HASL-afwerking in PCB-fabricage: proces, kwaliteit en toepassingen

Hot Air Solder Leveling (HASL) is al decennia lang een hoeksteen van de afwerking van PCB-oppervlakken, gewaardeerd om zijn kosteneffectiviteit, betrouwbare soldeerbaarheid,en compatibiliteit met traditionele productie-workflowsHoewel nieuwere afwerkingen zoals ENIG en onderdompeling tin terrein hebben gewonnen in fijne toonhoogte toepassingen, blijft HASL een go-to keuze voor lage kosten,PCB's in grote hoeveelheden in industrieën variërend van consumentenelektronica tot industriële controlesDeze gids onderzoekt het productieproces van HASL, de kwaliteitscontrolemaatregelen, de voordelen en beperkingen,Het is een zeer belangrijk onderdeel van het onderzoek naar de kwaliteit van het product..

Belangrijkste lessen
1.HASL is 30~50% goedkoper dan ENIG en onderdompeling tin, waardoor het ideaal is voor een groot volume, kosteneffectieve toepassingen zoals apparaten en speelgoed.
2Het proces legt een laag soldeer van 1 ‰ 25 μm (tin-lood of loodvrij) op koperen pads, waardoor uitstekende soldeerbaarheid wordt gewaarborgd voor door-gat en grote oppervlakte-montagecomponenten.
3Het ongelijke oppervlak (± 10 μm tolerantie) beperkt het gebruik van.HASL® bij fijn pitch componenten (< 0,8 mm pitch), waarbij de overbruggingsrisico's met 40% toenemen in vergelijking met vlakke afwerkingen.
4.Moderne loodvrij HASL (Sn-Ag-Cu) voldoet aan de RoHS-normen, maar vereist hogere verwerkingstemperaturen (250°C tot 270°C) dan traditionele tin-lead HASL.

Wat is HASL Finish?
Hot Air Solder Leveling (HASL) is een oppervlakteafwerkingsproces waarbij koper-PCB-pads worden bekleed met een laag gesmolten soldeer en vervolgens het overschot wordt gelijkgesteld met behulp van hoge snelheid hete lucht.Het resultaat is een lasbare laag die koper beschermt tegen oxidatie en zorgt voor sterke verbindingen tijdens de montage.

Twee varianten van HASL
Tin-Lead HASL: Gebruikt een 63% tin/37% loodlegering (smeltpunt 183°C).hoewel nog steeds gebruikt in gespecialiseerde militaire/luchtvaarttoepassingen met uitzonderingen.
Loodvrij HASL: gebruikt meestal een tin-zilver-koper (Sn-Ag-Cu, of SAC) legering (smeltpunt 217°C) om aan de RoHS- en REACH-vereisten te voldoen.Het is de dominante variant in de commerciële PCB-productie vandaag.

Het productieproces van HASL
HASL omvat vijf belangrijke stappen, elk van cruciaal belang voor het bereiken van een uniforme, soldeerbare afwerking:
1Voorbehandeling: Reiniging en activering
Voor het solderen worden PCB's strikt gereinigd om de hechting te garanderen:
a.Verschuiving: verwijdering van oliën, vingerafdrukken en organische verontreinigingen met behulp van alkalische reinigingsmiddelen of oplosmiddelen.
b.Micro-etsen: een milde zuuretsen (bijv. zwavelzuur + waterstofperoxide) verwijdert 1 μm koperoxide, waardoor vers, reactief koper wordt blootgesteld.
c. Fluxaanwending: een in water oplosbare flux (meestal op basis van hars) wordt op koperen pads aangebracht om re-oxidatie te voorkomen en het natmaken van de soldeer te bevorderen.

2Soldeeronderdompeling
Het PCB wordt ondergedompeld in een bad van gesmolten soldeer:
a.Temperatuur: 250-270°C voor loodvrij HASL (SAC-legering) tegenover 200-220°C voor tinlood.
b.Dompeltijd: 3 ̊5 seconden om ervoor te zorgen dat koperen pads volledig nat worden zonder het PCB-substraat (bv. FR4) te beschadigen.
c.Alloycontrole: de samenstelling van soldeerbaden wordt voortdurend gecontroleerd (bijv. 96,5% Sn, 3% Ag, 0,5% Cu voor SAC305) om de consistentie te behouden.

