Quá trình Mạ hàn Bằng Khí Nóng (HASL) đứng như một điểm cốt lõi trong lĩnh vực sản xuất mạch in (PCB), cung cấp một phương pháp chắc chắn và hiệu quả về chi phí để áp dụng lớp phủ hàn vào bề mặt đồng được tiết lộ. Với lịch sử lâu dài và sự thông dụng rộng rãi, HASL tiếp tục đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính đáng tin cậy và khả năng hàn của PCB trong các ngành công nghiệp khác nhau. Phần giới thiệu này sẽ khám phá các nguyên tắc cơ bản của HASL, khám phá quá trình, thành phần và so sánh trong sản xuất PCB hiện đại.
Các loại hoàn thiện bề mặt PCB khác nhau là gì?
Có một số loại nền được áp dụng vào các mạch in (PCBs) để bảo vệ các bề mặt đồng được tiết lộ, cải thiện khả năng hàn và nâng cao tính đáng tin cậy của PCB. Một số loại nền phổ biến của PCB bao gồm:
Mạ hàn Bằng Khí Nóng (HASL): HASL là một trong những loại nền PCB truyền thống và phổ biến nhất. Trong quá trình này, PCB được ngâm vào chì nóng, sau đó khí nóng được thổi qua bề mặt để loại bỏ chì dư thừa, để lại một lớp mỏng trên các lớp đồng được tiết lộ. HASL có chi phí hiệu quả và cung cấp khả năng hàn tốt, nhưng có thể không phù hợp cho các thành phần có mặt bề mặt không đều do địa hình bề mặt không đồng đều.
Mạ Nickel Mạ vàng tự cung cấp (ENIG): ENIG là một lớp nền phổ biến cho PCBs, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao và cho các thành phần với pitch mịn. Quá trình này bao gồm việc kết tủa một lớp niken mà không cần điện, tiếp theo là vàng tự ngâm vào các lớp đồng. ENIG cung cấp khả năng hàn tuyệt vời, bề mặt phẳng, và kháng oxy hóa, làm cho nó phù hợp cho các quy trình lắp ráp không chứa chì và nhiều lần lắp lại.
Mạ thiếc Ngâm (ISn): Mạ thiếc ngâm là một tùy chọn nền khác nơi các bề mặt đồng được tiết lộ được phủ một lớp mỏng thiếc. Mạ thiếc ngâm cung cấp bề mặt phẳng và khả năng hàn tốt, đặc biệt là cho các thành phần với pitch mịn. Tuy nhiên, nó yêu cầu xử lý cẩn thận để ngăn chặn sự hình thành râu thiếc, gây ra các mạch ngắn sau một thời gian.
OSP (Bảo tồn khả năng hàn Hữu cơ): OSP là một lớp hữu cơ mỏng được áp dụng vào các lớp đồng để bảo vệ chúng khỏi sự oxy hóa và duy trì khả năng hàn. OSP thân thiện với môi trường và hiệu quả về chi phí, nhưng cung cấp tuổi thọ hạn chế và có thể yêu cầu biện pháp phòng ngừa bổ sung trong quá trình lắp ráp PCB để ngăn chặn sự hỏng hóc cho lớp phủ.
HASL trong PCB là gì?
HASL trong PCB là viết tắt của Hot Air Solder Leveling, một phương pháp hoàn thiện bề mặt phổ biến được sử dụng trong sản xuất mạch in (PCBs). HASL là một phương pháp truyền thống và rộng rãi được sử dụng để bảo vệ các bề mặt đồng được tiết lộ của PCBs và nâng cao khả năng hàn của chúng.
Trong quá trình HASL, PCB được phủ một lớp flux để làm sạch các bề mặt đồng và loại bỏ bất kỳ oxy hóa nào. Sau đó, PCB được ngâm trong một chậu chứa chì nóng chảy, thường là hợp kim eutectic của thiếc và chì (SnPb). Chì nóng chảy bám vào các lớp đồng tiết lộ và tạo thành một lớp mỏng trên toàn bộ bề mặt của PCB.
Sau khi PCB được lấy ra khỏi chậu chứa chì nóng, chì dư thừa được loại bỏ bằng cách đưa bo mạch qua một con dao hoặc phun khí nóng. Quá trình này làm phẳng lớp chì và tạo ra một bề mặt hoàn thiện mịn màng, đồng đều. Kết quả là một PCB với các lớp đồng phủ chì sẵn sàng cho việc lắp ráp các thành phần.
