PCB Üretiminde HASL Bitirme: Süreç, Faydalar ve Uygulamalar

Sıcak Hava Lehimle Düzleştirme (HASL), maliyet etkinliği, güvenilirliği,ve geleneksel montaj süreçleriyle uyumlulukOn yıllardır, HASL tüketici elektroniği, endüstriyel kontroller ve düşük maliyetli PCB'ler için iş atı olarak hizmet etti.ve üretim verimliliğiENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) gibi gelişmiş kaplamalar yüksek seviye uygulamalara hakimken, HASL, maliyet ve sadeliğin en önemli olduğu senaryolarda gelişmeye devam ediyor.Bu kılavuz HASL üretim sürecini araştırıyor, ana faydaları, sınırlamaları ve alternatif bitirme ile karşılaştırıldığında, mühendislerin ve alıcıların HASL'in doğru seçim olduğunu karar vermelerine yardımcı olmak için anlayış sağlıyor.

HASL Finish nedir?
HASL (Hot Air Solder Leveling), PCB'lerde açık bakır yastıkları erimiş lehim (genellikle teneke-kurşun veya kurşunsuz alaşım) katmanı ile kaplayan bir yüzey kaplamasıdır.Daha sonra fazla malzemeyi çıkarmak için yüksek hızlı sıcak hava kullanarak kaplamayı düzeyin.Sonuç, bakırı oksidasyondan koruyan ve montaj sırasında güvenilir bir bileşen bağlamasını sağlayan tekdüze, soldurulabilir bir katmandır.

Temel özellikler:
a.Solder Alaşımı: Geleneksel HASL% 63 çimento /% 37 kurşun (eutetik) kullanır, ancak kurşunsuz varyantlar (örneğin, SAC305:% 96.5 çimento,% 3 gümüş,% 0.5 bakır) artık RoHS uyumluluğunu karşılamak için standarttır.
b. Kalınlığı: 5 ‰ 25 μm, bant kenarlarında daha kalın çöküntüler (düzleştirme işleminin doğal bir sonucu).
c. Yapı: Lehim yapışkanlığını artıran hafif yüzey kabalığı ile mat veya yarı parlak finiş.

HASL Üretim Prosesi
HASL uygulaması, her biri tekdüze, işlevsel bir bitirme elde etmek için kritik olan beş sıralı adım içerir:
1Ön işleme: PCB yüzeyinin temizlenmesi
HASL uygulamadan önce PCB, düzgün lehim yapışmasını sağlamak için titiz bir temizlikten geçirilir:

a.Degreasing: Bir alkali temizleyici bakır yastıklardan yağları, parmak izlerini ve organik kalıntıları çıkarır.
b. Mikro kazım: Hafif bir asit (örneğin sülfürik asit + hidrojen peroksit) bakır yüzeyini tekdüze bir kabalığa (Ra 0.2 ∼ 0.4 μm) kazımaktadır ve kaynak ıslatmasını iyileştirir.
c.Yıkama: Çoklu ionize edilmemiş (DI) su banyoları, lehim banyosunun kirlenmesini önleyerek temizlik maddeleri ve kazıcı kalıntılarını çıkarır.

2. Akış Uygulama
Suda çözünen veya rezin bazlı bir akış bakır yastıklara uygulanır:

a. Bakır yüzeyinde oksitler çıkar.
b.Lehimleme ıslanmasını teşvik etmek (yumuşayan lehimlemenin yumuşak şekilde yayılma yeteneği).
c. Lehim uygulamadan önce bakırı yeniden oksidasyondan korumak.

3. Solder Immersion
PCB, erimiş lehim banyosuna daldırılır (kurşunsuz alaşımlar için 245-260 °C) 3-5 saniye boyunca.

a.Leğen alaşımı metalürjik bağlama yoluyla bakır yastıklarına erir ve yapışır.
b.Flux, güçlü bir bağ sağlamak için bakır yüzeyini daha da temizleyerek etkinleştirir.

4. Sıcak Hava Düzleştirme
Batırıldıktan sonra, PCB yüksek hızlı sıcak hava bıçakları arasında geçirilir (150~200°C):

a. Aşırı lehimleri püskürtün, yastıklarda tek tip bir kaplama bırakın.
b. Kalınlık değişimlerini en aza indirerek lehim yüzeyini düzeyin.
c. Toplanmayı veya kirlenmeyi önleyen anlık kuru kalanak akışı.