3. Warme lucht gelijkstellen
Na onderdompeling wordt de overtollige soldeer verwijderd met behulp van hoge druk warmluchtmessen:
a.Luchttemperatuur: 200°C tot 250°C om de soldeer tijdens het gelijkstellen gesmolten te houden.
b.Luchtdruk: 5 ‰ 10 psi, aangepast op basis van de padgrootte (hogere druk voor grotere pads).
c. Positie van het spuitstuk: 30°-45° hoek ten opzichte van het PCB-oppervlak om de lucht gelijkmatig te verdelen en te voorkomen dat de lijm zich aan de randen ophoopt.
Deze stap creëert een gelijkmatig oppervlak, hoewel er wat ongelijkmatigheid (± 10 μm) blijft, vooral op grote pads.

4- Koeling.
Het PCB wordt snel afgekoeld (tot kamertemperatuur in < 30 seconden) met behulp van gedwongen lucht- of watermist:
a. verhindert dat de soldeer terugstroomt naar niet-padgebieden.
b. Zorgt voor een gladde, glanzende afwerking door oxidatie tijdens het verhardingsproces tot een minimum te beperken.

5Nabehandeling: Flux verwijdering
De reststroom wordt gereinigd met:
a.Warm water spoelen: voor in water oplosbare stromen.
b.Reiniging met oplosmiddelen: voor fluxen op basis van hars (vandaag minder gebruikelijk vanwege milieuvoorschriften).
Een goede reiniging is van cruciaal belang. Fluxresiduen kunnen corrosie of elektrisch lek veroorzaken als ze op het bord blijven.

Kwaliteitscontrole in de productie van HASL
Een consistente HASL-kwaliteit vereist strikte procescontroles om veel voorkomende gebreken te voorkomen:
1. Dichtheid van de soldeer
Doelbereik: 1 ‰ 25 μm (meestal 5 ‰ 15 μm voor de meeste toepassingen).
Te dun (< 1 μm): Risico's voor koperoxidatie en slechte soldeerbaarheid.
Te dik (> 25 μm): veroorzaakt ongelijke oppervlakken en overbruggingen in fijne componenten.
Metode van meting: röntgenfluorescentie (XRF) of doorsnedemicroscopie.

2Bevochtiging en dekking
Aanvaardingscriterium: ≥95% van het padoppervlak moet met soldeermiddel worden bedekt (geen kale koperen vlekken).
Gemeenschappelijke problemen:
Niet natte: soldeerkralen op pads door slechte reiniging of geoxideerd koper.
Ontvochtiging: het soldeermiddel natteert aanvankelijk, maar trekt zich terug, waardoor lege gebieden overblijven als gevolg van verontreiniging door de vloeistof of hoge badtemperatuur.

3Oppervlakte ruwheid
Maximale tolerantie: ±10 μm (gemeten met behulp van profilometrie).
Gevaren van overmatige ruwheid:
Overbruggingen in fijn pitch componenten (0,8 mm pitch of kleiner).
Onverenigbare afzetting van soldeerpasta tijdens de montage.

4. Integratie van de legering
Test: spectroscopie om de samenstelling van de soldeer te verifiëren (bijv. 3% zilver in SAC305).
Problemen: Onjuiste legeringsverhoudingen kunnen de smeltpunten verlagen, waardoor de soldeerverbindingen tijdens de reflow falen.

Voordelen van HASL-afwerking
De blijvende populariteit van HASL is te danken aan de praktische voordelen voor specifieke toepassingen:
1. Lage kosten
Materialenkosten: Logeerlegeringen (Sn-Ag-Cu) zijn goedkoper dan goud (ENIG) of hoogzuiver tin (onderdompelingstin).
Verwerkingsefficiëntie: HASL-lijnen werken met een hoge doorvoer (100+ boards/uur), waardoor de arbeidskosten per eenheid worden verlaagd.
Totale kosten: 30 ‰ 50% goedkoper dan ENIG en 20 ‰ 30% goedkoper dan onderdompeling tin voor grote volumes runs (10.000 + eenheden).

