PCB 제조 에서 HASL 마무리: 공정, 품질 및 응용

HASL (Hot Air Solder Leveling)은 수십 년 동안 PCB 표면 마감의 초석으로, 비용 효율성, 신뢰할 수있는 납땜 가능성 및 전통적인 제조 워크 플로우와의 호환성으로 평가되었습니다. Enig 및 Immersion Tin과 같은 새로운 마감재는 미세 피치 응용 프로그램에서 시작되었지만 Hasl은 소비자 전자 제품에서 산업 제어에 이르는 산업 분야의 저렴한 대량 PCB를위한 선택으로 남아 있습니다. 이 안내서는 HASL 제조 공정, 품질 관리 측정, 장점 및 제한 사항 및 대체 마감재에 대한 쌓이는 방법을 탐색하여 엔지니어와 구매자 모두에게 필수적인 통찰력을 제공합니다.

주요 테이크 아웃
1. HASL은 Enig 및 Immersion Tin보다 30-50% 저렴하므로 가전 제품 및 장난감과 같은 대량의 비용에 민감한 응용 프로그램에 이상적입니다.
2. 공정은 구리 패드에 1-25μm의 솔더 (주석 가드 또는 리드 프리) 층을 퇴적하여 통로 홀 및 큰 표면 마운트 구성 요소에 대한 탁월한 납땜 가능성을 보장합니다.
3. Hasl의 고르지 않은 표면 (± 10μm 공차)은 고정 피치 구성 요소 (<0.8mm 피치)와 함께 사용을 제한하며, 브리징 위험은 평평한 마감재에 비해 40% 증가합니다.
4. 모던 인력이없는 HASL (SN-AG-CU)은 ROHS 표준을 충족하지만 전통적인 주석 리드 HASL보다 더 높은 처리 온도 (250–270 ° C)가 필요합니다.

hasl 마감은 무엇입니까?
HASL (Hot Air Solder Leveling)은 구리 PCB 패드를 용융 솔더 층으로 코팅 한 다음 고속 열기를 사용하여 과잉을 레벨링하는 표면 마무리 공정입니다. 결과는 구리를 산화로부터 보호하고 조립 중에 강한 조인트를 보장하는 납땜 가능한 층입니다.

Hasl의 두 가지 변형
TIN-LEAD HASL : 63% TIN/37% 납 합금 (용융점 183 ° C)을 사용합니다. 일단 산업 표준이면 이제 ROHS 규정으로 인해 대부분의 지역에서 제한되지만 면제가있는 전문 군사/항공 우주 응용 프로그램에는 여전히 사용됩니다.
무연 hasl : 일반적으로 주석 실버-코퍼 (Sn-ag-cu 또는 sac) 합금 (용융점 217–227 ° C)을 사용하여 ROH를 충족하고 요구 사항에 도달합니다. 오늘날 상업용 PCB 제조의 주요 변형입니다.

HASL 제조 공정
HASL에는 5 가지 주요 단계가 포함되며, 각각은 균일하고 납땜 가능한 마감을 달성하는 데 중요합니다.
1. 전처리 : 청소 및 활성화
솔더 적용 전에 PCB는 엄격한 청소를 통해 접착력을 보장합니다.
A. 도해 : 알칼리성 세정제 또는 용매를 사용한 오일, 지문 및 유기 오염 물질 제거.
B.MICRO-ETCKING : 온화한 산 에칭 (예 : 황산 + 과산화수소)은 1-2μm의 산화 구리를 제거하여 신선하고 반응성이있는 구리를 노출시킵니다.
C.Flux 응용 : 수용성 플럭스 (일반적으로 로진 기반)가 구리 패드에 적용되어 다시 산화를 방지하고 솔더 습윤을 촉진합니다.

2. 솔더 침지
PCB는 용융 솔더의 욕조에 담그고 있습니다.
A. 온도 : 250–270 ° C 무연 hASL (SAC 합금) 대 주석 가드의 경우 200–220 ° C.
B. 면역 시간 : PCB 기판을 손상시키지 않고 구리 패드의 완전한 습윤을 보장하기 위해 3-5 초.
C. 알로이 제어 : 솔더 욕은 일관성을 유지하기 위해 조성 (예 : 96.5% SN, 3% AG, SAC305의 0.5% Cu)을 지속적으로 모니터링합니다.