5. Tedaviden sonraki
a. Akış kaldırma: PCB, yüzeyde bırakıldığında korozyona neden olabilecek kalan akışın kaldırılması için DI suyu veya hafif bir çözücüyle temizlenir.
b. Denetim: Yetersiz kapsama, lehim köprüleri veya aşırı kalınlık gibi kusurlar için Otomatik Optik Denetim (AOI) denetimleri.

HASL Finish'in Ana Avantajları
HASL'nin kalıcı popülaritesi, özellikle yüksek hacimli, maliyet duyarlı uygulamalar için pratik avantajlarının benzersiz kombinasyonundan kaynaklanır:
1. Düşük Maliyet ve Yüksek Verimlilik
a.Malzeme maliyetleri: HASL, ENIG'de kullanılan altın veya nikelden önemli ölçüde daha ucuz olan standart lehim alaşımları kullanır (malzeme maliyetleri% 30-50 daha düşük).
b.Üretim Hızı: HASL hatları saatte 50-100 PCB işliyor, ENIG'den 2'den 3 kat daha hızlı, üretim sürelerini azaltıyor.
c. Ölçeklenebilirlik: Yüksek hacimli üretim için idealdir (100.000'den fazla birim), hacim arttıkça birim başına maliyetler düşer.

2Mükemmel kaynaştıranlık
HASL'nin teneke açısından zengin yüzeyi, güvenilir bileşen montajı için kritik olan üstün lehim ıslatmasını sağlar:

a. Uyumluluk: Hem kurşunlu hem de kurşunsuz lehimlerle çalışır, bu da karışık teknoloji hatları için çok yönlü hale gelir.
b. Bağışlama süreci: ENIG gibi bitirme işlemlerinden daha iyi küçük montaj değişikliklerine (örneğin, geri akış fırınlarında sıcaklık dalgalanmalarına) katlanır.
c. Depolama sonrası Performansı: Kontrollü depolamada (% 30-50 RH), OSP'den (Organic Solderability Preservative) daha uzun 6-9 ay boyunca solderability'i korur.

3Zorlu ortamlarda dayanıklılık
HASL, daldırma gümüşü gibi kırılgan kaplamalardan daha iyi mekanik streslere dayanıklılık sunar:

a.Kırılma Direnci: Lehim tabakası montaj sırasında işleme dayanır ve ince kaplamalara (örneğin, OSP, daldırma teneke) kıyasla pad hasarını azaltır.
b.Korozyon Koruması: Orta nemli (≤60% RH) ve hafif endüstriyel ortamlarda bakırı oksidasyondan korur.

4Geleneksel Üretimle Uyumluluk
HASL, eski PCB üretim ve montaj süreçleriyle sorunsuz bir şekilde bütünleşir:

a.Özel ekipman yok: Standart temizlik, kazma ve montaj hatlarıyla çalışır, ENIG için gerekli olan pahalı yükseltmelerin gerekliliğini önler (örneğin nikel ve altın kaplama tankları).
b.Tasarım Esnekliği: Çapraz delikli bileşenler, büyük bantlar ve kritik olmayan SMT bileşenleriyle uyumludur (0.8 mm ve daha büyük).

HASL Finish sınırlamaları
HASL birçok senaryoda üstünlük sağlasa da, yüksek seviye veya hassas uygulamalara uygun olmamasını sağlayan sınırlamaları vardır:
1. Yüzey Kabalığı ve Kalınlık Değişimi
Kabalık: HASL'nin mat finişi (Ra 0.5 ∼ 1.0 μm) ince tonluk bileşenlere (≤ 0.5 mm tonluk) müdahale edebilir ve kaynak köprüleri riskini artırabilir.
b. Kenar Kalınlığı: Lehim, bant kenarlarında bir araya gelme eğilimindedir ve yakın mesafeli bantlar arasında (≤0.2 mm boşluk) kısa kesime neden olabilecek 'kulaklar' yaratır.

2Sıcaklık Stresleri Riskleri
a.PCB Warpage: Erimiş lehimde daldırma (245 ∼ 260 °C) özellikle de bakır dağılımının eşitsiz olan ince veya büyük PCB'leri (≥ 300 mm) çarpıtabilir.
b. Bileşen Hasarları: Isıya duyarlı bileşenler (örneğin elektrolitik kondansatörler, LED'ler) HASL sonrasında eklenmeli ve montaj adımlarını artırmalıdır.

