HASL PCB

HASL이란 무엇인가요?

HASL은 열풍 솔더 레벨링의 약자입니다. 사람들은 이를 열풍 솔더 레벨링 또는 열풍 레벨링이라고도 부릅니다. 이 공정에서는 납을 포함할 수 있는 용융 땜납을 PCB 표면에 도포합니다. 그런 다음 뜨거운 압축 공기를 분사하여 땜납의 수평을 맞춥니다. 그 결과 구리가 산화되지 않도록 보호하고 납땜성이 우수한 코팅이 생성됩니다.

열풍 레벨링을 할 때 땜납과 구리는 구리-주석 금속 간 화합물을 형성하여 결합합니다. 이 공정을 위해 PCB를 용융 땜납에 담급니다. 에어 나이프는 액체 땜납이 식기 전에 납땜을 평평하게 날려버립니다. 에어 나이프는 구리 위에 땜납의 메니스커스 모양을 잘라내고 땜납 브리지가 형성되는 것을 방지합니다.

기본 아이디어는 뜨거운 공기를 사용하여 기판 표면과 구멍에서 여분의 땜납을 제거하는 것입니다. 남는 것은 패드, 노출된 트레이스 및 표면 실장 랜드에 균일한 납땜층입니다. HASL은 일반적인 PCB 표면 마감 방법 중 하나입니다.

장점

HASL 후에도 솔더 코팅의 구성은 동일하게 유지됩니다. 따라서 코팅이 일정하고 납땜성이 좋습니다. 반면에 전기 도금된 납-주석 합금 코팅은 도금조가 변함에 따라 조성이 바뀔 수 있습니다. 즉, 도금된 층의 납/주석 비율이 달라질 수 있습니다.
적외선 또는 핫 오일 리플로 방식은 트레이스의 측면 가장자리를 완전히 보호하지 못합니다. HASL은 트레이스의 측면 가장자리를 코팅하고 완전히 덮습니다. 이렇게 하면 PCB의 부식과 트레이스 파손을 방지할 수 있습니다. 즉, 보드를 더 오래 보관하고 사용할 수 있으며 완성된 전자 제품의 신뢰성이 높아집니다. HASL은 오늘날 SMT 공정에서 널리 사용되고 있습니다.
에어 나이프 각도, 기판 상승 속도 및 기타 공정 설정을 변경하여 코팅 두께를 제어할 수 있습니다. 따라서 원하는 솔더 레이어 두께를 쉽게 얻을 수 있습니다. 일부 핫멜트 방식보다 더 유연합니다.
패턴 도금과 에칭으로 기판을 만들 때 웨이브 솔더링은 납/주석 합금이 흔적 위에 놓이기 때문에 브리징을 일으킬 수 있습니다. 또한 합금 흐름으로 인해 솔더 마스크가 주름지거나 들떠 있을 수 있습니다. HASL로 만든 기판은 트레이스에 땜납이 없기 때문에 브릿징과 마스크 주름 또는 벗겨짐이 발생하지 않습니다.

단점

솔더 포트의 구리 오염. HASL에서는 기판을 솔더 포트에 몇 초 동안 담급니다. 이로 인해 구리가 땜납에 용해됩니다. 구리가 땜납에서 약 0.29% 이상에 도달하면 땜납은 약간의 흐름 능력을 잃게 됩니다. 솔더 코팅이 반습윤 상태가 되어 기판 납땜성이 떨어집니다.
납은 중금속으로 사람과 환경에 해롭습니다. 납이 함유된 솔더 코팅이 많이 사용되었습니다. 이제는 납-주석 합금을 대체할 수 있는 무연 솔더가 개발되어 판매되고 있습니다.
높은 생산 비용. 좋은 수입 HASL 기계는 미화 30만 달러가 넘을 수 있습니다. 따라서 HASL 생산 비용은 일부 핫멜트 방식보다 높습니다.
HASL의 큰 열 충격. 큰 열 변화로 인해 PCB 기판이 휘거나 휘어지고 보드가 들떠 있을 수 있습니다. 즉, HASL은 더 큰 열 스트레스를 유발합니다.

