HASL PCB

HASLとは？

メリット

1. HASLの後、はんだコーティングの組成は変わりません。そのため、皮膜は安定しており、はんだ付け性は良好です。対照的に、電気めっきされた鉛錫合金皮膜は、めっき浴が変わると組成が変化します。つまり、めっき層の鉛と錫の比率が変化する可能性があります。.
2. 赤外線リフローや熱油リフローでは、トレースのサイドエッジを完全に保護することはできません。HASLはトレースのサイドエッジをコーティングし、完全に覆います。これにより、PCB上の腐食やトレースの断線を防ぎます。つまり、基板は保管時や使用時に長持ちし、完成した電子製品はより信頼性の高いものとなります。HASLは今日、SMT工程で広く使用されています。.
3. エアナイフの角度や基板の上昇速度などのプロセス設定を変えることで、塗膜の厚みをコントロールすることができます。そのため、思い通りのはんだ層厚を簡単に得ることができる。一部のホットメルト方式よりも柔軟性があります。.
4. パターンめっきやエッチングで基板を製造する場合、ウェーブはんだ付けでは、鉛/錫合金がトレース上に乗るため、ブリッジが発生する可能性があります。また、合金の流れによってソルダーマスクにしわが寄ったり、浮き上がったりすることもあります。HASLで作られた基板は、トレース上にはんだがないため、ブリッジやマスクのしわやはがれが発生しません。.

デメリット

1. はんだ槽の銅汚染。HASLでは、基板をはんだ槽に数秒間浸します。これにより銅がはんだに溶け込みます。銅がはんだ中で約0.29%以上になると、はんだは流動性を失います。はんだ塗膜は半濡れ状態になり、基板のはんだ付け性は低下します。.
2. 鉛は重金属であり、人や環境に有害である。鉛入りのはんだコーティングが一般的でした。現在では鉛フリーのはんだが開発され、鉛錫合金に代わる生産用はんだとして販売されている。.
3. 生産コストが高い。良い輸入HASLマシンは、30万ドル以上することがあります。このため、HASLの生産コストはいくつかのホットメルト法よりも高くなります。.
4. HASLの大きな熱衝撃。大きな熱変化はPCB基板を歪ませ、基板を浮き上がらせます。つまり、HASLはより大きな熱応力を引き起こすのです。.

HASLプロセスパラメータの制御と選択

1. ディップタイム（浸漬時間）：
   ディップ時間ははんだのコーティング品質に大きな影響を与えます。ディッピングでは、はんだ中のベース銅とスズが金属間化合物（IMC）を形成します。同時に、トレース上にはんだ層が形成されます。このプロセス全体が良好なIMCを形成するには、通常2～4秒必要です。時間が長ければ長いほど、はんだは厚くなります。しかし、浸漬時間が長すぎると、基板のコア材が剥離したり、ソルダーマスクがふくれたりします。時間が短すぎると、部分的な濡れが生じます。これははんだ表面の局所的な白化を引き起こし、はんだ表面を粗くします。.
2. はんだポットの温度：
   PCBや部品のはんだ付けに使用される一般的なはんだは、融点が183℃の鉛37/錫63合金である。はんだ温度が183℃～221℃の場合、銅との金属間化合物を形成する能力は小さい。221℃になると、はんだは濡れ領域に入ります。濡れ範囲は221℃～293℃です。高温は基板を損傷させる可能性があるため、濡れ領域ではより低いはんだ温度を選ぶべきである。理論的には232℃が最良のはんだ温度とされている。実際には、約250℃が最適な温度として使用されることが多い。.
3. エアナイフの圧力：
   ディップ後、はんだは基板上に多く残り、ほとんどのメッキスルーホールははんだで埋まってしまう。エアナイフは、余分なはんだを吹き飛ばし、穴の直径を小さくしすぎることなく、メッキされたスルーホールを開けるためにある。そのためのエネルギーは、エアーナイフの圧力と風速から得られます。圧力が高く、空気の速度が速いほど、はんだコーティングは薄くなります。そのため、エアーナイフの圧力はHASLで最も重要なパラメータのひとつです。通常、エアーナイフの圧力は0.3～0.5MPaです。.
   ナイフの前後の圧力は通常、手前が高く、奥が低くなるように設定される。圧力差は約0.05MPa。基板のパッドパターンに応じて前後の圧力を調整することで、ICエリアを平坦に保ち、SMT部品が浮き上がらないようにすることができます。正確な推奨値については、機械のマニュアルを確認してください。.
4. エアナイフの温度：
   エアナイフからの熱風はボードの温度をあまり変えず、空気圧にもあまり影響を与えない。しかし、エアナイフの内部温度を上げると空気が膨張します。つまり、同じ圧力であれば、エアーの温度が高い方が風量が大きくなり、スピードも速くなる。その結果、レベリング力が強くなる。エアナイフの温度は、レベリング後のはんだの外観にも影響します。エアナイフの温度が93℃以下の場合、はんだ層はくすんで見えます。エアー温度が上昇するにつれて、くすんだ外観は減少する。176℃になると、くすんだ外観は完全になくなります。そのため、エアーナイフの温度は176℃以下にしてはならない。良好な平坦はんだを得るには、エアナイフ温度を300℃～400℃に設定することが多い。.
5. エアナイフ間の距離：
   熱風がエアナイフノズルを離れると、その速度は遅くなる。その速度はナイフ間の距離の2乗に比例する。つまり、間隔が大きいほど風速は遅くなり、レベリング力は弱くなる。一般的なエアナイフノズルの間隔は0.95～1.25cmです。ノズルの間隔を小さくしすぎると、空気の摩擦でボード表面が傷つくことがありますので、ご注意ください。上下のエアナイフの間隔は、通常4mm程度に保ちます。隙間が大きすぎると、はんだの飛散の原因になります。.
6. エアナイフの角度：
   ナイフの角度ははんだの厚さに影響する。角度を間違えると、基板の両側ではんだの厚みが違ってきます。また、角度を間違えると、溶けたはんだが飛び散って音を立てることもあります。通常、表裏のエアーナイフは4度ほど傾けて使用します。基板の形状やパッドレイアウトによって若干調整してください。.
7. ボードの上昇速度（コンベアまたはリフトの速度）：
   もう一つの変数は、基板がエアーナイフの中を移動する速度である。速度はコーティングの厚さに影響する。速度が遅いと、より多くの空気がボードに当たるため、コーティングは薄くなります。速度が速いと、コーティングは厚くなり、穴をふさぐことさえできる。.
8. 予熱温度と時間：
   予熱の目的は、フラックスを活性化し、熱衝撃を軽減することである。一般的なプリヒート温度は343℃。15秒のプリヒートで、基板表面は約80℃に達する。プリヒート工程を行わないHASLラインもあります。.

