HASL-LEITERPLATTE

Was ist HASL?

Vorteile

1. Nach dem HASL-Verfahren bleibt die Zusammensetzung der Lötschicht gleich. Die Beschichtung ist also gleichbleibend und die Lötbarkeit ist gut. Im Gegensatz dazu kann sich bei galvanisch abgeschiedenen Blei-Zinn-Legierungsschichten die Zusammensetzung ändern, wenn sich das Beschichtungsbad ändert. Das bedeutet, dass das Verhältnis von Blei zu Zinn in den galvanischen Schichten variieren kann.
2. Bei Infrarot- oder Heißöl-Reflow-Verfahren sind die Seitenkanten der Leiterbahnen nicht vollständig geschützt. HASL beschichtet und bedeckt die Seitenkanten der Leiterbahnen vollständig. Dadurch werden Korrosion und Leiterbahnbrüche auf der Leiterplatte verhindert. Das bedeutet, dass die Leiterplatten bei der Lagerung und im Gebrauch länger halten und die fertigen elektronischen Produkte zuverlässiger sind. HASL ist heute bei SMT-Verfahren weit verbreitet.
3. Durch Ändern des Luftmesserwinkels, der Anstiegsgeschwindigkeit der Leiterplatte und anderer Prozesseinstellungen können Sie die Schichtdicke steuern. Das macht es einfach, die gewünschte Lötschichtdicke zu erreichen. Das Verfahren ist flexibler als einige Hotmelt-Methoden.
4. Wenn Leiterplatten durch Musterplattieren und Ätzen hergestellt werden, kann das Wellenlöten zu Brückenbildung führen, weil sich die Blei-Zinn-Legierung auf die Leiterbahnen setzt. Der Legierungsfluss kann auch die Lötmaske falten oder anheben. Bei Leiterplatten, die mit HASL hergestellt werden, befindet sich kein Lot auf den Leiterbahnen, so dass Brückenbildung und Faltenbildung oder Ablösen der Maske ausgeschlossen sind.

Benachteiligungen

1. Kupferverunreinigung des Löttopfes. Bei HASL wird die Platine mehrere Sekunden lang in den Löttopf getaucht. Dadurch löst sich das Kupfer im Lot. Wenn das Kupfer im Lot etwa 0,29% oder mehr erreicht, verliert das Lot an Fließfähigkeit. Die Lötschicht wird halb nass und die Lötbarkeit der Leiterplatte nimmt ab.
2. Blei ist ein Schwermetall, das für Mensch und Umwelt schädlich ist. Viele Lötbeschichtungen mit Blei waren üblich. Jetzt wurden bleifreie Lote entwickelt und werden verkauft, um Blei-Zinn-Legierungen in der Produktion zu ersetzen.
3. Hohe Produktionskosten. Eine gute importierte HASL-Maschine kann mehr als dreihunderttausend US Dollar kosten. Damit sind die HASL-Produktionskosten höher als bei anderen Hot-Melt-Verfahren.
4. Großer Temperaturschock bei HASL. Die große Wärmeänderung kann das Leiterplattensubstrat verziehen oder verbiegen und die Leiterplatte kann sich abheben. Das bedeutet, dass HASL größere thermische Spannungen verursacht.