3. 뜨거운 공기 레벨링
침지 후, 고압선 열 나이프를 사용하여 과량의 솔더를 제거합니다.
A. 공기 온도 : 수평을 유지하는 동안 납땜을 용융 상태로 유지하기 위해 200–250 ° C.
B. 공기 압력 : 5–10 psi, 패드 크기 (더 큰 패드의 경우 더 높은 압력)에 따라 조정됩니다.
C.nozzle 위치 : 공기를 골고루 분포하고 가장자리에 솔더 축적을 방지하기 위해 PCB 표면에 비해 30-45 °로 각도.
이 단계는 "수평으로 된"표면을 생성하지만, 특히 큰 패드에는 약간의 불만 (± 10μm)이 남아 있습니다.

4. 냉각
강제 공기 또는 물 안개를 사용하여 PCB를 빠르게 (30 초 안에 실온으로) 냉각시킵니다.
A. PREVENTS 솔더는 비 패드 영역으로 다시 흐르지 않습니다.
B. 응고 중 산화를 최소화하여 매끄럽고 반짝이는 마무리를 확보합니다.

5. 치료 후 : 플럭스 제거
잔류 플럭스는 다음을 사용하여 청소됩니다.
A. Warm Water Rinse : 수용성 플럭스의 경우.
B. 용산 청소 : 로진 기반 플럭스의 경우 (오늘날 환경 규제로 인해 덜 일반적).
적절한 청소가 중요합니다. 플럭스 잔류 물은 보드에 남아 있으면 부식 또는 전기 누출을 유발할 수 있습니다.

HASL 제조의 품질 관리
일관성있는 Hasl 품질은 일반적인 결함을 피하기 위해 엄격한 프로세스 제어가 필요합니다.
1. 솔더 두께
대상 범위 : 1–25μm (일반적으로 대부분의 응용 분야의 경우 5–15μm).
너무 얇은 (<1 μm) : 구리 산화 및 부족성이 위험합니다.
너무 두껍게 (> 25μm) : 고르지 않은 표면과 미세 피치 구성 요소의 브리징을 유발합니다.
측정 방법 : X- 선 형광 (XRF) 또는 단면 현미경.

2. 습윤 및 커버리지
수락 기준 : 패드 영역의 ≥95%는 솔더로 덮여 있어야합니다 (구리 구리 스팟 없음).
일반적인 문제 :
비 습격 : 청소가 열악하거나 산화 된 구리로 인해 패드에 솔더가 구슬로 올라갑니다.
탈식 : 솔더는 처음에는 윙트하지만 뒤로 당겨서 맨손으로 남겨 둡니다.

3. 표면 거칠기
최대 공차 : ± 10μm (프로파일 측정법을 통해 측정 됨).
과도한 거칠기의 위험 :
미세 피치 구성 요소의 브리징 (0.8mm 피치 이하).
어셈블리 동안 일관되지 않은 납땜 페이스트 증착.

4. 합금 무결성
테스트 : 솔더 조성을 검증하기위한 분광법 (예 : SAC305에서 3%은).
문제 : 잘못된 합금 비율은 녹는 점을 낮추어 리플 로우 동안 솔더 관절 고장을 유발할 수 있습니다.

Hasl 마감의 장점
Hasl의 지속적인 인기는 특정 응용 프로그램에 대한 실질적인 이점에서 비롯됩니다.
1. 저렴한 비용
재료 비용 : 솔더 합금 (SN-AG-CU)은 금 (ENIG) 또는 고순도 주석 (침지 주석)보다 저렴합니다.
처리 효율성 : HASL 라인은 높은 처리량 (100+ 보드/시간)에서 작동하여 단위당 인건비를 줄입니다.
총 비용 : 고용량 달리기 (10,000+ 단위)의 침수 주석보다 30–50% 저렴하고 침수 틴보다 20–30% 저렴합니다.

