Low-Force (LF) Hot Air Solder Leveling (HASL) je široko používaná technika povrchovej úpravy pri výrobe viacvrstvových dosiek s plošnými spojmi (PCB). Ako dodávateľ LF HASL viacvrstvových PCB je pochopenie chemických vlastností LF HASL kľúčové nielen pre výrobu, ale aj pre komunikáciu o možnostiach dosky našim klientom.
Zloženie a reaktivita
Proces LF HASL zvyčajne zahŕňa potiahnutie odkrytých stôp medi na doske plošných spojov tenkou vrstvou spájky, ktorá sa v tradičnom HASL skladá hlavne z cínu (Sn) a olova (Pb). Priemysel sa posunul smerom k bezolovnatým alternatívam z dôvodu ochrany životného prostredia a zdravia. Bezolovnaté spájky bežne používané v LF HASL sú na báze cínu s prísadami ako striebro (Ag), meď (Cu) a bizmut (Bi).
Cín je primárnou zložkou bezolovnatej spájky LF HASL. Má dobrú elektrickú vodivosť, ktorá je nevyhnutná pre správne fungovanie DPS. Cín je tiež relatívne odolný voči korózii. Pri vystavení vzduchu vytvára tenkú vrstvu oxidu (SnO alebo SnO₂). Táto oxidová vrstva pôsobí ako ochranná bariéra, ktorá bráni ďalšej oxidácii pod ňou ležiaceho cínu. Avšak v prostredí s vysokou vlhkosťou alebo korozívnym prostredím môže byť vrstva oxidu napadnutá určitými chemikáliami, čo vedie ku korózii.
Striebro sa často pridáva do bezolovnatých spájok v malých množstvách. Zlepšuje mechanické vlastnosti spájkovaného spoja, ako je jeho pevnosť a ťažnosť. Striebro tiež zvyšuje zmáčavosť spájky, čo je dôležité pre zabezpečenie dobrého spojenia medzi spájkou a medenými stopami na DPS. Chemicky je striebro relatívne inertné, ale môže reagovať so zlúčeninami obsahujúcimi síru v atmosfére za vzniku sulfidu strieborného (Ag₂S), ktorý sa javí ako čierny povlak.
Meď je ďalšou bežnou prísadou. Pomáha zlepšiť odolnosť spájky voči tepelnej únave a tiež znižuje rozpúšťanie medi zo stôp DPS do spájky počas procesu spájkovania. Meď v spájke môže reagovať s kyslíkom za vzniku oxidov medi (CuO a Cu₂O). Tieto oxidy môžu ovplyvniť spájkovateľnosť povrchu, ak nie sú správne spravované.
Bizmut sa niekedy používa na zníženie teploty topenia spájky. Má relatívne nízky bod topenia (271,4 °C) a jeho pridanie do spájky na báze cínu môže znížiť celkovú teplotu topenia. Bizmut je za normálnych podmienok chemicky stabilný, ale môže byť reaktívny v určitých kyslých alebo alkalických roztokoch.
Interakcia s materiálmi PCB
Chemické vlastnosti LF HASL tiež ovplyvňujú jeho interakciu s materiálmi používanými vo viacvrstvových PCB. Najbežnejším podkladovým materiálom pre dosky plošných spojov je FR-4, epoxidový laminát vystužený sklenenými vláknami.
Keď sa spájka LF HASL aplikuje na medené stopy na substráte FR - 4, na rozhraní dochádza k fyzikálnej a chemickej interakcii. Spájka musí rovnomerne navlhčiť medený povrch, aby sa vytvoril dobrý spoj. Chemické zloženie medeného povrchu, ktorý môže byť oxidovaný alebo kontaminovaný, môže ovplyvniť tento proces zmáčania. Spájkovacie tavidlo používané v procese LF HASL pomáha čistiť medený povrch odstránením oxidov a iných nečistôt.
Samotný substrát FR - 4 je relatívne inertný voči spájke LF HASL. Avšak počas procesu spájkovania pri vysokej teplote môže epoxidová živica v FR - 4 zaznamenať určitú tepelnú degradáciu. Táto degradácia môže viesť k uvoľneniu malého množstva prchavých organických zlúčenín (VOC) a môže časom ovplyvniť aj mechanické a elektrické vlastnosti substrátu.
Na zabezpečenie dlhodobej spoľahlivosti DPS je dôležité kontrolovať parametre procesu spájkovania, ako je teplota a čas, aby sa minimalizoval vplyv na substrát FR - 4.