HASL 프로세스 매개변수 제어 및 선택

주요 HASL 공정 파라미터에는 솔더 온도, 딥 시간, 에어 나이프 압력, 에어 나이프 온도, 에어 나이프 각도, 에어 나이프 사이의 거리, 기판 상승 속도 등이 있습니다. 아래는 이러한 매개변수가 기판 품질에 미치는 영향에 대한 설명입니다.

담그는 시간(침수 시간):
침지 시간은 솔더 코팅 품질에 큰 영향을 미칩니다. 침지 시 땜납의 베이스 구리와 주석은 금속 간 화합물(IMC)을 형성합니다. 동시에 솔더 층이 트레이스에 형성됩니다. 이 전체 공정은 보통 2~4초가 소요되어 좋은 IMC를 만듭니다. 시간이 길수록 땜납이 더 두꺼워집니다. 그러나 너무 오래 담그면 보드 코어 재료가 박리되고 솔더 마스크에 물집이 생길 수 있습니다. 시간이 너무 짧으면 부분적으로 젖을 수 있습니다. 이로 인해 솔더 표면이 국부적으로 하얗게 변하고 솔더 표면이 거칠어질 수 있습니다.
납땜 냄비 온도:
PCB 및 부품 납땜에 사용되는 일반적인 땜납은 녹는점이 183°C인 납 37/주석 63 합금입니다. 땜납 온도가 183°C에서 221°C 사이일 때는 구리와 금속 간 화합물을 형성하는 능력이 작습니다. 221°C에서 땜납은 습윤 범위에 들어갑니다. 습윤 범위는 221°C ~ 293°C입니다. 온도가 높으면 기판이 손상될 수 있으므로 습윤 범위에서 납땜 온도를 낮게 선택해야 합니다. 이론적으로는 232°C가 최적의 납땜 온도로 알려져 있습니다. 실제로는 약 250°C가 최적의 온도로 사용되는 경우가 많습니다.
에어 나이프 압력:
침지 후 많은 양의 땜납이 기판에 남아 대부분의 도금 스루홀이 땜납으로 가득 차게 됩니다. 에어 나이프는 여분의 땜납을 날려버리고 구멍 지름을 너무 작게 만들지 않고 도금된 스루홀을 열기 위해 존재합니다. 이를 위한 에너지는 에어 나이프의 압력과 공기 속도에서 나옵니다. 압력이 높고 공기가 빠를수록 솔더 코팅이 더 얇아집니다. 따라서 에어 나이프 압력은 가장 중요한 HASL 파라미터 중 하나입니다. 일반적으로 에어 나이프 압력은 0.3-0.5 MPa입니다.
칼 앞뒤의 압력은 일반적으로 앞쪽이 높고 뒤쪽이 낮도록 설정됩니다. 압력 차이는 약 0.05MPa입니다. 기판의 패드 패턴에 따라 앞뒤 압력을 조정하여 IC 영역을 평평하게 유지하고 SMT 부품이 튀어나오지 않도록 할 수 있습니다. 정확한 권장 값은 장비 설명서를 확인하세요.
에어 나이프 온도:
에어 나이프에서 나오는 뜨거운 공기는 기판 온도를 크게 변화시키지 않으며 기압에도 큰 영향을 미치지 않습니다. 하지만 에어 나이프 내부 온도를 높이면 공기가 팽창하는 데 도움이 됩니다. 따라서 같은 압력에서 공기 온도가 높을수록 공기의 부피가 커지고 속도가 빨라집니다. 따라서 더 강력한 수평 조절이 가능합니다. 에어 나이프 온도는 레벨링 후 솔더의 외관에도 영향을 미칩니다. 에어 나이프 온도가 93°C 미만이면 레이어가 칙칙해 보입니다. 공기 온도가 상승하면 칙칙한 모양이 줄어듭니다. 176°C에서는 칙칙한 모양이 완전히 사라집니다. 따라서 에어 나이프 온도는 176°C 이하가 되어서는 안 됩니다. 좋은 납땜을 얻기 위해 에어 나이프 온도는 보통 300°C에서 400°C 사이로 설정합니다.
에어 나이프 사이의 거리:
뜨거운 공기가 에어 나이프 노즐을 빠져나가면 속도가 느려집니다. 속도 감소는 나이프 사이의 거리의 제곱에 따라 증가합니다. 따라서 간격이 클수록 공기 속도는 낮아지고 수평 조절력은 약해집니다. 일반적인 에어 나이프 노즐 간격은 0.95-1.25cm입니다. 노즐 간격을 너무 작게 만들면 공기 마찰로 인해 보드 표면이 손상될 수 있습니다. 상부 에어 나이프와 하부 에어 나이프 사이의 간격은 일반적으로 약 4mm로 유지합니다. 간격이 너무 크면 납땜 튐이 발생할 수 있습니다.
에어 나이프 각도:
나이프의 각도는 솔더 코팅 두께에 영향을 미칩니다. 각도가 잘못되면 기판의 양면 솔더 두께가 달라질 수 있습니다. 또한 각도가 잘못되면 용융된 땜납이 튀어 소음이 발생할 수 있습니다. 일반적으로 앞뒤 에어 나이프는 약 4도 아래로 기울어져 있습니다. 특정 보드 모양과 패드 레이아웃에 따라 약간 조정합니다.
보드 상승 속도(컨베이어 또는 리프트 속도):
또 다른 변수는 보드가 에어 나이프를 통과하는 속도입니다. 속도는 코팅 두께에 영향을 줍니다. 속도가 느리면 더 많은 공기가 보드에 닿아 코팅이 더 얇아집니다. 속도가 빠르면 코팅이 더 두꺼워지고 구멍을 막을 수도 있습니다.
예열 온도 및 시간:
예열은 플럭스를 활성화하고 열 충격을 줄이는 것을 목표로 합니다. 일반적인 예열 온도는 343°C입니다. 15초 예열 시 기판 표면은 약 80°C에 도달할 수 있습니다. 일부 HASL 라인은 예열 단계를 사용하지 않습니다.

