PCB部落格 - PCB的HASL熱風焊料流平工藝

HASL=熱風水准焊科技是現時相對成熟的科技，但由於其工藝處於高溫高壓的動態環境中，其質量難以控制和穩定。 本文將介紹熱空氣焊料液位（HASL）過程控制的一些經驗。

HASL焊料塗層Hal是近年來廣泛應用於電路板工廠的後處理工藝。 它實際上是通過結合浸焊和HASL在PCB和印刷線的金屬化孔中塗覆共晶焊料的過程。 該工藝是先將助焊劑浸入PCB上，然後將其浸入熔融的焊料中，然後穿過兩個氣刀之間，用氣刀中的熱壓縮空氣吹走PCB上多餘的焊料，同時消除金屬孔中的多餘焊料，從而獲得明亮、平坦、均勻的焊料塗層。

HASL焊料塗層最突出的優點是塗層成分始終保持不變，可以完全保護PCB的邊緣，塗層厚度可以通過氣刀控制。 塗層和基底銅相互結合，具有良好的潤濕性、可焊性和耐腐蝕性。 作為PCB的後處理，其質量直接影響PCB的外觀、耐腐蝕性和客戶焊接質量。 如何控制工藝是PCB製造商關注的問題。 接下來，讓我們談談在使用最廣泛的立式HASL上控制其過程控制的一些經驗。

焊劑的選擇和應用

熱風焊接水平儀中使用的焊劑是一種特殊的焊劑。 它在HASL中的作用是啟動PCB上暴露的銅表面，提高焊料在銅表面的潤濕性。 確保層壓板的表面不過熱，在整平後的冷卻過程中為焊料提供保護，防止焊料氧化，防止焊料粘附在阻焊層上，以防止焊料在焊盤之間橋接。 廢助焊劑可以清潔焊料表面，焊料氧化物與廢助焊劑一起排出。

熱空氣焊料液位專用焊劑必須具有以下特徵

1.必須是水溶性助焊劑，可生物降解，無毒。

水溶性助焊劑易於清潔，PCB板表面殘留物少，不會在PCB板表面形成離子污染。 生物降解後無需特殊處理即可排放，符合環保要求，大大减少了對人體的危害。

2.活動性好

至於活性，即去除銅表面氧化層和提高焊料在銅表面潤濕性的特性，通常在焊料中添加活化劑。 在選擇時，應考慮良好的活性和對銅的最小腐蝕，以降低銅在焊料中的溶解度，减少煙霧對設備的損壞。

焊劑的活性主要體現在錫負載能力上。 因為各種助焊劑使用的活性物質不同，所以它們的活性也不同。 高活性助焊劑，緻密墊、貼片等上錫良好； 相反，銅暴露在板表面很容易發生，活性物質的活性也反映在錫表面的亮度和平整度上。

3.熱穩定性

保護綠色油和基材免受高溫影響。

4.必須有一定的粘度

HASL要求焊劑具有一定的粘度，這决定了焊劑的流動性。 為了完全保護焊料和層壓板的表面，助焊劑必須具有一定的粘度。 低粘度的助焊劑容易附著在層壓板的表面，在IC等密集的地方容易橋接。

5.適宜的酸度

高酸度的焊劑在噴塗PCB之前容易從阻焊層的邊緣剝落，長時間噴塗板材後的殘留物容易導致錫表面變黑和氧化。 一般通量的pH值為2.5-3.5，約為5。

其他效能主要體現在對操作人員和運營成本的影響上，如臭味、高揮發性物質、大煙霧、組織塗裝面積等。製造商應根據實驗進行選擇。

在試驗過程中，可以逐一測試和比較以下效能

1.平整度、亮度、孔洞是否堵塞

2.活動：選擇精細緻密的SMD PCB並測試其錫負載能力。

3.PCB應塗上助焊劑30分鐘。 清潔後，應使用膠帶測試綠色油剝落情况。

4.將噴板放置30分鐘，測試其錫表面是否變黑。

5.清洗後的殘留物

6.密集IC比特是否連接。

7.單板（玻璃纖維板等）背面是否掛錫。

8.煙霧

9.揮發性、氣味大小、是否需要添加稀釋劑

10.清潔時是否有泡沫。

熱風焊料液位工藝參數的控制和選擇

HASL工藝參數包括焊料溫度、浸入時間、氣刀壓力、氣刀溫度、氣刀角度、氣刀間距和PCB的上升速度。 下麵將討論這些工藝參數對PCB質量的影響。

1.浸錫時間

浸錫時間與焊料塗層的質量有很大關係。 在浸入式焊接過程中，焊料中的基底銅和錫形成一層金屬化合物形成IMC，並在導體上形成一層焊料塗層。 上述過程通常需要2-4秒，在此期間可以形成良好的金屬間化合物。 時間越長，焊料越厚。 但是，如果時間過長，PCB的基材會分層，綠色油會起泡。 如果時間太短，容易產生半浸，導致局部錫表面泛白和錫表面粗糙。

2.浴溫

通常用於PCB和電子元件焊接溫度的焊料是鉛37/錫63合金，其熔點為183攝氏度。 當焊料溫度為183攝氏度-221攝氏度時，與銅形成金屬間化合物的能力非常小。 在221攝氏度時，焊料進入潤濕區，範圍為221攝氏度-293攝氏度。 考慮到板材在高溫下容易損壞，焊料溫度應較低。 研究發現，從理論上講，232攝氏度是最合適的焊料溫度，而在實踐中，大約250攝氏度可以設定為最佳溫度。

