Bo mạch in HASL

HASL là gì?

Ưu điểm

1. Sau quá trình HASL, thành phần của lớp phủ hàn vẫn giữ nguyên. Do đó, lớp phủ này có tính đồng nhất cao và khả năng hàn tốt. Ngược lại, các lớp phủ hợp kim chì-thiếc mạ điện có thể thay đổi thành phần khi dung dịch mạ thay đổi. Điều đó có nghĩa là tỷ lệ chì/thiếc trong các lớp mạ có thể dao động.
2. Các phương pháp hàn lại bằng tia hồng ngoại hoặc dầu nóng không bảo vệ hoàn toàn các cạnh bên của đường mạch. Lớp phủ HASL bao phủ hoàn toàn các cạnh bên của đường mạch. Điều này giúp ngăn ngừa sự ăn mòn và đứt đường mạch trên bảng mạch in (PCB). Điều đó có nghĩa là các bảng mạch có tuổi thọ cao hơn khi lưu trữ và sử dụng, đồng thời các sản phẩm điện tử thành phẩm cũng đáng tin cậy hơn. Hiện nay, công nghệ HASL được sử dụng rộng rãi trong các quy trình lắp ráp bề mặt (SMT).
3. Bằng cách điều chỉnh góc của dao khí, tốc độ nâng tấm mạch và các thông số quy trình khác, bạn có thể kiểm soát độ dày lớp phủ. Điều này giúp dễ dàng đạt được độ dày lớp hàn mong muốn. Phương pháp này linh hoạt hơn so với một số phương pháp sử dụng keo nóng chảy.
4. Khi bảng mạch được sản xuất bằng phương pháp mạ và ăn mòn theo khuôn mẫu, quá trình hàn sóng có thể gây ra hiện tượng nối chập do hợp kim chì-thiếc bám trên các đường mạch. Dòng chảy của hợp kim này cũng có thể làm nhăn hoặc bong tróc lớp phủ chống hàn. Các bảng mạch được sản xuất bằng công nghệ HASL không có hợp kim hàn trên các đường mạch, do đó loại bỏ được hiện tượng nối chập cũng như tình trạng nhăn hoặc bong tróc lớp phủ chống hàn.

Nhược điểm

1. Tình trạng nhiễm đồng trong bể hàn. Trong quy trình HASL, bảng mạch được nhúng vào bể hàn trong vài giây. Điều này khiến đồng hòa tan vào chất hàn. Khi hàm lượng đồng trong chất hàn đạt khoảng 0,291% hoặc cao hơn, chất hàn sẽ mất đi một phần khả năng chảy. Lớp phủ hàn trở nên bán thấm ướt và khả năng hàn của bảng mạch giảm sút.
2. Chì là một kim loại nặng và có hại cho con người cũng như môi trường. Trước đây, nhiều loại chất hàn chứa chì được sử dụng phổ biến. Hiện nay, các loại chất hàn không chì đã được phát triển và đưa ra thị trường để thay thế cho hợp kim chì-thiếc trong sản xuất.
3. Chi phí sản xuất cao. Một máy HASL nhập khẩu chất lượng tốt có thể có giá hơn ba trăm nghìn đô la Mỹ. Điều này khiến chi phí sản xuất bằng công nghệ HASL cao hơn so với một số phương pháp sử dụng keo nóng chảy.
4. Sự thay đổi nhiệt độ đột ngột trong quá trình HASL. Sự thay đổi nhiệt độ lớn có thể làm cong hoặc uốn vẹo tấm nền PCB và khiến bảng mạch bị bong lên. Điều đó có nghĩa là quá trình HASL gây ra ứng suất nhiệt lớn hơn.

