PCBブログ - PCBのHASL熱風はんだのレベリングプロセス

HASL＝熱風水平溶接技術は現在比較的成熟した技術であるが、その技術は高温高圧の動的環境にあるため、その品質は制御と安定しにくい。本文は熱風はんだ液位（HASL）プロセス制御のいくつかの経験を紹介する。

HASLはんだコーティングHalは、近年、回路基板工場に広く応用されている後処理プロセスである。実際には、浸漬溶接とHASLを結合してPCBと印刷線の金属化孔に共晶半田を塗布する過程である。このプロセスは、まずフラックスをPCBに浸漬し、それを溶融した半田に浸漬し、それから2つのエアナイフの間を通過し、エアナイフ中の熱圧縮空気でPCB上の余分な半田を吹き飛ばし、同時に金属孔中の余分な半田を除去し、それによって明るく、平坦で、均一な半田コーティングを得る。

HASLはんだコーティングの最も顕著な利点は、コーティング成分が常に一定であり、PCBのエッジを完全に保護することができ、コーティング厚さはエアナイフによって制御することができることである。コーティングと下地銅は互いに結合し、良好な濡れ性、溶接可能性と耐食性を有する。PCBの後処理として、その品質はPCBの外観、耐食性、顧客溶接品質に直接影響する。プロセスを制御する方法はPCBメーカーが注目している問題です。次に、最も広く使用されている縦型HASLでプロセス制御を制御した経験についてお話しします。

溶接剤の選択と応用

熱風溶接水準器に使用されるフラックスは特殊なフラックスである。HASLにおける役割は、PCBに露出された銅表面を活性化させ、銅表面における半田の濡れ性を高めることである。積層板の表面が過熱しないことを確保し、平坦化後の冷却過程ではんだに保護を提供し、はんだの酸化を防止し、はんだがソルダーレジスト層に付着することを防止し、はんだがパッド間のブリッジを防止する。廃フラックスははんだ表面を洗浄し、はんだ酸化物は廃フラックスと一緒に排出することができる。

熱空気はんだ液位専用フラックスは以下の特徴を持たなければならない

1.水溶性フラックスでなければならず、生分解でき、毒性がない。

水溶性フラックスは洗浄しやすく、PCB板表面の残留物が少なく、PCB板表面にイオン汚染が形成されない。生分解後は特別な処理なしで排出でき、環境保護の要求に合致し、人体への危害を大幅に減少した。

2.活動性が良い

活性、すなわち銅表面酸化層の除去と銅表面へのはんだの濡れ性を高める特性については、通常はんだに活性剤を添加する。選択する時、良好な活性と銅に対する最小腐食を考慮して、銅の半田中の溶解度を下げて、煙の設備に対する損傷を減らすべきである。

フラックスの活性は主にスズ負荷能力に現れる。各フラックスに使用される活物質が異なるため、それらの活性も異なる。高活性フラックス、緻密パッド、パッチなどの上錫は良好である、逆に、銅が板表面に露出すると発生しやすく、活物質の活性もスズ表面の輝度と平坦度に反映される。

3.熱安定性

グリーン油と基材を高温から保護する。

4.一定の粘度が必要

HASLはフラックスに一定の粘度を要求し、これはフラックスの流動性を決定する。半田と積層板の表面を完全に保護するためには、半田補助剤は一定の粘度を持たなければならない。低粘度のフラックスは積層板の表面に付着しやすく、ICなどの密集した場所で架橋しやすい。

5.適切な酸性度

高酸性度のフラックスはPCBを塗布する前にソルダーレジスト層の縁からはがれやすく、板材を長時間塗布した後の残留物はスズ表面の黒ずみや酸化を招きやすい。一般的なフラックスのpH値は2.5〜3.5、約5である。