Ưu và nhược điểm của HASL là gì?
HASL mang lại một số ưu điểm như một bề mặt hoàn thiện cho PCBs, bao gồm:
Hiệu quả chi phí: HASL là một phương pháp hoàn thiện bề mặt có chi phí tương đối thấp so với một số phương pháp thay thế, làm cho nó phù hợp cho một loạt các ứng dụng.
Khả năng hàn tốt: HASL cung cấp khả năng hàn tốt, cho phép các thành phần được dễ dàng hàn vào PCB trong quá trình lắp ráp.
Bảo vệ khỏi Oxy hóa: Lớp chì được áp dụng trong quá trình HASL bảo vệ các bề mặt đồng tiết lộ khỏi sự oxy hóa, đảm bảo các kết nối điện đáng tin cậy.
Tuy nhiên, có một số hạn chế và xem xét đi kèm với HASL:
Bề mặt không đồng đều: HASL có thể tạo ra một bề mặt hoàn thiện không đồng đều, đặc biệt là trên các thành phần với pitch mịn, có thể gây ra thách thức trong quá trình lắp ráp.
Chịu sốc nhiệt: Các thành phần nhạy cảm với sốc nhiệt, như các thiết bị đóng gói nhựa, có thể dễ bị hỏng trong quá trình HASL do tiếp xúc với nhiệt độ cao.
Không phù hợp cho quy trình không chứa chì: HASL thường sử dụng hợp kim chì-thiếc, không tương thích với các quy trình lắp ráp không chứa chì. Các lựa chọn như HASL không chứa chì (LFHASL) hoặc các hoàn thiện bề mặt khác được ưa chuộng cho các ứng dụng không chứa chì.
Quá trình san lấp mặt bằng hàn không khí nóng là gì?
Quy trình mạ hàn bằng khí nóng là phương pháp phổ biến được sử dụng để áp dụng một lớp phủ hàn lên các bề mặt đồng được tiết lộ của các bo mạch in (PCBs). Dưới đây là một cái nhìn tổng quan bước một cách từng bước của quy trình HASL:
Chuẩn bị cho PCB: PCB được chuẩn bị thông qua các quy trình như etsing, khoan lỗ và ứng dụng mặt nạ hàn. Khi các dấu vết đồng và pads mong muốn được tiết lộ, PCB sẵn sàng cho quy trình HASL.
Ứng dụng Flux: Các bề mặt đồng được tiết lộ của PCB được làm sạch và phủ một lớp flux. Flux là một chất hóa học loại bỏ bất kỳ lớp oxit và chất ô nhiễm nào khỏi các bề mặt đồng, thúc đẩy quá trình hàn tốt.
Ngâm trong Chì Nóng Chảy: PCB đã được chuẩn bị sau đó được ngâm vào một chậu chứa chì nóng chảy, thông thường là một hợp kim eutectic của thiếc và chì (SnPb). Nhiệt độ của nước chì được duy trì cao hơn điểm nóng chảy của hợp kim chì, thường khoảng 260-270°C (500-518°F).
Phủ Chì: Khi PCB được ngâm trong chì nóng chảy, chì bám vào các pads và dấu vết đồng được tiết lộ, tạo thành một lớp mỏng trên toàn bộ bề mặt của PCB. Flux giúp thuận lợi quá trình ướt và bám dính của chì vào các bề mặt đồng.
Loại bỏ Chì Dư Thừa: Sau khi PCB được rút ra khỏi chậu chứa chì nóng chảy, chì dư thừa được loại bỏ để tạo ra một lớp phủ hàn mịn và đồng đều. Điều này thường được thực hiện bằng cách đưa PCB qua một loạt các con dao hoặc phun khí nóng. Khí nóng tan chảy và loại bỏ chì dư thừa, làm phẳng lớp chì và tạo ra một bề mặt hoàn thiện đồng đều.
Làm mát và Kiểm tra: Khi chì dư thừa đã được loại bỏ, PCB được để nguội về nhiệt độ phòng. Lớp phủ hàn đông cứng, tạo thành một lớp bảo vệ trên các bề mặt đồng. PCB sau đó được kiểm tra mắt để xem xét các khuyết điểm hoặc không đều trong lớp phủ hàn.