Kiểm soát và lựa chọn các thông số quá trình HASL

1. Thời gian ngâm:
   Thời gian nhúng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng lớp phủ hàn. Trong quá trình nhúng, đồng nền và thiếc trong hợp kim hàn tạo thành một hợp chất liên kim loại (IMC). Đồng thời, một lớp hàn hình thành trên các đường dẫn. Toàn bộ quá trình này thường cần 2–4 giây để tạo ra IMC tốt. Thời gian càng dài, lớp hàn càng dày. Nhưng nếu nhúng quá lâu, vật liệu lõi bảng mạch có thể bị bong tróc và lớp phủ hàn có thể bị phồng rộp. Nếu thời gian quá ngắn, bạn sẽ chỉ đạt được độ ướt một phần. Điều đó gây ra hiện tượng trắng cục bộ trên bề mặt hàn và có thể làm cho bề mặt hàn trở nên gồ ghề.
2. Nhiệt độ bể hàn:
   Loại hàn thông dụng được sử dụng để hàn bảng mạch in (PCB) và các linh kiện là hợp kim chì 37% / thiếc 63%, có nhiệt độ nóng chảy là 183°C. Khi nhiệt độ hàn nằm trong khoảng từ 183°C đến 221°C, khả năng tạo thành hợp chất kim loại với đồng của nó là rất thấp. Ở 221°C, hàn bước vào phạm vi thấm ướt. Phạm vi thấm ướt là từ 221°C đến 293°C. Vì nhiệt độ cao có thể làm hỏng bảng mạch, bạn nên chọn nhiệt độ hàn thấp hơn trong phạm vi thấm ướt. Các nghiên cứu lý thuyết cho thấy 232°C là nhiệt độ hàn tốt nhất. Trong thực tế, khoảng 250°C thường được sử dụng là nhiệt độ tốt nhất.
3. Áp suất dao khí:
   Sau khi nhúng, một lượng lớn chất hàn vẫn còn bám trên bảng mạch và hầu hết các lỗ xuyên mạ đều bị chất hàn lấp đầy. Dao khí được sử dụng để thổi bay chất hàn thừa và làm thông thoáng các lỗ xuyên mạ mà không làm đường kính lỗ trở nên quá nhỏ. Năng lượng để thực hiện điều này đến từ áp suất dao khí và tốc độ dòng khí. Áp suất càng cao và không khí càng nhanh, lớp phủ hàn càng mỏng. Do đó, áp suất dao khí là một trong những thông số quan trọng nhất của quy trình HASL. Thông thường, áp suất dao khí nằm trong khoảng 0,3–0,5 MPa.
   Áp suất trước và sau dao cắt thường được thiết lập sao cho áp suất phía trước cao hơn và áp suất phía sau thấp hơn. Chênh lệch áp suất khoảng 0,05 MPa. Bạn có thể điều chỉnh áp suất phía trước và phía sau dựa trên bố cục các miếng đệm trên bảng mạch để giữ cho các khu vực IC phẳng và tránh các linh kiện SMT bị nhô lên. Vui lòng tham khảo hướng dẫn sử dụng máy để biết các giá trị khuyến nghị chính xác.
4. Nhiệt độ dao khí:
   Không khí nóng từ dao khí không làm thay đổi nhiều nhiệt độ bảng mạch và cũng không ảnh hưởng nhiều đến áp suất không khí. Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ bên trong dao khí sẽ giúp không khí giãn nở. Do đó, ở cùng một áp suất, nhiệt độ không khí cao hơn sẽ tạo ra thể tích không khí lớn hơn và tốc độ cao hơn. Điều này tạo ra lực làm phẳng mạnh hơn. Nhiệt độ dao khí cũng ảnh hưởng đến bề mặt của lớp hàn sau khi làm phẳng. Khi nhiệt độ dao khí dưới 93°C, bề mặt lớp hàn trông xỉn màu. Khi nhiệt độ không khí tăng, vẻ xỉn màu sẽ giảm bớt. Ở 176°C, vẻ xỉn màu biến mất hoàn toàn. Do đó, nhiệt độ dao khí không nên dưới 176°C. Để có được lớp hàn phẳng đẹp, nhiệt độ dao khí thường được đặt trong khoảng từ 300°C đến 400°C.
5. Khoảng cách giữa các lưỡi dao khí:
   Khi luồng khí nóng thoát ra khỏi vòi phun dao khí, tốc độ của nó sẽ giảm xuống. Sự giảm tốc này tỷ lệ thuận với bình phương của khoảng cách giữa các lưỡi dao. Do đó, khoảng cách càng lớn, tốc độ không khí càng thấp và lực làm phẳng càng yếu. Khoảng cách tiêu chuẩn giữa các vòi phun dao khí là 0,95–1,25 cm. Không nên đặt khoảng cách giữa các vòi phun quá nhỏ, vì ma sát của không khí có thể làm hỏng bề mặt bảng mạch. Khoảng cách giữa các dao khí trên và dưới thường được duy trì khoảng 4 mm. Khoảng cách quá lớn có thể gây bắn tóe hàn.
6. Góc dao khí:
   Góc nghiêng của dao phun khí ảnh hưởng đến độ dày lớp hàn. Nếu góc nghiêng không đúng, hai mặt của bảng mạch có thể có độ dày lớp hàn khác nhau. Góc nghiêng không đúng cũng có thể khiến hàn nóng chảy bắn tung tóe và gây ra tiếng ồn. Thông thường, các dao phun khí ở mặt trước và mặt sau được nghiêng xuống khoảng 4 độ. Cần điều chỉnh nhẹ tùy theo hình dạng cụ thể của bảng mạch và bố trí các điểm hàn.
7. Tốc độ nâng băng tải (tốc độ băng tải hoặc thang máy):
   Một yếu tố khác là tốc độ di chuyển của tấm ván qua các lưỡi dao khí. Tốc độ ảnh hưởng đến độ dày của lớp phủ. Tốc độ chậm khiến lượng khí tác động lên tấm ván nhiều hơn, do đó lớp phủ sẽ mỏng hơn. Tốc độ nhanh khiến lớp phủ dày hơn và thậm chí có thể làm bịt kín các lỗ.
8. Nhiệt độ và thời gian làm nóng trước:
   Quá trình làm nóng trước nhằm kích hoạt chất hàn và giảm sốc nhiệt. Nhiệt độ làm nóng trước tiêu chuẩn được liệt kê là 343°C. Sau 15 giây làm nóng trước, bề mặt bảng mạch có thể đạt khoảng 80°C. Một số dây chuyền HASL không áp dụng bước làm nóng trước.

