PCB製造におけるHASL仕上げ：プロセス、品質、および用途

熱気溶接平準化 (HASL) は数十年もの間,PCB表面仕上げの礎石であり,コスト効率,信頼性の高い溶接能力,伝統的な製造ワークフローとの互換性ENIGや浸泡スチールのような新しい仕上げは,細角のアプリケーションで得点を獲得していますが,HASLは,低コストの仕上げの選択肢であり続けています.消費電子機器から産業用制御装置まで,多くの量のPCBが使用されるこのガイドでは,HASLの製造プロセス,品質管理措置,利点と限界について説明します.エンジニアと購入者にとって重要な洞察を提供します..

主要 な 教訓
1.HASLは,ENIGや浸泡スチールより30~50%安価で,電器やおもちゃなどの高容量でコスト敏感なアプリケーションに最適です.
2このプロセスは,銅パッドに125μmの溶接層 (鉛を含むまたは鉛のない) を堆積し,透孔および大きな表面マウント部品の優れた溶接性を保証します.
3.HASLの不均等な表面 (±10μmの許容度) は,平坦な仕上げと比較して橋梁リスクが40%増加する細角部材 (<0.8mmのピッチ) で使用することを制限します.
4現代の鉛のないHASL (Sn-Ag-Cu) はRoHS基準を満たしているが,従来の鉛製HASLよりも高い加工温度 (250~270°C) を要求する.

HASL の 仕上げ は 何 です か
ホットエア・ソールド・レベリング (HASL) は,銅PCBパッドを溶けたソールドの層でコーティングし,高速熱空気を用いて余剰をレベル化する表面仕上げプロセスである.溶接可能 の 層 が 形成 さ れ て おり,銅 を 酸化 から 保護 し,組み立て の 間 に 強い 結合 を 確保 し ます.

HASL の 2 種
青銅鉛HASL: 63%青銅/37%鉛合金 (溶融点183°C) を使用する.かつて業界標準であったが,現在はRoHS規制によりほとんどの地域で制限されている.特殊な軍事用/航空宇宙用でも例外で使用されているが.
鉛のないHASL:通常,RoHSおよびREACH要件を満たすために,チン・シルバー・銅 (Sn-Ag-Cu,またはSAC) 合金 (溶融点217~227°C) を使用します.現在,PCBの商業製造における 主要な変種です.

HASL の 製造 プロセス
HASLには5つの重要なステップがあり,それぞれが均一で溶接可能な仕上げを達成するために重要です.
1予備処理: 清掃と活性化
溶接する前に,PCBは粘着性を確保するために厳格な清掃を受けます.
a.脱脂:アルカリ性クリーナーや溶媒を用いて油,指紋,有機汚染物質を除去する.
b.マイクロエッチング:軽度の酸エッチ (例えば,硫酸+過酸化水素) で,銅酸化物1μ2mを除去し,新鮮で反応性の高い銅を暴露する.
c. 流体使用: 溶ける水中の流体 (通常は樹脂基) を銅パッドに塗り,再酸化を防止し,溶接液の湿化を促進する.

2溶接器の浸透
PCBは溶けた溶接液の浴室に浸透します.
a.温度:鉛のないHASL (SAC合金) の場合は250°~270°C,鉛の場合は200°~220°C.
b.浸水時間: 3〜5秒で,PCB基板 (例えばFR4) を損傷することなく,銅パッドを完全に濡らすようにする.
c.合金制御:合金浴は一貫性を維持するために,構成 (例えば,SAC305の96.5%Sn,3%Ag,0.5%Cu) を継続的に監視する.

3. 熱気レベルアップ
浸水後,高圧の熱気ナイフを使用して余分な溶接物を除去します.
a.空気温度: 200~250°C,平ら化中に溶融状態を維持する.
(b) 空気圧:パッドの大きさによって調整された5~10psi (大きなパッドではより高い圧力).
c.ノズルの位置:PCB表面に対して30°~45°の角度で,空気を均等に分散し,縁に溶接物が蓄積するのを防止する.
このステップでは,表面が平らになるが,特に大きなパッドでは不均等性 (±10μm) が残る.

4冷却する
PCBは圧縮された空気または水霧を用いて迅速に冷却される (室温まで<30秒)
a. 溶接がパッド以外の領域に流れるのを防ぐ.
b.固化中に酸化を最小限に抑え,滑らかで輝く仕上げを保証する.