Hoàn thiện cuối cùng: Trong một số trường hợp, một bước hoàn thiện cuối cùng có thể được thực hiện để cải thiện khả năng hàn và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ hàn. Điều này có thể bao gồm việc áp dụng một lớp phủ hữu cơ bảo vệ hoặc áp dụng một liệu phủ chống rỉ cho bề mặt chì.
Kiểm soát Chất lượng: Trong suốt quá trình HASL, các biện pháp kiểm soát chất lượng được triển khai để đảm bảo rằng lớp phủ hàn đáp ứng các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn cần thiết về độ dày, đồng đều và bám dính. Điều này có thể bao gồm kiểm tra trong quá trình, đo độ dày chì và kiểm tra khả năng hàn.
Sự khác biệt giữa HASL và ENIG là gì?
Cuộc khác biệt giữa HASL (Hot Air Solder Leveling) và ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) là hai hoàn thiện bề mặt khác nhau được sử dụng trong quá trình sản xuất mạch in (PCBs). Dưới đây là những khác biệt chính giữa hai loại này:
Thành phần:
HASL: Trong quá trình HASL, các bề mặt đồng được tiết lộ của PCB được phủ một lớp chì, thường là một hợp kim eutectic của thiếc và chì (SnPb). Lớp phủ chì cung cấp bảo vệ chống lại sự oxy hóa và tăng khả năng hàn.
ENIG: Trong quá trình ENIG, các bề mặt đồng được tiết lộ của PCB được phủ trước một lớp niken tự cung cấp (Ni), tiếp theo là một lớp vàng tự ngâm (Au). Lớp niken cung cấp một rào cản chống lại sự oxy hóa và là một rào cản khuếch tán, trong khi lớp vàng cung cấp khả năng hàn tuyệt vời và kháng ăn mòn.
Khả năng hàn:
HASL: HASL cung cấp khả năng hàn tốt, cho phép các thành phần dễ dàng được hàn vào PCB trong quá trình lắp ráp. Tuy nhiên, lớp phủ chì có thể dễ bị oxy hóa theo thời gian, đặc biệt là đối với các hoàn thiện HASL không chứa chì.
ENIG: ENIG cung cấp khả năng hàn tuyệt vời, ngay cả sau nhiều chu trình nhiệt lại, làm cho nó đặc biệt phù hợp cho các quy trình lắp ráp không chứa chì. Lớp vàng tạo ra một bề mặt đáng tin cậy và ổn định để hàn các thành phần, đảm bảo các kết nối chắc chắn.
Độ phẳng bề mặt:
HASL: Quá trình HASL có thể tạo ra một bề mặt hoàn thiện không đều, đặc biệt là trên các thành phần với pitch mịn. Lớp phủ chì có thể có biến đổi về độ dày và địa hình bề mặt, ảnh hưởng đến việc đặt thành phần và độ tin cậy của các mối hàn.
ENIG: ENIG cung cấp một bề mặt hoàn thiện phẳng và đồng đều, làm cho nó phù hợp cho các thành phần với pitch mịn và công nghệ lắp ráp trên bề mặt (SMT). Lớp vàng tạo ra một bề mặt mịn và phẳng, tạo điều kiện cho việc đặt thành phần và hàn chính xác.
Chìa khóa:
HASL: Các quy trình HASL truyền thống sử dụng hợp kim chì-thiếc (SnPb), chứa chì. Mặc dù hoàn thiện HASL chứa chì vẫn được sử dụng trong một số ứng dụng, nhưng các lựa chọn không chứa chì được ưa chuộng để tuân thủ các quy định về môi trường và tiêu chuẩn an toàn của người tiêu dùng.
ENIG: Quá trình ENIG mặc định không chứa chì, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tuân thủ các hướng dẫn RoHS (Hạn chế Các chất độc hại). Việc sử dụng vàng và niken trong các hoàn thiện ENIG loại bỏ các lo ngại liên quan đến nội dung chì.
Chi ph
HASL: HASL nhìn chung là chất hoàn thiện bề mặt tiết kiệm chi phí hơn so với ENIG, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng, đặc biệt là những ứng dụng có ngân sách eo hẹp.