その他の性能は主に作業員と運営コストに対する影響に現れ、例えば臭い、高揮発性物質、大煙、単位塗装面積などである。メーカーは実験に基づいて選択すべきである。

試験中、以下の性能を1つずつ試験し比較することができる

1.平坦度、明るさ、穴が塞がっていないか

2.活動：精密で緻密なSMD PCBを選択し、そのスズ負荷能力をテストする。

3.PCBはフラックスを30分間塗布しなければならない。クリーニング後、テープを使用してグリーンオイルのはがれをテストしてください。

4.噴霧板を30分間放置し、スズ表面が黒くなっているかどうかをテストした。

5.洗浄後の残留物

6.密集ICビットが接続されているか。

7.単板（ガラス繊維板など）の裏面に錫を掛けているか。

8.煙

9.揮発性、においの大きさ、希釈剤の添加要否

10.洗浄時に泡があるかどうか。

熱風はんだ液位プロセスパラメータの制御と選択

HASLプロセスパラメータには、半田温度、浸漬時間、エアナイフ圧力、エアナイフ温度、エアナイフ角度、エアナイフ間隔、PCBの上昇速度が含まれる。以下では、これらのプロセスパラメータがPCB品質に与える影響について説明する。

1.錫浸漬時間

半田浸漬時間は半田コーティングの品質と大きく関係している。浸漬溶接中、半田中の下地銅と錫は金属化合物の層を形成してIMCを形成し、導体上に半田コーティング層を形成する。上記のプロセスは通常2〜4秒を必要とし、その間に良好な金属間化合物を形成することができる。時間が長くなるほど、半田は厚くなります。しかし、時間が長すぎるとPCBの基材が層化し、緑色油が泡立つ。時間が短すぎると半浸漬が発生しやすく、局所的なスズ表面の白化とスズ表面の粗さを招く。

2.浴温

PCBと電子部品の溶接温度に一般的に使用される半田は、鉛37/スズ63合金であり、その融点は183℃である。半田温度が183℃〜221℃の場合、銅と金属間化合物を形成する能力は非常に小さい。221℃のとき、はんだは濡れ領域に入り、221℃から293℃の範囲であった。板材は高温で壊れやすいことを考慮して、半田温度は低いはずです。理論的には232℃が最適な半田温度であり、実際には約250℃が最適な温度に設定できることが分かった。

3.エアナイフ圧力

浸漬溶接後のPCBには半田が多すぎて、ほとんどの金属化孔が半田で塞がれていた。エアナイフの機能は、余分な半田を吹き出して金属化穴を案内することであり、金属化穴の直径をあまり小さくすることはありません。これを実現するためのエネルギーは、エアナイフの圧力と流速によって提供される。圧力が高いほど流速が速くなり、半田コーティングの厚さが薄くなります。したがって、ブレード圧力は、熱空気はんだレベル（HASL）の最も重要なパラメータの1つである。一般的なエアナイフ圧力は0.3-0.5 mpa

エアナイフの前後圧力は一般的に前後が大きく、差圧0.05 Mpaに制御される。回路基板表面の幾何形状の分布に基づいて、前後のエアナイフ圧力を適切に調整し、IC位置が平坦で、パッチに凸部がないことを確保することができる。具体的な数値は、本工場の錫噴霧機出荷説明書を参照してください。

4.エアナイフ温度

エアナイフの熱風がPCBと気圧に与える影響は小さい。しかし、エアナイフ内の温度を上げることは、空気を膨張させるのに役立つ。したがって、圧力が一定のタイミングでは、空気温度を上げることにより、より大きな空気量とより速い流速を提供することができ、それにより、より大きなレベリング力を発生することができる。エアナイフの温度は、レベリング後の半田コーティングの外観に一定の影響を与える。エアナイフ温度が93℃未満であると、コーティング表面が暗くなる。空気温度が上昇するにつれて、暗くなったコーティングは減少する傾向にある。176度では、暗い外観は完全に消えてしまった。そのため、エアナイフの最低温度は176℃を下回ってはならない。一般的に、良好なスズ表面平坦度を得るためには、エアナイフの温度を300℃〜400℃に制御することができる。

5.ブレード間隔

ブレード内の熱い空気がノズルから離れると、流速は減速し、減速の程度はブレード間隔の2乗に比例する。そのため、間隔が大きいほど空気速度が小さくなり、調平力が低くなる。エアナイフの間隔は一般的に0.95〜1.25 cmである。エアナイフの間隔は小さすぎるべきではありません。そうしないと、空気がPCB上で摩擦を起こし、回路基板表面に不利になります。上下のブレード間の距離は一般的に4 mm前後に保たれており、大きすぎてはんだが飛びやすい。