아래는 주요 HASL 프로세스 매개변수, 권장 범위 및 간단한 메모를 요약한 표입니다. 회선을 설정하거나 테스트할 때 빠른 참고 자료로 활용하세요.

프로세스 매개변수 - 권장 범위가 포함된 표

매개변수	권장 범위	단위	참고
납땜 포트 온도(납)	245-260	°C	일반적인 250°C. 너무 높으면 보드가 휘어질 수 있습니다.
납땜 포트 온도(무연)	280-300	°C	일반적인 290°C. 더 높은 융점.
몰입 시간	2-4	s	너무 길면 → 거품이 일어납니다. 너무 짧음 → 젖음 불량.
에어 나이프 압력	0.30-0.50	MPa	더 높음 → 더 얇은 코팅. 전면이 약간 더 높음(≈0.05MPa).
에어 나이프 온도	≥176; 일반 300-400	°C	더 높은 → 더 빠른 공기 흐름과 더 나은 수평 조절.
에어 나이프 갭	0.95-1.25	cm	간격이 커지면 공기 흐름이 약해집니다.
에어 나이프 각도	2°-6°(일반 4°)	°	코팅 균일도에 영향을 줍니다.
예열 온도	120-180	°C	보드 표면 목표 60-100°C.
예열 시간	10-30	s	열 충격을 줄입니다.

이 범위를 시작점으로 사용하세요. 그런 다음 테스트 보드를 실행하고 한 번에 하나의 매개변수를 조정합니다. 표면이 칙칙하거나 브리징 또는 박리가 있는지 확인합니다. 문제가 발견되면 한 항목을 변경하고 다시 테스트한 후 결과를 기록합니다.