3Çevre ve düzenleme kısıtlamaları
Kurşun İçeriği: Geleneksel kurşunlu HASL, RoHS uyarınca çoğu bölgede yasaklanmıştır ve kurşunsuz alaşımlara geçiş yapılması gerekmektedir (daha yüksek erime noktalarına sahip olan, enerji maliyetlerini artıran).
b.Atıkların atılması: Lehim atıkları ve akış kalıntıları, çevresel uyum maliyetlerini artıran özel bir işleme ihtiyaç duyar.

4Yüksek yoğunluklu tasarımlardaki sınırlamalar
a.Düz tonlama bileşenleri: Kaba yüzey ve kenar birikimi, HASL'i BGA'lar, QFP'ler veya diğer ince tonlama cihazları için uygun hale getirmez (≤0.4 mm tonlama).
b. Yüksek frekanslı sinyaller: Yüzey düzensizlikleri, yüksek hızlı tasarımlarda (> 1 GHz) sinyal yansıtmalarına neden olur ve ENIG gibi pürüzsüz bitkilerle karşılaştırıldığında ekleme kaybını artırır.

HASL vs. Alternatif Yüzey Bitirme
Aşağıdaki tablo, HASL'yi anahtar ölçümlerdeki ortak alternatiflerle karşılaştırıyor:

HASL bitirme için ideal uygulamalar
HASL, maliyetin, basitliğin ve ılımlı performansın öncelik verdiği senaryolarda tercih edilen bitiş olarak kalmaktadır:
1Tüketici Elektronikleri ( Düşük Maliyetli)
a. Aletler: Buzdolapları, mikrodalgaları ve çamaşır makineleri kontrol panellerinde HASL kullanır, burada bileşenlerin 0.8mm+'dan fazla uzanması ve düşük maliyet kritik önem taşır.
b.Oyuncaklar ve Cihazlar: Düşük hacimli veya tek kullanımlık elektronikler (örneğin uzaktan kumanda, mevsimsel dekorasyonlar) HASL'lerin uygun fiyatlarından yararlanmaktadır.

2Endüstriyel Kontroller
a. Motor Sürücüleri ve Relayler: HASL'lerin dayanıklılığı OSP'den daha iyi fabrika zeminlerinin titreşimlerine ve orta nemine dayanır.
b. Güç Tedarikleri: Güç tedariklerinde yaygın olan delik içi bileşenler (transformörler, kondansatörler) HASL'nin geleneksel montajla uyumluluğu ile iyi bir şekilde eşleşir.

3Otomotiv (Kritik olmayan Sistemler)
a. Bilgi eğlencesi ve aydınlatma: HASL, ince tonlu bileşenlerin nadir olduğu ve maliyet basıncının yüksek olduğu araba stereosu ve iç aydınlatma PCB'lerinde kullanılır.
b.Bazar sonrası parçalar: Eski araçlar için yedek PCB'ler genellikle orijinal üretim süreçlerine uymak için HASL kullanır.

4Eğitim ve Prototipleme
a.Öğrenci Projeleri ve Prototipleri: HASL'nin düşük maliyeti ve kullanılabilirliği hızlı dönüş prototipleri ve eğitim kitleri için idealdir.

HASL Finish kullanımı için en iyi uygulamalar
HASL'lerin performansını en üst düzeye çıkarmak ve yaygın tuzaklardan kaçınmak için, şu talimatları izleyin:
1. HASL uyumluluğu için tasarım
a.Pad Arası: Kenarların oluşmasını önlemek için bantlar arasında ≥ 0,2 mm boşluk tutulur.
b.Pad Boyutu: Kalınlık değişimlerini en aza indirmek için daha büyük bantlar (≥ 0.8 mm çapında) kullanın.
c.Düz özelliklerden kaçının: Kesinlikle gerekli olmadıkça BGA'lardan, QFP'lerden veya diğer ince tonlu bileşenlerden (≤ 0,5 mm tonluk) uzak durun.

