برد مدار چاپی HASL

HASL چیست؟

مزایا

1. پس از HASL، ترکیب پوشش لحیم ثابت می‌ماند. بنابراین پوشش یکنواخت است و قابلیت لحیم‌پذیری خوب است. در مقابل، پوشش‌های الکتروپلیت‌شده از آلیاژ سرب–قلع می‌توانند با تغییر حمام آبکاری، ترکیب خود را تغییر دهند. این بدان معناست که نسبت سرب به قلع در لایه‌های آبکاری‌شده می‌تواند متغیر باشد.
2. روش‌های ری‌فلو مادون‌قرمز یا روغن داغ از لبه‌های جانبی ردها به‌طور کامل محافظت نمی‌کنند. HASL لبه‌های جانبی ردها را می‌پوشاند و کاملاً آن‌ها را می‌پوشاند. این کار از خوردگی و شکستگی ردها روی PCB جلوگیری می‌کند. این بدان معناست که بردها در انبار و هنگام استفاده دوام بیشتری دارند و محصولات الکترونیکی نهایی قابل‌اعتمادتر هستند. امروزه HASL به‌طور گسترده‌ای در فرآیندهای SMT استفاده می‌شود.
3. با تغییر زاویه چاقوی هوا، سرعت بالا آمدن برد و سایر تنظیمات فرآیند، می‌توانید ضخامت پوشش را کنترل کنید. این کار به‌راحتی به شما امکان می‌دهد ضخامت لایه لحیم مورد نظر خود را به‌دست آورید. این روش نسبت به برخی روش‌های لحیم‌کاری داغ انعطاف‌پذیرتر است.
4. وقتی بردها با الگوکاری و حکاکی ساخته می‌شوند، لحیم‌کاری موج‌دار می‌تواند باعث ایجاد پل‌زنی شود زیرا آلیاژ قلع/سرب روی ردپاها قرار می‌گیرد. جریان آلیاژ همچنین می‌تواند باعث چین‌خوردگی یا بلند شدن ماسک لحیم شود. بردهایی که با HASL ساخته شده‌اند هیچ لحیمی روی ردپاها ندارند، بنابراین پل‌زنی و چین‌خوردگی یا لایه‌برداری ماسک لحیم از بین می‌رود.

معایب

1. آلوده شدن دیگ قلع به مس. در فرآیند HASL برد برای چند ثانیه در دیگ قلع فرو می‌رود. این امر باعث می‌شود مس در قلع حل شود. وقتی میزان مس در قلع به حدود 0.29% یا بیشتر برسد، قلع مقداری از قابلیت روانی خود را از دست می‌دهد. پوشش قلع نیمه‌چسبنده می‌شود و قابلیت لحیم‌پذیری برد کاهش می‌یابد.
2. سرب یک فلز سنگین است و برای انسان‌ها و محیط زیست مضر است. پوشش‌های لحیم‌کاری حاوی سرب فراوان بودند. اکنون لحیم‌های بدون سرب توسعه یافته‌اند و برای جایگزینی آلیاژهای سرب–قلع در تولید به فروش می‌رسند.
3. هزینه تولید بالا. یک دستگاه وارداتی خوب HASL می‌تواند بیش از سیصد هزار دلار آمریکا هزینه داشته باشد. این امر هزینه تولید HASL را بالاتر از برخی روش‌های گرمانگدازی می‌برد.
4. شوک حرارتی بزرگ در HASL. این تغییر شدید دما می‌تواند زیرلایه PCB را تاب‌دار یا خم کند و برد را بلند کند. این بدان معناست که HASL تنش حرارتی بیشتری ایجاد می‌کند.