6.羽根角度

エアナイフ吹板の角度は半田コーティングの厚さに影響する。角度調整が適切でないと、PCBの両側の半田厚が異なり、溶融半田の飛散や騒音を引き起こす可能性があります。ほとんどの前後のエアナイフの角度は4度に下方調整され、具体的な板材タイプと板材表面の幾何学的分布角度に応じてわずかに調整されている。

7.PCBの上昇速度

熱風はんだレベル（HASL）に関連する別の変数は、はんだの厚さに影響を与えるブレード間の通過速度、すなわちコンベヤの上昇速度である。速度が遅く、PCBにはより多くの空気が吹き付けられているため、半田が薄い。逆に、はんだが厚すぎて穴を塞いでしまう。

8.予熱温度と時間

予熱の目的はフラックスの活性を高め、熱衝撃を減らすことである。一般的な予熱温度は343℃である。15秒間予熱すると、PCBの表面温度は80℃前後に達することができる。一部の熱風はんだ層（HASL）には予熱プロセスがない。

はんだ被覆厚さの均一性

熱風溶接レベルに適用される半田の厚さはほぼ均一である。しかし、印刷ラインの幾何学的要素の変化に伴い、ガスナイフによる半田の平坦化効果も変化するため、haslの半田コーティング厚も変化する。一般に、平坦方向に平行な印刷ラインは空気に対する抵抗が小さく、平坦力が大きいため、コーティングがより薄い。平坦方向に垂直な印刷ラインは空気に対する抵抗が大きく、平坦効果が小さいため、コーティングが厚く、金属化孔中の半田コーティングも均一ではない。半田が高温スズ炉から立ち上がると高圧高温の動的環境にあるため、完全に均一で平坦なスズ表面を得ることは困難である。ただし、パラメータ調整によりできるだけ平坦にすることができます。

1.活性フラックスと半田の選択

フラックスはスズ表面の平坦度に影響する主要な要素である。良好な活性フラックスを使用すると、比較的平坦で明るく完全なスズ表面を得ることができる。

半田は高純度鉛錫合金を選択し、定期的に銅フロート処理を行い、銅含有量が0.03%未満であることを確保しなければならない。詳細はワークロードとテスト結果を参照してください。

2.設備調整

エアナイフは錫の表面平坦度を調整する直接的な要素である。エアナイフ角度、前後のエアナイフ圧力と差圧の変化、エアナイフ温度、エアナイフ間隔（垂直距離、水平距離）とリフト速度はいずれも板材表面に大きな影響を与える。プレートタイプによってパラメータ値が異なります。いくつかの技術的に先進的なスズジェット機にはマイクロコンピュータが搭載されており、各種板材タイプのパラメータをコンピュータに保存して自動調整を行う。

エアナイフとガイドレールは定期的に清掃しなければならない。エアナイフの隙間残留物は2時間ごとに清掃しなければならない。生産量が大きい場合、洗浄密度は増加しなければならない。

3.前処理

マイクロエッチング処理はスズ表面の平坦度にも大きな影響を与える。マイクロエッチングの深さが低すぎると、銅とスズが表面に銅スズ化合物を形成しにくくなり、局所的なスズ表面が粗くなる、マイクロエッチング溶液中の安定剤が不良であると、銅のエッチング速度が速すぎて不均一になり、錫表面が不均一になる。一般的にAPSシステムの使用が推奨されています。

板材タイプによっては、焼き皿の前処理が必要な場合があり、スズのレベリングにも影響を与えることがあります。

4.前処理制御

熱風はんだレベル（HASL）が最後の処理であるため、多くの以前のプロセスは、不潔な発展によるスズ負荷の低下など、一定の影響を与える。先行技術の制御を強化することで、熱風溶接レベル（HASL）の問題を大幅に減らすことができる。

上記HASLのはんだ被覆厚は均一ではないが、mil−std−275 dの要求を満たすことができる。