3.氣刀壓力

浸焊後PCB上的焊料太多，幾乎所有的金屬化孔都被焊料堵塞。 風刀的功能是吹掉多餘的焊料並引導金屬化孔，而不會使金屬化孔的直徑减小太多。 用於實現這一點的能量由風刀壓力和流速提供。 壓力越高，流速越快，焊料塗層厚度越薄。 囙此，刀片壓力是熱空氣焊料水准（HASL）最重要的參數之一。 一般氣刀壓力為0.3-0.5mpa

氣刀前後壓力一般控制為前後大，壓差0.05Mpa。 根據電路板表面幾何圖形的分佈，可以適當調整前後氣刀壓力，確保IC位置平坦，貼片無凸起。 具體數值請參攷本廠噴錫機出廠說明書。

4.氣刀溫度

氣刀的熱空氣對PCB和氣壓的影響很小。 然而，提高氣刀中的溫度有助於膨脹空氣。 囙此，當壓力恒定時，提高空氣溫度可以提供更大的空氣量和更快的流速，從而產生更大的調平力。 氣刀的溫度對流平後焊料塗層的外觀有一定的影響。 當氣刀溫度低於93攝氏度時，塗層表面變暗。 隨著空氣溫度的升高，變暗的塗層趨於减少。 在176攝氏度時，黑暗的外觀完全消失了。 囙此，氣刀的最低溫度不得低於176攝氏度。 一般來說，為了獲得良好的錫表面平整度，氣刀的溫度可以控制在300攝氏度-400攝氏度之間。

5.葉片間距

當葉片中的熱空氣離開噴嘴時，流速减慢，减慢的程度與葉片間距的平方成正比。 囙此，間距越大，空氣速度越小，調平力越低。 氣刀的間距一般為0.95-1.25cm。 氣刀的間距不宜太小，否則空氣會在PCB上產生摩擦，對電路板表面不利。 上下刀片之間的距離一般保持在4mm左右，太大，容易飛濺焊料。

6.葉片角度

氣刀吹板的角度影響焊料塗層厚度。 如果角度調整不當，PCB兩側的焊料厚度會不同，也可能導致熔融焊料飛濺和譟音。 大多數前後氣刀的角度向下調整為4度，根據具體的板材類型和板材表面的幾何分佈角度略有調整。

7.PCB的上升速度

與熱空氣焊料水准（HASL）相關的另一個變數是刀片之間的通過速度，即輸送機的上升速度，這會影響焊料的厚度。 速度較慢，PCB上有更多的空氣吹，所以焊料很薄。 相反，焊料太厚，甚至堵塞了孔。

8.預熱溫度和時間

預熱的目的是提高焊劑的活性，减少熱衝擊。 一般預熱溫度為343攝氏度。 當預熱15秒時，PCB的表面溫度可達80攝氏度左右。 一些熱空氣焊料層（HASL）沒有預熱過程。

焊料塗層厚度的均勻性

應用於熱風焊接水准的焊料厚度基本均勻。 然而，隨著印刷線路幾何因素的變化，氣刀對焊料的平整效果也會發生變化，囙此hasl的焊料塗層厚度也會發生改變。 通常，平行於平整方向的印刷線對空氣的阻力小，平整力大，囙此塗層更薄。 垂直於平整方向的印刷線對空氣的阻力大，平整效果小，囙此塗層較厚，金屬化孔中的焊料塗層也不均勻。 由於焊料一從高溫錫爐中升起就處於高壓高溫的動態環境中，囙此很難獲得完全均勻平坦的錫表面。 但是，可以通過參數調整使其盡可能平坦。

1.選擇活性助焊劑和焊料

焊劑是影響錫表面平整度的主要因素。 使用良好的活性焊劑可以獲得相對平坦、明亮和完整的錫表面。

焊料應選用高純度鉛錫合金，並定期進行銅浮處理，以確保其銅含量低於0.03%。 詳見工作量和測試結果。

2.設備調整

氣刀是調整錫表面平整度的直接因素。 氣刀角度、前後氣刀壓力和壓差的變化、氣刀溫度、氣刀間距（垂直距離、水准距離）和提升速度都會對板材表面產生很大影響。 對於不同的板材類型，參數值不同。 一些技術先進的噴錫機配備了微型電腦，將各種板材類型的參數存儲在電腦中進行自動調整。

氣刀和導軌應定期清潔。 氣刀的間隙殘留物應每兩小時清潔一次。 當產量較大時，清洗密度應新增。

3.預處理

微蝕刻處理對錫表面的平整度也有很大影響。 如果微蝕刻深度太低，銅和錫很難在表面形成銅錫化合物，導致局部錫表面粗糙； 微蝕刻溶液中穩定劑不良會導致銅蝕刻速度過快和不均勻，錫表面不均勻。 通常建議使用APS系統。

對於某些板材類型，有時需要對烤盤進行預處理，這也會對錫流平產生一定的影響。

4.預處理控制

由於熱空氣焊料水准（HASL）是最後一次處理，許多先前的工藝都會對其產生一定的影響，例如由於不清潔的發展導致錫負載不佳。 加强對先前工藝的控制可以大大减少熱風焊接水准（HASL）的問題。

雖然上述HASL的焊料塗層厚度不均勻，但可以滿足mil-std-275d的要求。