کنترل و انتخاب پارامترهای فرآیند HASL

1. زمان غوطه‌وری (زمان غوطه‌ورسازی):
   زمان غوطه‌وری تأثیر زیادی بر کیفیت پوشش لحیم دارد. در فرایند غوطه‌وری، مس پایه و قلع موجود در لحیم یک ترکیب بین‌فلزی (IMC) تشکیل می‌دهند. در همین حال لایه‌ای از قلع روی مسیرها تشکیل می‌شود. کل این فرآیند معمولاً برای ایجاد IMC مناسب به ۲–۴ ثانیه زمان نیاز دارد. هرچه زمان بیشتر باشد، لایه قلع ضخیم‌تر می‌شود. اما اگر بیش از حد در قلع فرو ببرید، ممکن است مواد هسته برد جدا شود و ماسک قلع‌کاری حباب بزند. اگر زمان خیلی کوتاه باشد، چسبندگی جزئی رخ می‌دهد که باعث سفیدشدن موضعی سطح قلع و زبر شدن آن می‌شود.
2. دمای هیت‌سینک:
   قلع‌سرب ۳۷/۶۳ که معمولاً برای لحیم‌کاری PCBها و قطعات استفاده می‌شود، دارای نقطه ذوب ۱۸۳ درجه سانتی‌گراد است. وقتی دمای لحیم‌کاری بین ۱۸۳ و ۲۲۱ درجه سانتی‌گراد باشد، توانایی آن برای تشکیل ترکیبات بین‌فلزی با مس کم است. در دمای ۲۲۱ درجه سانتی‌گراد قلع‌بری وارد محدوده ترکنندگی می‌شود. محدوده ترکنندگی از ۲۲۱ تا ۲۹۳ درجه سانتی‌گراد است. از آنجا که دمای بالا می‌تواند به برد آسیب برساند، باید دمایی پایین‌تر در محدوده ترکنندگی انتخاب کنید. مطالعات نظری دمای ۲۳۲ درجه سانتی‌گراد را به عنوان بهترین دمای قلع‌بری معرفی می‌کنند. در عمل، اغلب حدود ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد به عنوان بهترین دما استفاده می‌شود.
3. فشار چاقوی هوایی:
   پس از غوطه‌وری، مقدار زیادی قلع روی برد باقی می‌ماند و بیشتر سوراخ‌های آبکاری‌شده با قلع پر می‌شوند. تیغه‌های هوا برای دمیدن قلع اضافی و باز کردن سوراخ‌های آبکاری‌شده به‌کار می‌روند، بدون اینکه قطر سوراخ‌ها بیش از حد کوچک شود. انرژی لازم برای این کار از فشار تیغه هوا و سرعت هوا تأمین می‌شود. هرچه فشار و سرعت هوا بیشتر باشد، پوشش قلع نازک‌تر می‌شود. بنابراین فشار تیغه‌ی هوا یکی از مهم‌ترین پارامترهای HASL است. معمولاً فشار تیغه‌ی هوا بین ۰.۳ تا ۰.۵ مگاپاسکال است.
   فشار قبل و بعد از چاقو معمولاً طوری تنظیم می‌شود که فشار جلو بیشتر و فشار عقب کمتر باشد. اختلاف فشار حدود ۰.۰۵ مگاپاسکال است. می‌توانید فشار جلو و عقب را بر اساس الگوهای پد روی برد تنظیم کنید تا نواحی آی‌سی صاف بمانند و قطعات SMT از سطح برجسته نشوند. برای مقادیر دقیق توصیه‌شده به دفترچه راهنمای دستگاه مراجعه کنید.
4. دمای چاقوی هوایی:
   هوای داغ از چاقوی هوا دماى برد را زیاد تغییر نمی‌دهد و فشار هوا را هم زیاد تحت تأثیر قرار نمی‌دهد. اما بالا بردن دمای داخلی چاقوی هوا به انبساط هوا کمک می‌کند. بنابراین در همان فشار، دمای بالاتر هوا حجم هوای بیشتری و سرعت بالاتری ایجاد می‌کند. این امر نیروی تراز قوی‌تری ایجاد می‌کند. دمای چاقوی هوا همچنین بر ظاهر لحیم پس از تراز تأثیر می‌گذارد. وقتی دمای چاقوی هوا زیر ۹۳ درجه سانتی‌گراد باشد، لایه مات به نظر می‌رسد. با افزایش دمای هوا، این ظاهر کدر کاهش می‌یابد. در دمای 176 درجه سانتی‌گراد، این ظاهر کدر به طور کامل از بین می‌رود. بنابراین دمای تیغه هوای نباید کمتر از 176 درجه سانتی‌گراد باشد. برای دستیابی به قلع‌کاری صاف و خوب، دمای تیغه هوا اغلب بین 300 تا 400 درجه سانتی‌گراد تنظیم می‌شود.
5. فاصله بین چاقوهای بادی:
   وقتی هوای داغ از نازل چاقوی بادی خارج می‌شود، سرعت آن کاهش می‌یابد. کاهش سرعت با مجذور فاصله بین تیغه‌ها افزایش می‌یابد. بنابراین هرچه فاصله بیشتر باشد، سرعت هوا کمتر و نیروی ترازدهی ضعیف‌تر می‌شود. فاصله معمول نازل‌های تیغهٔ هوا ۰٫۹۵–۱٫۲۵ سانتی‌متر است. فاصله نازل‌ها را خیلی کم نکنید، زیرا اصطکاک هوا می‌تواند به سطح برد آسیب برساند. فاصله بین تیغه‌های هوای بالا و پایین معمولاً حدود ۴ میلی‌متر نگه داشته می‌شود. فاصله زیاد می‌تواند باعث پاشش قلع شود.
6. زاویه چاقوی هوایی:
   زاویه قرارگیری چاقو بر ضخامت پوشش لحیم تأثیر می‌گذارد. اگر زاویه نادرست باشد، دو طرف برد می‌توانند ضخامت لحیم متفاوتی داشته باشند. زاویه نادرست همچنین می‌تواند باعث پاشش لحیم مذاب و ایجاد صدا شود. معمولاً تیغه‌های هوای جلو و عقب حدود ۴ درجه به سمت پایین متمایل هستند. برای اشکال خاص برد و چیدمان پدها، کمی تنظیم کنید.
7. سرعت بالارفتن سینی (سرعت نوار نقاله یا بالابر):
   متغیر دیگری که وجود دارد، سرعت حرکت تخته از میان چاقوهای هوایی است. سرعت بر ضخامت پوشش تأثیر می‌گذارد. سرعت کم به این معنی است که هوای بیشتری به تخته برخورد می‌کند و در نتیجه پوشش نازک‌تر می‌شود. سرعت زیاد به این معنی است که پوشش ضخیم‌تر شده و حتی می‌تواند سوراخ‌ها را مسدود کند.
8. دمای پیش‌گرم و زمان:
   هدف از پیش‌گرم کردن فعال‌سازی جریان و کاهش شوک حرارتی است. دمای پیش‌گرم معمول ذکرشده ۳۴۳ درجه سانتی‌گراد است. با ۱۵ ثانیه پیش‌گرم، سطح برد می‌تواند به حدود ۸۰ درجه سانتی‌گراد برسد. برخی خطوط HASL از مرحله پیش‌گرم استفاده نمی‌کنند.