5治療後: 流体除去
残留流は以下を用いて清掃する.
a.温かい水で洗浄:水溶性流量のために.
溶媒による清掃: 樹脂ベースの流体 (環境規制により,今日ではあまり一般的ではありません).
適切な清掃は極めて重要です 流体残留物は板に残されれば腐食や電気流出を引き起こす可能性があります

HASL 製造における品質管理
HASL の質が一貫しているため,一般的な欠陥を避けるために厳格なプロセス制御が必要です.
1溶接料の厚さ
目標範囲: 1 ‰ 25μm (たいていのアプリケーションでは通常 5 ‰ 15μm).
薄すぎ (<1μm):銅の酸化と溶接性が悪いリスクがある.
厚すぎ (>25μm): 細角部品に不均等な表面とブリッジを発生させる.
測定方法:X線熒光 (XRF) または横断顕微鏡.

2湿気と覆い
受け入れ基準:パッドの表面の95%以上は溶接で覆わなければならない (赤裸の銅の斑点がない).
一般 的 な 問題:
濡れない: 溶接器は,不浄化や酸化銅のため,パッドに溶接する.
脱湿: 溶接器は最初は濡れがちですが,流体汚染や高温の浴水による裸の領域を残して後退します.

3表面の荒さ
最大容量: ±10μm (プロフィロメトリで測定する).
過剰 な 粗さ の 危険:
細いピッチの部品 (0.8mmピッチ以下) のブリッジ.
組み立て中に不一致な溶接パスタ堆積

4合金完全性
試験:溶接剤の組成を検証するためのスペクトロスコピー (例えば,SAC305の3パーセントの銀)
問題: 合金 の 誤った 比率 は 溶融 点 を 低下 さ せる こと で,再流 の 間 に 溶接 器 の 結合 が 失敗 する こと が あり ます.

HASL 仕上げの利点
HASLの持続的な人気は,特定の用途のための実用的な利点から生じる:
1低コスト
材料 費用: 溶接合金 (Sn-Ag-Cu) は 金 (ENIG) や 高純度 亜鉛 (浸水亜鉛) より 安い.
処理効率:HASLラインは高出力 (100+ボード/時間) で動作し,単位労働コストを削減します.
総コスト: ENIGより30%~50%安く,大量生産 (1万台以上) の場合,浸泡スチールより20%~30%安く.

2優れた溶接性
湿化速度:溶接パスタはHASLで覆われたパッドを迅速に流し,湿化時間は<1.5秒 (IPC-TM-650標準) です.
再加工互換性: OSP (1 サイクル) より3 〜5回再流サイクルを退化せずに生存する.
透孔性能: 透孔部品には理想的です. 溶接剤が浸水中に均等に穴を埋めます.

3耐久性
耐腐蝕性:塩噴霧試験 (200~300時間) (ASTM B117) によりOSP (<100時間) より優れ,室内用には十分である.
機械的強度: 厚い溶接層 (515μm) は,取り扱いの際に磨損に抵抗し,浸泡スチールのような薄い仕上げと比較して損傷リスクを軽減します.

4標準プロセスとの互換性
すべての一般的なPCB基板 (FR4,高Tg FR4,CEM-1) で動作する.
専門機器なしで 伝統的な製造ラインにシームレスに統合できます

HASL 仕上げの制限
HASLの欠点は,特定の現代PCB設計に不適している.
1細いピッチのコンポーネントの平らさが悪い
表面変動: ±10μm の許容度は,パッドに"ピークと谷"を作り出し,次の点での橋渡しリスクを増加させる.
0.8mmピッチのQFP (15~20%のブリッジ率,5%の浸泡スチール)
0.5mmピッチのBGA (HASLではほとんど管理できない).

2. PCB にかかる熱ストレス
鉛のないHASLの高加工温度 (250°C~270°C) は,
ワルプ薄型PCB (厚さ<0.8mm)
熱に敏感な基質 (例えば,いくつかの柔軟な材料) を分解する.
質が悪い多層板に 層を切り離します

3鉛のない課題
高度な溶融点:SAC合金には組み立て中に高回流温度 (245~260°C) が求められ,部品へのストレスは増加する.
鈍化リスク:鉛のないHASLは,酸化により"鈍化" (マット仕上げ) になりやすいため,検査中に湿化問題を隠す可能性があります.