2Montaj Süreçlerini Optimize Et
a.Reflow Profili: Doğru lehim füzyonunu sağlamak için kurşunsuz HASL için kurşunsuz geri akış sıcaklıklarını (240-250°C) kullanın.
B. Montaj sonrası temizlik: Nemli ortamlarda korozyonun önlenmesi için akış kalıntılarını iyice kaldırın.

3Depolama ve Taşıma
a. Kontrolü altındaki ortam: HASL PCB'lerini soldurability raf ömrünü en üst düzeye çıkarmak için 30~50% RH ve 15~25°C'de saklayın.
b. İdareyi en aza indirin: Anti-statik poşetler kullanın ve lehimlenmeyi önlemek için yastıklara dokunmaktan kaçının, bu da lehimlenebilirliği azaltabilir.

4. Kalite Kontrolü
a.AOI Denetimi: HASL sonrası kenar birikimi, yetersiz kapsama ve lehim köprüleri için kontrol.
b.Solderability Test: Periyodik ıslatma dengesi testleri (IPC-TM-650 2.4.10) Lehimlenebilirliğin sağlam kalmasını sağlamak için.

Değişen bir endüstride HASL'nin Geleceği
HASL, gelişmiş finişlerden gelen rekabetle karşı karşıya iken, tamamen ortadan kaybolması muhtemel değildir:

a.Kurşunsuz İnovasyonlar: Daha düşük erime noktalarına sahip yeni kurşunsuz alaşımlar (örneğin, teneke-bismut) PCB çarpıklığı riskini azaltır ve HASL'lerin uygulanabilirliğini genişletir.
b.Hybrid bitirme: Bazı üreticiler, maliyet ve performansı dengeleyen ince tonlama alanlarında HASL ile ENIG'i büyük bantlarda birleştirirler.
Sürdürülebilirlik Geliştirmeleri: Lehim atıkları ve akış atıkları için kapalı döngüde geri dönüşüm sistemleri, HASL'nin çevresel etkisini azaltmaktadır.

Sık Sorulan Sorular
S: HASL kurşunsuz montaj süreçleriyle uyumlu mu?
A: Evet, kurşunsuz HASL (örneğin, SAC305) kurşunsuz lehimler ve geri akış profilleri (240 ∼250 °C) ile sorunsuz çalışır.

S: HASL ne kadar süre solderability korur?
A: Kontrolü altındaki depolamada (30% 50% RH), kurşunsuz HASL, OSP'den 6-9 ay daha uzun, ancak ENIG'den daha kısa süre satılabilir durumda kalır.

S: HASL esnek PCB'lerde kullanılabilir mi?
A: Yüksek sıcaklıklı leylek banyosu esnek substratı (poliamid) hasar verebileceğinden, esnek PCB'ler için HASL önerilmez.

S: HASL yüksek güçlü PCB'ler için çalışıyor mu?
C: Evet, HASL'nin kalın lehim tabakası yüksek akımları iyi yönetir, bu da onu güç kaynakları ve motor kontrolleri için uygun hale getirir (uygun bir iz boyutuyla 50A'ya kadar).

S: HASL bitkilerinde “solder balls” neden olur?
A: Lehim topları, uygunsuz akışın çıkarılması veya aşırı lehim banyosu sıcaklığının ortaya çıkmasından kaynaklanır.

Sonuçlar
HASL bitirici, yüksek hacimli, düşük maliyetli ve orta derecede zorlu uygulamalara odaklanan PCB üreticileri ve tasarımcıları için pratik ve uygun maliyetli bir çözüm olmaya devam ediyor.Geleneksel süreçlerle uyumluluk, ve uygun maliyetli olması, gelişmiş bitirme ürünlerinin yüksek kaliteli pazarlara hakim olduğu halde tüketici elektroniği, endüstriyel kontroller ve eğitim projelerinde vazgeçilmez hale getirir.

HASL'in güçlü yanlarını (maliyet, dayanıklılık) ve sınırlamalarını (kavrukluk, ince tonlama kısıtlamaları) anlayarak, mühendisler tehlikelerden kaçınırken faydalarından yararlanabilirler.HASL performans ve pratiklik arasında mükemmel dengeyi bulur, gereksiz masraflar olmadan güvenilir bir işleyişi sağlar.

Anahtar: HASL modası geçmiş değil. PCB bitirme araç kitinde uzmanlaşmış bir araçtır.ve orta performans ultra ince pitches veya yüksek frekanslı yeteneklerden daha önemlidir.