Kontrolle und Auswahl der HASL-Prozessparameter

1. Eintauchzeit (Immersionszeit):
   Die Tauchzeit hat einen großen Einfluss auf die Qualität der Lotbeschichtung. Beim Eintauchen bilden das Basiskupfer und das Zinn im Lot eine intermetallische Verbindung (IMC). Gleichzeitig bildet sich eine Lotschicht auf den Leiterbahnen. Dieser ganze Prozess dauert in der Regel 2-4 Sekunden, um eine gute IMC zu bilden. Je länger die Zeit, desto dicker ist das Lot. Wenn Sie jedoch zu lange eintauchen, kann sich das Kernmaterial der Leiterplatte ablösen und die Lötmaske kann Blasen werfen. Wenn die Zeit zu kurz ist, kommt es zu einer partiellen Benetzung. Dies führt zu einer lokalen Aufhellung der Lötoberfläche und kann die Lötoberfläche rau werden lassen.
2. Temperatur des Löttopfes:
   Das übliche Lot zum Löten von Leiterplatten und Bauteilen ist die Legierung Blei 37 / Zinn 63, deren Schmelzpunkt bei 183°C liegt. Wenn die Temperatur des Lots zwischen 183°C und 221°C liegt, ist seine Fähigkeit, intermetallische Verbindungen mit Kupfer zu bilden, gering. Bei 221 °C tritt das Lot in den Benetzungsbereich ein. Der Benetzungsbereich liegt zwischen 221°C und 293°C. Da hohe Temperaturen die Leiterplatte beschädigen können, sollten Sie eine niedrigere Löttemperatur im Benetzungsbereich wählen. Theoretische Arbeiten finden 232°C als beste Löttemperatur. In der Praxis wird häufig eine Temperatur von etwa 250°C als die beste Temperatur verwendet.
3. Druck des Luftmessers:
   Nach dem Eintauchen verbleibt viel Lot auf der Platine und die meisten durchkontaktierten Löcher werden mit Lot gefüllt. Die Luftmesser sind dazu da, überschüssiges Lot abzublasen und die durchkontaktierten Löcher zu öffnen, ohne dass der Lochdurchmesser zu klein wird. Die Energie dafür wird durch den Druck der Luftmesser und die Luftgeschwindigkeit erzeugt. Je höher der Druck und je schneller die Luft, desto dünner ist die Lotschicht. Der Luftmesserdruck ist also einer der wichtigsten HASL-Parameter. Normalerweise beträgt der Messerdruck 0,3-0,5 MPa.
   Der Druck vor und nach dem Messer wird in der Regel so eingestellt, dass der vordere Teil höher und der hintere Teil niedriger ist. Der Druckunterschied beträgt etwa 0,05 MPa. Sie können den Druck auf der Vorder- und Rückseite auf der Grundlage der Pad-Muster auf der Leiterplatte einstellen, um die IC-Bereiche flach zu halten und zu vermeiden, dass SMT-Teile hochstehen. Die genauen empfohlenen Werte finden Sie im Handbuch der Maschine.
4. Temperatur des Luftmessers:
   Heiße Luft aus dem Luftmesser verändert die Temperatur an Bord nur wenig und hat keinen großen Einfluss auf den Luftdruck. Die Erhöhung der Innentemperatur des Luftmessers trägt jedoch zur Ausdehnung der Luft bei. Bei gleichem Druck führt eine höhere Lufttemperatur also zu einem größeren Luftvolumen und einer höheren Geschwindigkeit. Das führt zu einer stärkeren Ausgleichskraft. Die Temperatur des Luftmessers beeinflusst auch das Aussehen des Lots nach dem Richten. Wenn die Temperatur des Luftmessers unter 93 °C liegt, sieht die Schicht stumpf aus. Mit steigender Lufttemperatur nimmt das stumpfe Aussehen ab. Bei 176 °C verschwindet das stumpfe Aussehen vollständig. Daher sollte die Temperatur des Luftmessers nicht unter 176 °C liegen. Um ein gutes, flaches Lot zu erhalten, wird die Temperatur des Luftmessers oft zwischen 300°C und 400°C eingestellt.
5. Abstand zwischen den Luftmessern:
   Wenn die heiße Luft die Luftmesserdüse verlässt, verlangsamt sich ihre Geschwindigkeit. Die Verlangsamung nimmt mit dem Quadrat des Abstands zwischen den Messern zu. Je größer also der Abstand ist, desto geringer ist die Luftgeschwindigkeit und desto schwächer ist die Ausgleichskraft. Der typische Abstand zwischen den Luftdüsen und den Messern beträgt 0,95-1,25 cm. Der Abstand zwischen den Düsen darf nicht zu klein sein, da sonst die Luftreibung die Plattenoberfläche beschädigen kann. Der Abstand zwischen oberer und unterer Luftdüse beträgt in der Regel etwa 4 mm. Ein zu großer Abstand kann zu Lötspritzern führen.
6. Winkel des Luftmessers:
   Der Winkel des Messers beeinflusst die Dicke der Lötschicht. Wenn der Winkel falsch ist, können die beiden Seiten der Platine eine unterschiedliche Lötschichtdicke erhalten. Ein falscher Winkel kann auch dazu führen, dass geschmolzenes Lot spritzt und Geräusche verursacht. Normalerweise sind die vorderen und hinteren Luftmesser um etwa 4 Grad nach unten geneigt. Passen Sie den Winkel leicht an die Form der Leiterplatte und die Anordnung der Lötaugen an.
7. Anstiegsgeschwindigkeit der Platte (Förderband- oder Liftgeschwindigkeit):
   Eine weitere Variable ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Platte durch die Luftmesser bewegt. Die Geschwindigkeit beeinflusst die Schichtdicke. Bei langsamer Geschwindigkeit trifft mehr Luft auf die Platte, so dass die Beschichtung dünner ist. Eine hohe Geschwindigkeit bedeutet, dass die Beschichtung dicker ist und sogar Löcher blockieren kann.
8. Temperatur und Zeit vorheizen:
   Die Vorwärmung dient dazu, das Flussmittel zu aktivieren und den Temperaturschock zu verringern. Die angegebene typische Vorwärmtemperatur beträgt 343 °C. Bei einer Vorwärmzeit von 15 Sekunden kann die Leiterplattenoberfläche etwa 80 °C erreichen. Einige HASL-Linien verwenden keine Vorwärmstufe.

