsområdet. Befugtningsområdet er 221 °C til 293 °C. Da høje temperaturer kan beskadige printet, bør du vælge en lavere loddetemperatur i befugtningsområdet. Teoretisk arbejde finder 232°C som den bedste loddetemperatur. I praksis bruges ca. 250 °C ofte som den bedste temperatur.
3. Tryk på luftkniven:
   Efter dypningen bliver der meget loddemetal tilbage på pladen, og de fleste gennemgående huller bliver fyldt med loddemetal. Luftknivene er der for at blæse ekstra loddetin af og for at åbne de pletterede gennemgående huller uden at gøre huldiameteren for lille. Energien til at gøre det kommer fra luftknivens tryk og lufthastigheden. Jo højere tryk og jo hurtigere luft, jo tyndere bliver loddebelægningen. Så luftknivtrykket er en af de vigtigste HASL-parametre. Normalt er luftknivtrykket 0,3-0,5 MPa.
   Trykket før og efter kniven indstilles normalt, så forsiden er højere og bagsiden er lavere. Trykforskellen er ca. 0,05 MPa. Du kan justere trykket foran og bagpå ud fra pad-mønstrene på printet for at holde IC-områder flade og undgå, at SMT-dele stikker op. Tjek maskinens manual for nøjagtige anbefalede værdier.
4. Temperatur på luftkniven:
   Varm luft fra luftkniven ændrer ikke bordtemperaturen ret meget, og det påvirker ikke lufttrykket ret meget. Men når man hæver luftknivens indre temperatur, hjælper det luften med at udvide sig. Så ved samme tryk giver højere lufttemperatur en større luftmængde og hurtigere hastighed. Det giver en stærkere udjævningskraft. Luftknivens temperatur påvirker også loddets udseende efter nivellering. Når luftknivens temperatur er under 93 °C, ser laget kedeligt ud. Når lufttemperaturen stiger, reduceres det kedelige udseende. Ved 176 °C forsvinder det kedelige udseende helt. Så luftknivens temperatur bør ikke være under 176 °C. For at få et godt fladt loddetin indstilles luftknivens temperatur ofte til mellem 300 °C og 400 °C.
5. Afstand mellem luftknivene:
   Når den varme luft forlader luftknivens dyse, sænkes dens hastighed. Opbremsningen følger kvadratet på afstanden mellem knivene. Så jo større afstanden er, jo lavere er lufthastigheden, og jo svagere er udjævningskraften. Typisk afstand mellem luft- og knivdyser er 0,95-1,25 cm. Dyseafstanden må ikke være for lille, da luftfriktion kan skade pladens overflade. Afstanden mellem øvre og nedre luftknive holdes normalt omkring 4 mm. For stor afstand kan forårsage loddesprøjt.
6. Luftknivens vinkel:
   Hvordan kniven er vinklet, påvirker tykkelsen af loddebelægningen. Hvis vinklen er forkert, kan de to sider af pladen få forskellig loddetykkelse. Forkert vinkel kan også få smeltet loddetin til at sprøjte og larme. Normalt vippes forreste og bageste luftkniv ca. 4 grader ned. Juster en smule for specifikke kortformer og pad-layout.
7. Boardets stigningshastighed (transportør- eller løftehastighed):
   En anden variabel er den hastighed, hvormed pladen bevæger sig gennem luftknivene. Hastigheden påvirker belægningens tykkelse. Langsom hastighed betyder, at mere luft rammer pladen, så belægningen bliver tyndere. Hurtig hastighed betyder, at belægningen er tykkere og endda kan blokere huller.
8. Forvarm temperatur og tid:
   Forvarmning har til formål at aktivere flux og reducere termisk chok. Den typiske forvarmningstemperatur er 343 °C. Med 15 sekunders forvarmning kan kortets overflade nå op på ca. 80 °C. Nogle HASL-linjer bruger ikke et forvarmningstrin.

Procesparametre - tabel med anbefalede intervaller

Blyholdig HASL vs. blyfri HASL

1. Blyfri HASL er mere miljøvenlig, fordi den ikke indeholder bly. Dets smeltepunkt er omkring 218 °C. For blyfri HASL skal loddepottens temperatur kontrolleres ved ca. 280-300 °C; bølgeloddetemperaturen skal være ca. 260 °C; reflow-temperaturen er ca. 260-270 °C.
2. Blyholdigt HASL er ikke miljøvenligt. Det indeholder bly, og dets smeltepunkt er ca. 183 °C. For blyholdig HASL skal loddekolbens temperatur kontrolleres ved ca. 245-260 °C; bølgelodning skal være ca. 250 °C; reflow-temperatur omkring 245-255 °C.
3. Se på loddeoverfladen: Blyholdig HASL ser lysere ud, blyfri HASL ser mere mat ud. Blyfri befugtning er en smule værre end blyholdig befugtning.
4. Regler for blyindhold: Blyfri lodder har bly under 0,5%, mens blyholdige lodder har bly op til 37%.
5. Bly hjælper med at forbedre loddets væge og aktivitet under lodning. Blyholdig loddetråd er nemmere at bruge end blyfri tråd. Men bly er giftigt, og langtidseksponering er skadelig for mennesker. Blyfrit loddetin har et højere smeltepunkt, så loddesamlingerne kan blive stærkere.
6. Når det gælder priser på PCB-overfladebehandling, koster blyholdig HASL og blyfri HASL normalt det samme. I de fleste tilfælde er der ingen prisforskel.

Hvordan kan man se, om et printkort har blyholdig eller blyfri HASL?

1. Se på loddets overflade. Blyholdigt loddetin ser lyst og skinnende ud. Blyfrit loddetin (SAC-legeringer) ser mere mat ud. Blyfri befugtning er lidt værre end blyholdig.
2. Blyholdigt loddetin er skadeligt for mennesker. Blyfrit er mere sikkert. Den eutektiske temperatur afhænger af den blyfri legering. For eksempel er SAC (SnAgCu) eutektisk nær 217 °C, og loddetemperaturen bør være eutektisk plus 30-50 °C. For blyholdigt eutektisk materiale (Sn63Pb37) er den eutektiske temperatur 183 °C.
3. Blyindhold: blyfri lodder har bly ≤ 0,5%, blyholdige kan have ca. 37% bly.
4. Bly øger loddeaktiviteten, så blyholdigt loddetin er nemmere at bruge til lodning. Men bly er giftigt og dårligt for helbredet. Blyfrit loddetin har også et højere smeltepunkt, hvilket kan gøre loddesamlingerne mekanisk stærkere.

Sammenfatning