プロセスパラメータ - 推奨範囲の表

有鉛HASLと無鉛HASLの比較

1. 鉛フリーHASLは鉛を含まないため、より環境に優しい。その融点は約218℃である。鉛フリーHASLの場合、はんだポット温度は約280～300℃、ウェーブはんだ温度は約260℃、リフロー温度は約260～270℃に制御する必要があります。.
2. 有鉛HASLは環境に優しくない。鉛を含み、その融点は約183℃です。鉛入りHASLの場合、はんだポット温度は245～260℃、ウェーブはんだは約250℃、リフロー温度は245～255℃に管理する必要があります。.
3. はんだ表面を見てください。有鉛HASLは明るく見え、無鉛HASLはくすんで見えます。鉛フリーの濡れ性は鉛入りより少し悪い。.
4. 鉛含有量の規定：鉛フリーはんだは0.5%以下の鉛を含有し、有鉛はんだは37%までの鉛を含有する。.
5. 鉛は、はんだ付け時のはんだの吸い付きと活性を向上させます。鉛入りはんだ線は、鉛フリーはんだ線に比べて使いやすい。しかし、鉛は有毒であり、長期間の暴露は人体に悪影響を及ぼす。鉛フリーはんだは融点が高いため、はんだ接合部の強度を高めることができます。.
6. PCB表面仕上げの価格については、有鉛HASLと無鉛HASLは通常同じです。ほとんどの場合、価格差はありません。.

PCBが有鉛HASLか無鉛HASLかを見分ける方法は？

1. はんだの表面を見てください。鉛入りはんだは明るく輝いて見えます。鉛フリーはんだ（SAC合金）はくすんで見えます。鉛フリーはんだの濡れ性は有鉛はんだより少し悪い。.
2. 鉛入りはんだは人体に有害。鉛フリーの方が安全です。共晶温度は鉛フリー合金によって異なる。例えば、SAC（SnAgCu）の共晶温度は217℃付近で、はんだ付け温度は共晶温度プラス30～50℃が望ましい。有鉛共晶（Sn63Pb37）の場合、共晶温度は183℃です。.
3. 鉛含有量：鉛フリーはんだは鉛≤0.5%を有し、有鉛は約37%鉛を有することができる。.
4. 鉛ははんだの活性を高めるので、はんだ付けには有鉛はんだが使いやすい。しかし、鉛は有毒で健康に悪い。また、鉛フリーはんだは融点が高く、はんだ接合部を機械的に強くすることができます。.

概要