PCB製造におけるHASL仕上げ：プロセス、利点、および用途

熱気溶融平面化 (HASL) は,PCB製造で最も広く使用されている表面仕上げの1つであり,コスト効率,信頼性,伝統的な組み立てプロセスとの互換性HASLは数十年間,消費電子機器,産業制御装置,低コストPCBの仕上がりとして機能し,溶接性,耐久性,耐久性生産効率ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) のような高度な仕上げは高級アプリケーションを支配していますが,HASLはコストとシンプルさが最も重要なシナリオで繁栄し続けています.このガイドは,HASLの製造プロセスを調べます.HASLが正しい選択であるかどうかをエンジニアや購入者に判断するのに役立つ洞察を提供します.

HASLフィニッシュとは?
HASL (Hot Air Solder Leveling) は,PCBの露出した銅パッドを溶けた溶接物 (通常は鉛や鉛のない合金) の層で覆う表面仕上げである.高速の熱気を使って 余分な物質を除去する結果は,銅を酸化から保護し,組み立て中に信頼性の高い部品結合を保証する均質で溶接可能な層です.

主要な特徴:
a.溶接合金:従来のHASLは63%の鉛/37%の鉛 (ユーテキス) を使用していますが,鉛のないバリエーション (例えば,SAC305:96.5%の鉛,3%の銀,0.5%の銅) は現在RoHS準拠を満たすために標準です.
b.厚さ: 5~25μm,パッドの縁により厚い堆積物 (平衡プロセスの自然な結果) がある.
c.質感:マットから半明るい仕上がり,表面がわずかな荒さで,溶接粘着性を向上させる.

HASL の 製造 プロセス
HASLの適用には5つの順序的なステップがあり,それぞれが均一で機能的な仕上げを達成するために重要です.
1プレトリートメント:PCB表面の清掃
HASL を適用する前に,PCB は厳格な清掃を受け,適正な溶接粘着を確保します.

a.脱脂:アルカリ性クリーナーでは,銅パッドから油,指紋,有機残留を除去します.
b.マイクロエッチング:軽度の酸 (例えば硫酸+過酸化水素) が銅表面を均一な粗さ (Ra 0.2~0.4μm) にエッチし,溶接液の湿度を向上させる.
c. 洗浄:複数の離子化水浴 (DI) は,洗浄剤とエッチン残留物を除去し,溶接浴の汚染を防止します.

2流体適用
水溶性またはロージンベースのフルックスが銅パッドに塗り込まれ,

a.銅表面から酸化物を除去する.
b.溶接液の湿化を促進する (溶融溶接液がパッド全体に均等に広がる能力)
c.溶接剤を塗る前に,銅を再酸化から保護する.

3溶接器の浸透
PCBは溶けた溶接液の浴室 (245°Cから260°Cまで鉛のない合金) に3~5秒浸透させ,このステップでは:

a.溶接合金が溶け,金属結合により銅パッドに粘着する.
b.フルクスは活性化し,強固な結合を確保するために銅表面をさらに清掃する.

4. 熱気レベルアップ
浸水後,PCBは高速な熱気ナイフ (150~200°C) の間に渡され,

a. 余分な溶接液を吹いて,パッドに均質なコーティングを残します.
厚さの変動を最小限に抑え,溶接表面を平らにする.
c. 蓄積や汚染を防ぐため,フラッシュドライ残留流量.

5治療後
a. 流体除去: PCBは,表面に残ると腐食を引き起こす可能性のある残った流体を取り除くために,DI水または軽度の溶媒で清掃されます.
b.検査: 自動光学検査 (AOI) は,カバーが不十分,溶接橋,または太すぎなどの欠陥を検査する.

HASL 仕上げ の 主要 な 利点
HASLの永続的な人気は,特に大量のコストに敏感なアプリケーションにおいて,実用的な利点のユニークな組み合わせから生じる:
1低コストで高効率
a.材料コスト:HASLは,ENIGで使用される金やニッケルよりも大幅に安価な標準溶接合金を使用しています (30~50%低コスト).
生産速度:HASLラインは1時間あたり50~100個のPCBを処理し,ENIGよりも2~3倍速く,製造期間を短縮します.
c.拡張性: 大量生産 (100,000台以上) に最適で,生産量が増加するにつれて単位コストが下がります.