پارامترهای فرآیند — جدول دامنه‌های پیشنهادی

HASL سرب‌دار در مقابل HASL بدون سرب

1. HASL بدون سرب از نظر زیست‌محیطی سازگارتر است زیرا سرب ندارد. نقطه ذوب آن حدود ۲۱۸ درجه سانتی‌گراد است. برای HASL بدون سرب، دمای کوره لحیم باید حدود ۲۸۰–۳۰۰ درجه سانتی‌گراد کنترل شود؛ دمای لحیم‌کاری موج‌دار باید حدود ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد باشد؛ و دمای ری‌فلو حدود ۲۶۰–۲۷۰ درجه سانتی‌گراد است.
2. HASL سرب‌دار سازگار با محیط زیست نیست. این ماده حاوی سرب است و نقطه ذوب آن حدود ۱۸۳ درجه سانتی‌گراد است. برای HASL سرب‌دار، دمای کوره لحیم باید حدود ۲۴۵–۲۶۰ درجه سانتی‌گراد کنترل شود؛ دمای لحیم‌کاری موج‌دار باید حدود ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد باشد؛ و دمای ری‌فلو در حدود ۲۴۵–۲۵۵ درجه سانتی‌گراد قرار گیرد.
3. به سطح لحیم نگاه کنید: HASL سرب‌دار روشن‌تر به نظر می‌رسد، HASL بدون سرب مات‌تر است. چسبندگی بدون سرب کمی ضعیف‌تر از چسبندگی سرب‌دار است.
4. قوانین محتوای سرب: قلع‌های بدون سرب دارای سرب کمتر از 0.51٪ هستند، در حالی که قلع‌های سرب‌دار تا 371٪ سرب دارند.
5. قلع به بهبود ویک قلع و فعالیت آن در حین لحیم‌کاری کمک می‌کند. سیم لحیم قلع‌دار نسبت به سیم بدون قلع آسان‌تر است. اما قلع سمی است و قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض آن برای انسان مضر است. سیم لحیم بدون قلع نقطه ذوب بالاتری دارد، بنابراین اتصالات لحیم می‌توانند قوی‌تر باشند.
6. برای قیمت‌گذاری پوشش سطح PCB، HASL با سرب و HASL بدون سرب معمولاً یکسان هستند. در بیشتر موارد تفاوتی در قیمت وجود ندارد.

چگونه تشخیص دهیم که PCB دارای HASL سرب‌دار یا بدون سرب است؟

1. به سطح لحیم نگاه کنید. لحیم سرب‌دار روشن و براق به نظر می‌رسد. لحیم بدون سرب (آلیاژهای SAC) مات‌تر است. چسبندگی لحیم بدون سرب کمی ضعیف‌تر از سرب‌دار است.
2. قلع‌سرب برای انسان‌ها مضر است. بدون سرب ایمن‌تر است. دمای اوتکتیک به آلیاژ بدون سرب بستگی دارد. برای مثال، اوتکتیک SAC (SnAgCu) نزدیک به ۲۱۷ درجه سانتی‌گراد است و دمای لحیم‌کاری باید برابر دمای اوتکتیک به‌علاوه ۳۰–۵۰ درجه سانتی‌گراد باشد. برای اوتکتیک سرب‌دار (Sn63Pb37)، دمای اوتکتیک ۱۸۳ درجه سانتی‌گراد است.
3. محتوای سرب: قلع‌های بدون سرب دارای حداکثر ۰٫۵۱٪ سرب هستند، در حالی که قلع‌های سرب‌دار می‌توانند حدود ۳٫۷۱٪ سرب داشته باشند.
4. قلع فعالیت لحیم را افزایش می‌دهد، بنابراین لحیم قلع‌دار در لحیم‌کاری آسان‌تر است. اما قلع سمی است و برای سلامتی مضر است. همچنین لحیم بدون قلع نقطه ذوب بالاتری دارد که می‌تواند اتصالات لحیم را از نظر مکانیکی قوی‌تر کند.

خلاصه