Vplyv na výkon PCB
Chemické vlastnosti LF HASL majú priamy vplyv na výkon viacvrstvových PCB. Odolnosť spájkovacej úpravy proti korózii je rozhodujúca pre dlhodobú spoľahlivosť dosky. V drsnom prostredí, ako sú oblasti s vysokou vlhkosťou alebo vysokým obsahom soli, môže spájkovacia úprava odolná voči korózii zabrániť vzniku skratov alebo otvorených obvodov v dôsledku degradácie spájkovaných spojov.
Dôležitá je aj elektrická vodivosť spájky. Akákoľvek zmena chemického zloženia spájky, ako napríklad tvorba oxidov alebo intermetalických zlúčenín, môže ovplyvniť jej elektrické vlastnosti. Napríklad prítomnosť nadmerného množstva intermetalických zlúčenín medi a cínu môže zvýšiť odpor spájkovaného spoja, čo môže viesť k stratám napájania a zníženiu integrity signálu v DPS.
Rozhodujúce sú aj mechanické vlastnosti spájkovaných spojov, ktoré sú ovplyvnené chemickým zložením spájky LF HASL. Pevné a tvárne spájkované spoje dokážu odolať mechanickému namáhaniu, ako sú vibrácie a tepelné cykly, bez praskania alebo lámania.
Aplikácie a úvahy
Viacvrstvové dosky plošných spojov s povrchovou úpravou LF HASL nachádzajú uplatnenie v širokej škále priemyselných odvetví vrátane spotrebnej elektroniky, priemyselnej automatizácie a telekomunikácií.
V spotrebnej elektronike sa PCB používajú v zariadeniach ako naprObvodová doska predajného automatu FR4,Elektronické hodinky s obvodomaObvodová doska vypínača napájania. Tieto aplikácie vyžadujú spoľahlivú a nákladovo efektívnu povrchovú úpravu. Chemické vlastnosti LF HASL, ako je dobrá spájkovateľnosť a primeraná odolnosť proti korózii, z neho robia vhodnú voľbu.
V priemyselnej automatizácii sú dosky plošných spojov často vystavené drsnejším prostrediam vrátane vysokých teplôt, vlhkosti a mechanického namáhania. Chemická stabilita a mechanická pevnosť spájkovaných spojov LF HASL sú dôležité pre zabezpečenie dlhodobej prevádzky zariadenia. napr.Vysokoodporová doska plošných spojovpoužívané v niektorých priemyselných riadiacich systémoch môžu ťažiť zo špecifických chemických vlastností LF HASL.
V telekomunikačnom priemysle, kde je vysokorýchlostný prenos signálu rozhodujúci, sú elektrické vlastnosti spájkovacej úpravy obzvlášť dôležité. Akákoľvek zmena elektrickej vodivosti alebo impedancie spájkovaných spojov môže ovplyvniť kvalitu signálu. PCB ako naprPCB hracieho strojaspoliehať sa aj na konzistentný výkon poskytovaný chemickými vlastnosťami LF HASL.
Záver
Ako dodávateľ LF HASL viacvrstvových PCB si uvedomujeme dôležitosť chemických vlastností LF HASL pri určovaní kvality, spoľahlivosti a výkonu našich produktov. Zloženie spájky vrátane cínu, striebra, medi a bizmutu a ich interakcie s materiálmi PCB majú významný vplyv na správanie dosky v rôznych aplikáciách.
Pochopením týchto chemických vlastností môžeme optimalizovať naše výrobné procesy, aby sme zabezpečili najvyššiu kvalitu našich PCB. Zaviazali sme sa poskytovať našim zákazníkom PCB, ktoré spĺňajú ich špecifické požiadavky z hľadiska elektrického výkonu, mechanickej pevnosti a odolnosti proti korózii.
Ak máte záujem o kúpu viacvrstvových PCB LF HASL, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali pre ďalšie otázky a prediskutovali vaše špecifické potreby. Tešíme sa na príležitosť spolupracovať s vami a poskytnúť vám vysokokvalitné riešenia PCB.
Referencie
- "Materiály a výrobné procesy dosiek s plošnými spojmi" od Johna Coombsa
- „Príručka technológie spájkovania“ od RJ Kleina Wassinka
- "Lead - Free Soldering For Electronics" od Davida L. Greena