Prozessparameter - Tabelle mit empfohlenen Bereichen

Verbleites HASL vs. bleifreies HASL

1. Bleifreies HASL ist umweltfreundlicher, da es kein Blei enthält. Sein Schmelzpunkt liegt bei 218 °C. Bei bleifreiem HASL muss die Temperatur des Löttopfs auf etwa 280-300 °C kontrolliert werden; die Temperatur beim Wellenlöten sollte etwa 260 °C betragen; die Reflow-Temperatur liegt bei etwa 260-270 °C.
2. Verbleites HASL ist nicht umweltfreundlich. Es enthält Blei und sein Schmelzpunkt liegt bei 183°C. Bei bleihaltigem HASL sollte die Temperatur des Löttopfes bei etwa 245-260°C liegen; die Temperatur beim Wellenlöten sollte etwa 250°C betragen; die Reflow-Temperatur liegt bei 245-255°C.
3. Sehen Sie sich die Lötoberfläche an: verbleites HASL sieht heller aus, bleifreies HASL sieht stumpfer aus. Die bleifreie Benetzung ist etwas schlechter als die bleihaltige Benetzung.
4. Regeln für den Bleigehalt: Bleifreie Lote haben einen Bleianteil von weniger als 0,5%, während bleihaltige Lote einen Bleianteil von bis zu 37% haben.
5. Blei verbessert den Lötdocht und die Aktivität beim Löten. Verbleiter Lötdraht ist im Vergleich zu bleifreiem Draht einfacher zu verwenden. Blei ist jedoch giftig und eine langfristige Exposition ist schädlich für den Menschen. Bleifreies Lötzinn hat einen höheren Schmelzpunkt, so dass die Lötstellen stabiler sein können.
6. Was die Preise für die Oberflächenbeschaffenheit von Leiterplatten betrifft, so kosten bleihaltiges HASL und bleifreies HASL in der Regel dasselbe. In den meisten Fällen gibt es keinen Preisunterschied.

Woran erkennt man, ob eine Leiterplatte bleihaltiges oder bleifreies HASL enthält?

1. Schauen Sie sich die Lötoberfläche an. Bleihaltiges Lot sieht hell und glänzend aus. Bleifreies Lot (SAC-Legierungen) sieht eher stumpf aus. Die Benetzung ist bei bleifreiem Lot etwas schlechter als bei bleihaltigem.
2. Verbleites Lötzinn ist schädlich für Menschen. Bleifrei ist sicherer. Die eutektische Temperatur hängt von der bleifreien Legierung ab. Zum Beispiel liegt das Eutektikum von SAC (SnAgCu) bei 217°C, und die Löttemperatur sollte bei eutektischen Temperaturen plus 30-50°C liegen. Bei bleihaltigem Eutektikum (Sn63Pb37) liegt die eutektische Temperatur bei 183°C.
3. Bleigehalt: bleifreie Lote haben einen Bleigehalt von ≤ 0,5%, bleihaltige können etwa 37% Blei enthalten.
4. Blei erhöht die Lötaktivität, so dass bleihaltiges Lot beim Löten leichter zu verwenden ist. Blei ist jedoch giftig und schädlich für die Gesundheit. Außerdem hat bleifreies Lötzinn einen höheren Schmelzpunkt, wodurch die Lötstellen mechanisch stabiler werden können.

Zusammenfassung