2優れた溶接性
HASLのチンの豊富な表面は,信頼性の高い部品組み立てのために重要な優れた溶接水浸しを提供します:

a.互換性: 鉛と鉛のない溶接剤の両方で動作し,混合技術ラインに汎用性があります.
容赦するプロセス: ENIG のような仕上げよりも小さな組み立て変化 (例えば,リフローオーブンの温度変動) を好ましく許容する.
c. 保存後性能: 制御された保存状態で6~9ヶ月間 (RH30~50%) 溶接性を維持し,OSP (有機溶接性保存剤) より長く保存する.

3厳しい環境での耐久性
HASLは,浸水銀のような脆弱な仕上げよりも機械的ストレスの強い耐性を有します.

耐磨性: 溶接層は組み立て時に操作に耐え,薄い仕上げ (例えばOSP,浸泡スチール) と比べてパッド損傷を軽減します.
b.腐食防止: 適度な湿度 (≤60%RH) と温かい工業環境での酸化から銅を保護する.

4伝統的な製造と互換性
HASLは,従来のPCB生産および組み立てプロセスとシームレスに統合されます.

a.特殊機器がない:標準的な清掃,エッチング,および組立ラインで動作し,ENIGに必要な高価なアップグレード (例えば,ニッケルおよび金塗装タンク) の必要性を回避する.
b.設計の柔軟性:透孔部品,大きなパッド,非重要なSMT部品 (ピッチ0.8mm以上) と互換性がある.

HASL 仕上げの制限
HASLは多くのシナリオで優れているが,高級または精密アプリケーションに不適している制限がある.
1表面の荒さと厚さの変化
a.荒さ:HASLのマット仕上げ (Ra 0.5 〜 1.0μm) は,細角な部品 (≤ 0.5mm ピッチ) に干渉し,溶接橋のリスクを増加させる.
b.エッジ厚さ: 溶接料はパッドのエッジに蓄積し,近距離のパッドの間 (≤0.2mmのギャップ) にショートを作ることができる"耳"を生成する傾向があります.

2熱ストレスリスク
a.PCB曲面:溶けた溶接物 (245°C~260°C) に浸透すると,薄いまたは大きなPCB (≥300mm),特に銅の分布が不均等なPCBが曲げられる.
b.コンポーネントダメージ:熱感のあるコンポーネント (例えば電解コンデンサ,LED) はHASL後に追加し,組立ステップを増やす必要があります.

3環境と規制の制約
a.鉛含有量: RoHS に基づいて,伝統的な鉛付きHASLはほとんどの地域で禁止されており,鉛のない合金 (溶融点が高く,エネルギーコストが増加する) に移行する必要があります.
b.廃棄物処理:溶接スラッドと流体残留物は,環境遵守コストを加え,特別な取り扱いが必要です.

4高密度の設計における限界
a.微細ピッチの部品: 表面と縁の荒らしさにより,HASLはBGA,QFP,その他の微細ピッチデバイス (ピッチ≤0.4mm) に適さない.
b.高周波信号: 表面の不規則性は高速設計 (>1GHz) で信号反射を引き起こし,ENIGのような滑らかな仕上げと比較して挿入損失を増加させる.

HASL vs. 代替表面塗装
下の表は,HASLをキーメトリックの共通選択肢と比較しています.

HASL 仕上げのための理想的なアプリケーション
HASLは,コスト,シンプルさ,そして適度な性能が優先されるシナリオでは,選択されたフィニッシュであり続けます:
1消費者電子機器 (低コスト)
a.家電:冷蔵庫,マイクロ波炉,洗濯機は,0.8mm以上のコンポーネントピッチと低コストが重要な制御ボードのためにHASLを使用します.
b.おもちゃとガジェット:低容量または使い捨て用電子機器 (例えばリモコン,季節的な装飾品) は,HASLの手頃な価格から恩恵を受けます.

2産業用制御
a.モータードライブとリレー:HASLの耐久性はOSPよりも工場床の振動と適度な湿度に耐える.
b.電源:電源に共通する透孔コンポーネント (トランスフォーマー,コンデンサー) は,HASLの従来の組み立てとの互換性によく合致します.

3自動車 (非重要なシステム)
a.インフォテインメントと照明:HASLは,細音のコンポーネントが希少でコスト圧力が高い自動車のステレオとインテリア照明PCBで使用されます.
b.アフターマーケットパーツ:古い車両の交換PCBは,元の製造プロセスと一致するためにHASLを使用することが多い.