Thông số quy trình — bảng các khoảng giá trị khuyến nghị

HASL có chì so với HASL không chì

1. HASL không chì thân thiện với môi trường hơn vì không chứa chì. Điểm nóng chảy của nó là khoảng 218°C. Đối với HASL không chì, nhiệt độ bể hàn cần được điều chỉnh ở mức khoảng 280–300°C; nhiệt độ hàn sóng nên ở mức khoảng 260°C; nhiệt độ hàn lại là khoảng 260–270°C.
2. HASL chứa chì không thân thiện với môi trường. Chất này chứa chì và có nhiệt độ nóng chảy khoảng 183°C. Đối với HASL chứa chì, nhiệt độ bể hàn nên được điều chỉnh ở mức khoảng 245–260°C; nhiệt độ hàn sóng nên khoảng 250°C; nhiệt độ nung lại khoảng 245–255°C.
3. Hãy quan sát bề mặt hàn: lớp HASL chứa chì trông sáng hơn, còn lớp HASL không chì trông xỉn màu hơn. Khả năng bám dính của lớp HASL không chì kém hơn một chút so với lớp HASL chứa chì.
4. Quy định về hàm lượng chì: hàn không chì có hàm lượng chì dưới 0,51% trong khi hàn có chì có hàm lượng chì lên đến 3,71%.
5. Chì giúp cải thiện khả năng hút chì và hiệu quả của quá trình hàn. Dây hàn có chì dễ sử dụng hơn so với dây hàn không chì. Tuy nhiên, chì là chất độc hại và việc tiếp xúc lâu dài với chì có hại cho sức khỏe con người. Dây hàn không chì có điểm nóng chảy cao hơn, do đó các mối hàn sẽ chắc chắn hơn.
6. Về giá thành lớp hoàn thiện bề mặt PCB, HASL chứa chì và HASL không chì thường có giá như nhau. Trong hầu hết các trường hợp, không có sự chênh lệch về giá.

Làm thế nào để phân biệt PCB sử dụng lớp mạ HASL có chì hay không chì?

1. Hãy quan sát bề mặt mối hàn. Mối hàn có chì trông sáng bóng. Mối hàn không chì (hợp kim SAC) trông xỉn màu hơn. Khả năng bám dính của mối hàn không chì kém hơn một chút so với mối hàn có chì.
2. Chất hàn có chì gây hại cho sức khỏe con người. Chất hàn không chì an toàn hơn. Nhiệt độ điểm nóng chảy phụ thuộc vào loại hợp kim không chì. Ví dụ, điểm nóng chảy của hợp kim SAC (SnAgCu) là khoảng 217°C, và nhiệt độ hàn nên cao hơn điểm nóng chảy từ 30–50°C. Đối với hợp kim có chì (Sn63Pb37), nhiệt độ điểm nóng chảy là 183°C.
3. Hàm lượng chì: chất hàn không chì có hàm lượng chì ≤ 0,51%, trong khi chất hàn có chì có thể chứa khoảng 3,71% chì.
4. Chì làm tăng hoạt tính của chất hàn, do đó chất hàn có chì dễ sử dụng hơn trong quá trình hàn. Tuy nhiên, chì là chất độc hại và có hại cho sức khỏe. Ngoài ra, chất hàn không chì có điểm nóng chảy cao hơn, giúp các mối hàn có độ bền cơ học cao hơn.

Tóm tắt