4環境と安全に関する懸念
廃棄物 処理: 溶接物 (固化した余分な溶接物) は,特殊な処理が必要です.
労働者 の 安全: 高温 と 流体 の 煙 は,厳格 な 換気 装置 や 個人 保護 器具 を 必要 と する.

HASL vs. その他のPCB仕上げ

HASL の理想的な用途
HASLは以下に最も適している:
1低コストの消費電子機器
機器:冷蔵庫,マイクロ波炉,洗濯機は,HASLのコスト削減が最も重要な大きなパッドPCB (ピッチ≥1mm) を使用します.
玩具とガジェット: 大量で低利潤の製品は,HASLの手頃な価格と十分な信頼性から恩恵を受けます.

2工業用制御 (細工以外の)
モーターコントローラー: 透孔コンポーネントと大きな表面マウント装置 (≥1206パシブ) はHASLでうまく動作します.
電源:厚い銅パッド (高電流用) は,HASLで簡単にコーティングされ,良い溶接接を保証します.

3軍用・航空宇宙 (チン・リードHASL)
RoHSの制限から免除されたチン鉛HASLは,チン鉛溶接剤と長期的信頼性と互換性を要求するレガシーシステムで使用されます.

4試作と低容量走行
小批量 (10~100台) は,HASLの迅速な回転とENIGと比較して安価な設置コストの恩恵を受けます.

HASL を 使う 最良 慣行
HASL の性能を最大化するには,以下のガイドラインに従ってください.

1HASL の設計
最小パッドサイズ: ≥0.6mm × 0.6mm 均等な溶接カバーを確保するため.
ピッチ: <0.8mmのピッチのコンポーネントを避ける.必要に応じて,パッド対パッドの距離を0.2mmに増加させる.
透孔設計: 信頼性の高い溶接物補填のために,直径≥0.3mmの塗装透孔 (PTH) を使用する.

2. 品質要件を指定する
溶接材の厚さ: ほとんどの用途では515μm.
湿度: ≥95%のパッドカバーが必要 (IPC-A-610クラス2)
表面塗装: 合金組成と流体除去を適切に確保するために,HASL (鈍い対照) の"明るさ"を指定する.

3議会の考慮事項
溶接パスタ: 表面の不均等さを収納するために,タイプ3または4のパスタ (より細かい粒) を使用します.
リフロープロフィール:鉛のないHASLでは,ピーク温度250°C~260°Cまでゆっくりとしたランプ (2°C/秒) を使用する.
検査:AOI (自動光学検査) を用いて,近細角 (0.8~1.0mm) のコンポーネントでブリッジを検出する.

よくある質問
Q: 鉛のないHASLは鉛のHASLと同じくらい信頼性がありますか?
A: うん,適切に加工された場合.鉛のないHASL (SAC) は,より高い組立温度を必要とするが,同様の溶接性とわずかにより良い耐腐蝕性を提供します.

Q:HASLは高速PCBで使用できますか?
A: 限度的に.その不均等な表面は10Gbps+の信号のインピーダンスの変動を引き起こすことができ,高周波設計にENIGまたは浸水チンを最適にする.

Q:HASLの原因は?
A: 熱気圧が低すぎると氷塊が形成され,パッドの端に余分な溶接が残ります.短回路を引き起こす可能性があります.IPC-A-610クラス2/3で拒否されます.

Q:HASLの保存期間はどのくらいですか?
A: 12ヶ月以上は 浸泡スチロールやENIGに似た 乾燥剤で封印された包装で

Q: HASL はコンフォームコーティングと互換性があるのですか?
A: はい,しかし,まずフルフルース除去を保証します.残留物は,コーティング粘着の問題を引き起こす可能性があります.

結論
HASLの仕上げは,大きなパッド,透孔コンポーネント,低コストのPCBにとって実行可能で費用対効果の高い選択肢であり続けています.信頼性消費電子機器,産業制御,古いシステムでは不可欠です.
PCB技術が進化するにつれて HASLは ENIGやインベージョンチンのような新しい仕上げと共存しますHASLの強みや限界を理解することで,最も価値のある場所に使用できるようにします.: 性能要求と能力が一致する高容量でコスト敏感なアプリケーション
HASLの長寿は,その実用性を証明しています. 適切な状況で,試されたソリューションが新しい代替案よりも長く続いていくという俗説の証です.