4教育とプロトタイプ作成
a.学生のプロジェクトとプロトタイプ:HASLの低コストと可用性により,迅速なプロトタイプと教育用キットに最適です.

HASL ファイニッシュを使用するためのベストプラクティス
HASLのパフォーマンスを最大化し,一般的な落とし穴を回避するには,以下のガイドラインに従ってください.
1. HASL互換性のための設計
a.パッド間隔:パッド間隔を≥0.2mm保持し,縁の積もりを防ぐ.
b.パッドサイズ:厚さの変動を最小限にするために,より大きなパッド (直径≥0.8mm) を使用する.
c.微細な特徴を避ける:絶対的に必要でない限り,BGA,QFP,または他の微細なピッチ (ピッチ≤0.5mm) の部品を避ける.

2組み立てプロセスを最適化する
a.リフロープロフィール:適切な溶接を保証するために,鉛のないHASLには鉛のないリフロー温度 (240~250°C) を使用する.
b. 組み立て後清掃:湿った環境での腐食を防ぐため,流体残留物を徹底的に除去する.

3貯蔵と取り扱い
a. 制御環境: HASL PCB を 30~50% RH と 15~25°C で保存し,溶接性の保久期間を最大化します.
処理を最小限に抑える: 静止性のない袋を使用し,溶接性を低下させる汚染を防ぐためにパッドに触らないようにしてください.

4品質管理
a.AOI 検査: HASL の後,縁の積もり,不十分なカバー,溶接橋の確認.
b.溶接性試験:定期的な湿度バランス試験 (IPC-TM-650 2.4.10) 溶接性が保持されるようにする.

変化する業界におけるHASLの未来
HASLは高度な仕上げから競争に直面しているが,完全に消滅する可能性は低い.

a.鉛のないイノベーション:低溶融点 (220°C) の新しい鉛のない合金 (例えば,チン・ビスムート) は,PCBの歪みリスクを軽減し,HASLの適用性を拡大します.
b.ハイブリッド仕上げ:一部のメーカーでは,HASLを大きなパッドとENIGを細いピッチの領域で組み合わせ,コストとパフォーマンスをバランスします.
c.持続可能性の向上: 溶接渣や流体廃棄物の閉鎖回路リサイクルシステムは,HASLの環境への影響を軽減しています.

よくある質問
Q: HASL は鉛のない組み立てプロセスと互換性があるか?
A: はい,鉛のないHASL (例えばSAC305) は,鉛のない溶接剤とリフロープロファイル (240~250°C) と無事に動作します.

Q:HASLはどのくらいの期間 溶接性を維持していますか?
A: 制御された貯蔵 (30~50%RH) では,鉛のないHASLは,OSPよりも6~9ヶ月長く,ENIGよりも短く販売可能である.

HASL はFlex PCB に使用できますか?
A: HASLは,高温溶接浴で柔軟な基板 (ポリマイド) が損傷するため,柔軟なPCBでは推奨されません.代わりにENIGまたは浸泡スチールを使用します.

Q:HASLは高性能PCBで使えますか?
A: はい,HASLの厚い溶接層は高電流をうまく処理し,電源とモーター制御に適しています (適切な小径サイズで50Aまで).

Q:HASL仕上げの"ソルダーボール"の原因は?
A: 溶接球は,不適切な流体除去や溶接浴の高温によって生じる.徹底的な清掃と245~260°Cの温度の保全により,この問題は最小限に抑えられます.

結論
HASL仕上げは,高容量,低コスト,適度に要求の高いアプリケーションに焦点を当てたPCBメーカーと設計者にとって,実用的で費用対効果の高いソリューションであり続けています.伝統的なプロセスとの互換性消費電子機器,産業制御,教育プロジェクトでは不可欠です. 高級品の市場では先進的な仕上げが支配されています.

HASLの強み (コスト,耐久性) と限界 (荒さ,細音の制約) を理解することで,エンジニアは,多くのPCBでは,HASLは性能と実用性のバランスをとっています余計な費用なしで信頼性の高い運用を保証します

HASLはPCB仕上げツールキットの専門ツールで,コスト,シンプルさ,超細いピッチや高周波能力よりも重要です.