ENIG: ENIG thường đắt hơn HASL do có nhiều bước bổ sung trong quy trình và giá thành của các kim loại quý như vàng. Tuy nhiên, khả năng hàn vượt trội và độ tin cậy của ENIG có thể biện minh cho chi phí cao hơn đối với một số ứng dụng có độ tin cậy cao.
Thành phần của HASL là gì?
HASL (Hot Air Solder Leveling) là một phần của mạch in được thực hiện bằng hợp kim chì, một hợp kim dùng để phủ lên các bề mặt đồng tiết lộ của các bo mạch in (PCBs). Truyền thống, quá trình HASL thường được thực hiện bằng hợp kim eutectic của thiếc và chì (SnPb), được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời và độ tin cậy trong quá trình lắp ráp điện tử. Thành phần của hợp kim SnPb được sử dụng trong HASL thường bao gồm khoảng 63% thiếc (Sn) và 37% chì (Pb) theo trọng lượng, tương ứng với thành phần eutectic.
Tuy nhiên, với việc ngày càng áp dụng các quy trình sản xuất không chứa chì do các quy định môi trường và mối quan ngại về an toàn của người tiêu dùng, các hợp kim thay thế đã được phát triển để thay thế HASL truyền thống dựa trên chì. Các công thức HASL không chứa chì thường sử dụng các hợp kim dựa trên thiếc, như thiếc-bạch-kẽm (SnAgCu) hoặc thiếc-kẽm (SnCu), cung cấp các tính chất hàn tương tự như hợp kim SnPb trong khi loại bỏ việc sử dụng chì.
Thành phần cụ thể của hợp kim hàn dùng trong HASL có thể thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố như yêu cầu quy định, hiệu suất khả năng hàn và tương thích với quá trình lắp ráp. Bất kể thành phần hợp kim, lớp phủ hàn được áp dụng trong quá trình HASL phục vụ để bảo vệ các bề mặt đồng tiết lộ của PCB khỏi sự oxy hóa, tăng cường khả năng hàn và cung cấp một bề mặt đáng tin cậy để hàn các thành phần trong quá trình lắp ráp.
Độ dày của HASL là bao nhiêu?
Độ dày của lớp phủ hàn được áp dụng trong quá trình Cân bằng chất hàn không khí nóng (HASL) có thể khác nhau tùy thuộc vào một số yếu tố, bao gồm các thông số quy trình HASL cụ thể, thành phần của hợp kim hàn được sử dụng và các yêu cầu của thiết kế hoặc ứng dụng PCB. Tuy nhiên, độ dày lớp phủ hàn HASL điển hình thường dao động từ 1 đến 3 mils (25 đến 75 micromet).
Nhiệt độ của HASL là bao nhiêu?
Nhiệt độ của chậu chứa chì nóng chảy được sử dụng trong quá trình Hot Air Solder Leveling (HASL) thường dao động từ khoảng 250°C đến 270°C (482°F đến 518°F). Dải nhiệt độ này đảm bảo rằng hợp kim chì vẫn ở trạng thái nóng chảy, cho phép nó phủ lên các bề mặt đồng tiết lộ của bo mạch in (PCB) một cách hiệu quả.
Việc duy trì chậu chứa chì ở nhiệt độ phù hợp là quan trọng để đạt được lớp phủ hàn đồng đều và đáng tin cậy trong quá trình HASL. Nếu nhiệt độ quá thấp, chì có thể không chảy đúng cách và dẫn đến việc phủ không đồng đều hoặc không hoàn chỉnh các bề mặt đồng. Ngược lại, nếu nhiệt độ quá cao, nó có thể dẫn đến sự oxy hóa quá mức của hợp kim chì hoặc làm hỏng các vật liệu cơ bản và các thành phần của PCB.
Kết luận
Tóm lại, quá trình Hot Air Solder Leveling (HASL) vẫn là một phương pháp hoàn thiện bề mặt cốt lõi trong sản xuất PCB, mang lại tính đáng tin cậy, hiệu quả về chi phí và tính linh hoạt. Khả năng tạo ra các bề mặt có thể hàn trên PCB cho một loạt các ứng dụng khác nhau làm cho nó trở thành lựa chọn ưa thích của nhiều nhà sản xuất. Khi ngành công nghiệp điện tử tiếp tục phát triển, HASL tiếp tục thích nghi và phát triển, đảm bảo sản xuất các PCB chất lượng cao và đáng tin cậy cho các ứng dụng đa dạng.