2Uitstekende soldeerbaarheid
Wettigingssnelheid: de soldeerpasta stroomt snel over HASL-gecoate pads, met een nattijden van < 1,5 seconden (IPC-TM-650-standaard).
Herwerkingscompatibiliteit: overleeft 3 ̊5 reflowcycli zonder afbraak ̊meer dan OSP (1 ̊2 cycli).
Door-gat prestaties: Ideaal voor door-gat componenten, omdat soldeer gaten gelijkmatig vult tijdens het dompelen.

3. Duurzaamheid
Corrosiebestendigheid: bestand tegen 200~300 uur zoutsproeitest (ASTM B117) – beter dan OSP (<100 uur) en voldoende voor binnentoepassingen.
Mechanische sterkte: Een dikke soldeerschaal (515 μm) weerstaat slijtage tijdens de behandeling, waardoor het risico op beschadiging wordt verminderd in vergelijking met dunne afwerkingen zoals onderdompeling tin.

4- Compatibiliteit met standaardprocessen
Werkt met alle gebruikelijke PCB-substraten (FR4, high-Tg FR4, CEM-1).
Integreert naadloos in traditionele productielijnen zonder gespecialiseerde apparatuur.

Beperkingen van HASL Finish
De nadelen van HASL maken het ongeschikt voor bepaalde moderne PCB-ontwerpen:
1Slechte vlakheid voor fijn pitch componenten
Oppervlakteverschillen: ±10 μm tolerantie creëert “pieken en dalen” op pads, waardoor het overbruggingsrisico toeneemt in:
0.8 mm pitch QFP's (overbruggingspercentage 15~20% versus 5% bij onderdompelingstink).
0.5 mm pitch BGA's (bijna onhanteerbaar met HASL).

2. Thermische spanning op PCB's
Bleivrije HASL's met een hoge verwerkingstemperatuur (250°C tot 270°C) kunnen:
Warp dunne PCB's (< 0,8 mm dik).
Deelt warmtegevoelige substraten af (bijv. sommige flexibele materialen).
Het veroorzaakt delaminatie in meerlagige platen met een slechte laminatie kwaliteit.

3. Loodvrije uitdagingen
Hoger smeltpunt: SAC-legeringen vereisen tijdens de assemblage hogere terugstroomtemperaturen (245 ∼ 260 °C), waardoor de spanning op de componenten toeneemt.
Bloeden Risico: Loodvrij HASL is meer vatbaar voor bloeden (matte afwerking) als gevolg van oxidatie, wat natte problemen tijdens de inspectie kan maskeren.

4. Milieubewustzijn en veiligheid
Afvalbehandeling: Soldeerschroot (geldeerde overtollige soldeer) vereist een gespecialiseerde verwijdering.
Veiligheid van de werknemers: hoge temperaturen en vloeistofdampen vereisen strenge ventilatie en PPE (persoonlijke beschermingsmiddelen).

HASL versus andere PCB-afwerkingen

Ideale toepassingen voor HASL
HASL blijft de beste keuze voor:
1. Goedkope consumentenelektronica
Apparaten: Koelkasten, magnetronen en wasmachines gebruiken PCB's met grote pads (≥ 1 mm afstand) waarbij de kostenbesparing van HASL's het belangrijkst is.
Speelgoed en gadgets: producten met een hoog volume en lage winstmarge profiteren van de betaalbaarheid en voldoende betrouwbaarheid van HASL.

2. Industriële controles (niet-fijnspits)
Motorcontrollers: door-gat componenten en grote oppervlakte-montage apparaten (≥ 1206 passieve) werken goed met HASL.
Stroomvoorzieningen: Dikke koperen pads (voor hoge stroom) worden gemakkelijk met HASL bekleed, waardoor goede soldeersluitingen worden gewaarborgd.