납 함유 HASL과 무납 함유 HASL 비교

많은 사람이 HASL에 대해 알고 있지만 납 납땜과 무연 납땜이 있다는 사실은 잘 모를 수 있습니다. 전자제품이 발전함에 따라 PCB 기술도 계속 발전하고 있습니다. 일반적인 표면 마감에는 HASL, 침지 금, 전기 도금 금, OSP 등이 있습니다. HASL은 납과 무연으로 제공됩니다. 차이점은 다음과 같습니다:

무연 HASL은 납을 포함하지 않기 때문에 더욱 친환경적입니다. 녹는점은 약 218°C입니다. 무연 HASL의 경우 솔더 포트 온도는 약 280-300°C, 웨이브 솔더 온도는 약 260°C, 리플로우 온도는 약 260-270°C로 제어해야 합니다.
납이 함유된 HASL은 친환경적이지 않습니다. 납을 함유하고 있으며 녹는점은 약 183°C입니다. 납 함유 HASL의 경우 솔더 포트 온도는 약 245~260°C, 웨이브 솔더는 약 250°C, 리플로 온도는 약 245~255°C로 제어해야 합니다.
납땜 표면을 보세요: 납이 함유된 HASL은 더 밝아 보이고, 무연 HASL은 더 칙칙해 보입니다. 무연 습윤은 납 습윤보다 약간 더 나쁩니다.
납 함유량 규정: 무연 솔더는 납이 0.5% 이하인 반면, 납 함유 솔더는 납이 최대 37%입니다.
납은 납땜 시 납땜 심지 및 활동성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 납 납땜 와이어는 무연 와이어에 비해 사용하기 쉽습니다. 하지만 납은 독성이 있어 장기간 노출되면 인체에 좋지 않습니다. 무연 땜납은 융점이 더 높기 때문에 납땜 조인트가 더 강할 수 있습니다.
PCB 표면 마감 가격의 경우, 납이 함유된 HASL과 무연 HASL의 가격은 일반적으로 동일합니다. 대부분의 경우 가격 차이는 없습니다.

PCB에 납이 함유되어 있는지 무연 HASL인지 어떻게 알 수 있나요?

납땜 표면을 보세요. 납 땜납은 밝고 반짝입니다. 무연 땜납(SAC 합금)은 더 칙칙해 보입니다. 무연 습윤은 납보다 약간 더 나쁩니다.
납 납땜은 인체에 유해합니다. 무연이 더 안전합니다. 공융 온도는 무연 합금에 따라 다릅니다. 예를 들어, SAC(SnAgCu) 공융점은 217°C에 가깝고 납땜 온도는 공융점에 30~50°C를 더한 온도여야 합니다. 납 공융(Sn63Pb37)의 경우, 공융 온도는 183°C입니다.
납 함량: 무연 솔더는 납 ≤ 0.5%, 납은 약 37% 납을 함유할 수 있습니다.
납은 납땜 활동을 증가시키므로 납땜에 납을 사용하는 것이 더 쉽습니다. 하지만 납은 독성이 있어 건강에 좋지 않습니다. 또한 무연 솔더는 녹는점이 높아 솔더 조인트를 기계적으로 더 강하게 만들 수 있습니다.

요약

HASL은 일반적이고 입증된 PCB 마감재입니다. 구리를 보호하고 납땜성이 우수합니다. HASL에는 장단점이 있습니다. 트레이스 에지를 커버하고 안정성에 도움이 되지만 열 스트레스와 비용이 추가될 수 있습니다. 주요 설정은 납땜 온도, 딥 시간, 에어 나이프 압력, 공기 온도, 나이프 각도 및 보드 속도입니다. 표를 가이드로 활용하세요. 각 보드 유형에 맞게 테스트하고 조정합니다. 규정이나 안전상 필요한 경우 무연 합금을 사용합니다.