2. 탁월한 용매 성
습식 속도 : 젖는 시간 (IPC-TM-650 표준) 습식 시간 (IPC-TM-650 표준)으로 젖은 코팅 패드 위로 빠르게 흐릅니다.
재 작업 호환성 : OSP (1-2 사이클)보다 3-5 개의 리플 로우 사이클에서 살아 남았습니다.
통과 구멍 성능 : 홀드 구성 요소에 이상적이며 솔더가 담그는 동안 구멍을 균일하게 채 웁니다.

3. 내구성
부식 저항성 : 200-300 시간의 소금 스프레이 테스트 (ASTM B117) - OSP (<100 시간)보다 비세하고 실내 적용에 충분합니다.
기계적 강도 : 두꺼운 솔더 층 (5–15μm)은 취급 중에 마모에 저항하여 침지 주석과 같은 얇은 마감재에 비해 손상 위험이 감소합니다.

4. 표준 프로세스와의 호환성
모든 일반적인 PCB 기판 (FR4, High-TG FR4, CEM-1)과 함께 작동합니다.
특수 장비가없는 기존 제조 라인에 완벽하게 통합됩니다.

hasl 마감의 한계
Hasl의 단점은 특정 최신 PCB 디자인에 부적합합니다.
1. 미세 피치 구성 요소의 평탄도가 좋지 않습니다
표면 변화 : ± 10μm 공차는 패드에 "피크와 밸리"를 생성하여 브리징 위험이 증가합니다.
0.8mm 피치 QFP (브리징 속도 15–20% 대 침지 주석의 5%).
0.5mm 피치 BGA (hASL과 관련하여 실제로는 관리 할 수 없음).

2. PCB의 열 응력
무연 hasl의 높은 처리 온도 (250–270 ° C)는 다음과 같습니다.
얇은 PCB (<0.8mm 두께).
열에 민감한 기판 (예 : 일부 유연한 재료)을 분해합니다.
라미네이션 품질이 좋지 않은 다층 보드에서 박리를 유발합니다.

3. 무연 도전
더 높은 융점 : SAC 합금은 조립 중에 더 높은 리플 로우 온도 (245–260 ° C)를 필요로하므로 구성 요소에 대한 응력이 증가합니다.
둔한 위험 : 산화로 인해 무연 hasl은 산화로 인해 "둔한"(무광택 마감)에 걸리기 때문에 검사 중 습윤 문제를 가릴 수 있습니다.

4. 환경 및 안전 문제
폐기물 취급 : 솔더 드로스 (고형 초과 솔더)는 특수 처리가 필요합니다.
작업자 안전 : 고온 및 플럭스 연기에는 엄격한 환기 및 PPE (개인 보호 장비)가 필요합니다.

HASL 대 기타 PCB 마감

HASL에 대한 이상적인 응용 프로그램
Hasl은 다음을위한 최선의 선택입니다.
1. 저비용 소비자 전자 제품
가전 제품 : 냉장고, 전자 레인지 및 세탁기는 Hasl의 비용 절감이 가장 중요한 대형 PCB (≥1mm 피치)를 사용합니다.
장난감 및 가제트 : 대량의 낮은 마진 제품은 HASL의 경제성과 충분한 신뢰성의 혜택을받습니다.

2. 산업 통제 (비 피치)
모터 컨트롤러 : 홀 구성 요소 및 대형 표면 장착 장치 (≥1206 패시브)는 HASL과 잘 작동합니다.
전원 공급 장치 : 두꺼운 구리 패드 (고전류 용)는 HASL로 쉽게 코팅되어 좋은 솔더 조인트를 보장합니다.

3. 군사 및 항공 우주 (Tin-Lead Hasl)
ROHS 제한에서 면제 된 Tin-Lead HASL은 장기 신뢰성과 주석광 솔더와의 호환성이 필요한 레거시 시스템에 사용됩니다.

4. 프로토 타이핑 및 저용량 실행
작은 배치 (10-100 단위)는 ENIG에 비해 HASL의 빠른 처리 및 낮은 설정 비용의 혜택을받습니다.