3Militaire en ruimtevaart (Tin-Lead HASL)
Het is vrijgesteld van de RoHS-beperkingen en wordt gebruikt in oudere systemen die langdurige betrouwbaarheid en compatibiliteit met tin-lead soldeer vereisen.

4. Prototyping en Low-Volume Runs
Kleine partijen (10 ¥100 stuks) profiteren van de snelle omzet en lage installatiekosten van HASL ten opzichte van ENIG.

Beste praktijken voor het gebruik van HASL
Om de prestaties van HASL te maximaliseren, volgt u de volgende richtlijnen:

1Ontwerp voor HASL
Minimale padgrootte: ≥ 0,6 mm × 0,6 mm om een uniforme soldeerbedekking te garanderen.
Afstand: Vermijd onderdelen met een afstand van < 0,8 mm; indien nodig, verhoog de afstand van pad naar pad tot 0,2 mm.
Door-gatontwerp: voor betrouwbare soldeervulling worden geplateerde door-gaten (PTH's) met een diameter van ≥ 0,3 mm gebruikt.

2Specificeer kwaliteitseisen
De in punt 3.4.1 vermelde parameters zijn van toepassing op de in punt 3.4.2 bedoelde systemen.
Bevochtiging: vereist ≥95% paddekking (per IPC-A-610 klasse 2).
Oppervlakteafwerking: Specificeer HASL (versus dof) om de juiste samenstelling van de legering en het verwijderen van de vloeistof te garanderen.

3Overwegingen van de vergadering
Soldeerpasta: Gebruik type 3 of 4 pasta (fijnere deeltjes) om oppervlakteongelykheid te voorkomen.
Terugstroomprofiel: voor loodvrije HASL moet een trage oprit (2°C/sec) worden gebruikt tot een piektemperatuur van 250°C/sec.
Inspectie: Gebruik AOI (Automated Optical Inspection) voor het detecteren van overbruggingen in componenten met een bijna fijne toonhoogte (0,8 ∼1,0 mm toonhoogte).

Vaak gestelde vragen
V: Is loodvrij HASL net zo betrouwbaar als tin-lead HASL?
A: Ja, wanneer het goed is verwerkt. Loodvrij HASL (SAC) biedt vergelijkbare soldeerbaarheid en iets betere corrosiebestendigheid, hoewel het hogere monteertemperaturen vereist.

V: Kan HASL worden gebruikt met PCB's met hoge snelheid?
A: Beperkt. Het ongelijke oppervlak kan impedantievariaties veroorzaken in signalen van 10 Gbps +, waardoor ENIG of onderdompeling tin beter is voor hoogfrequente ontwerpen.

V: Wat is de oorzaak van HASL?
A: Ijsjes ontstaan wanneer de druk van de hete lucht te laag is, waardoor overtollige soldeer op de padkanten blijft.

V: Hoe lang is de houdbaarheid van HASL?
A: meer dan 12 maanden in verzegelde verpakking met droogmiddelen, vergelijkbaar met onderdompeling tin en ENIG.

V: Is HASL compatibel met conform coating?
A: Ja, maar zorg ervoor dat de vloeistof eerst volledig wordt verwijderd.

Conclusies
HASL-afwerking blijft een levensvatbare, kosteneffectieve optie voor PCB's met grote pads, door-gat componenten en lage kosten.betrouwbaarheid, sellerability en betaalbaarheid maken het onmisbaar in consumentenelektronica, industriële controles en legacy systemen.
Als de PCB-technologie zich ontwikkelt, zal HASL naast nieuwere afwerkingen zoals ENIG en onderdompelingstenen coëxisteren.Het begrijpen van de sterke punten en beperkingen van HASL zorgt ervoor dat het wordt gebruikt waar het de meeste toegevoegde waarde biedt.: hoge volumes, kosteneffectieve toepassingen waarbij de prestatievereisten in overeenstemming zijn met de mogelijkheden.
Uiteindelijk getuigt de langdurigheid van HASL in de industrie van de praktische bruikbaarheid ervan.