HASL 사용을위한 모범 사례
HASL 성능을 극대화하려면 다음 지침을 따르십시오.

1. Hasl의 디자인
최소 패드 크기 : 균일 한 솔더 커버리지를 보장하기 위해 ≥0.6mm × 0.6mm.
피치 : <0.8mm 피치 구성 요소를 피하십시오. 필요한 경우 패드 대 패드 간격을 0.2mm로 늘리십시오.
통과 구멍 디자인 : 신뢰할 수있는 솔더 충전을 위해 직경이 0.3mm 이상인 PTH (Plated Thans-Holes)를 사용하십시오.

2. 품질 요구 사항을 지정합니다
솔더 두께 : 대부분의 응용 분야의 경우 5–15μm.
습윤 : ≥95% 패드 커버리지가 필요합니다 (IPC-A-610 클래스 2에 따라).
표면 마감 : 적절한 합금 조성 및 플럭스 제거를 보장하기 위해 "밝은"hasl (vs. dull)을 지정하십시오.

3. 조립 고려 사항
솔더 페이스트 : 표면 불균일을 수용하기 위해 타입 3 또는 4 페이스트 (더 미세한 입자)를 사용하십시오.
리플 로우 프로파일 : 무연 hASL의 경우 느린 경사로 (2–3 ° C/초)에서 250–260 ° C 피크 온도를 사용하십시오.
검사 : AOI (자동화 된 광학 검사)를 사용하여 가까운 피치 구성 요소 (0.8–1.0mm 피치)의 브리징을 감지하십시오.

FAQ
Q : TIN-LEAD HASL만큼 리드 프리 HASL이 신뢰할 수 있습니까?
A : 그렇습니다. 제대로 처리 될 때. 무연 hasl (SAC)은 비슷한 납땜 가능성과 약간 더 나은 내식성 저항을 제공하지만 더 높은 조립 온도가 필요합니다.

Q : 고속 PCB와 함께 사용할 수 있습니까?
A : 제한적으로. 고르지 않은 표면은 10Gbps+ 신호에서 임피던스 변화를 일으켜 고주파 설계에 Enig 또는 Immersion Tin을 더 좋게 만듭니다.

Q : hasl "icicles"(솔더 돌출부)의 원인은 무엇입니까?
A : 고압이 너무 낮을 때 고드름이 형성되어 패드 가장자리에 과도한 솔더가 남습니다. 그들은 단락을 일으킬 수 있으며 IPC-A-610 클래스 2/3에 따라 거부됩니다.

Q : Hasl의 유령 수명은 얼마나됩니까?
A : 침수 주석 및 enig와 유사한 건조제로 밀봉 된 포장으로 12 개월 이상.

Q : HASL은 Compormal Coating과 호환됩니까?
A : 그렇습니다. 그러나 먼저 플럭스 제거를 먼저 보장하십시오. 방향은 코팅 접착 문제를 유발할 수 있습니다.

결론
HASL 마감은 대형 패드, 통로 구성 요소 및 저비용 요구 사항이있는 PCB에 대한 실행 가능한 비용 효율적인 옵션으로 남아 있습니다. 고르지 않은 표면 제한은 미세 피치 설계와 함께 사용되지만 신뢰성, 납땜 및 경제성은 소비자 전자 제품, 산업 제어 및 레거시 시스템에 없어서는 안될 수 있습니다.
PCB 기술이 발전함에 따라 HASL은 Enig 및 Immersion Tin과 같은 새로운 마감재와 공존 할 것입니다. 엔지니어의 경우 Hasl의 강점과 한계를 이해하면 성능 요구 사항이 기능과 일치하는 대량, 비용에 민감한 응용 프로그램과 같은 가장 많은 가치를 추가 할 수 있습니다.
결국, 업계에서 Hasl의 수명은 실용성을 말합니다. 때로는 입증 된 솔루션이 올바른 상황에서 새로운 대안을 오래 지속하는 속담에 대한 증거입니다.