2024年6月28日

ホットエアーソルダーレベリング(HASL)とは

PCB業界で最も一般的で効果的な表面仕上げの1つは、ホットエアーソルダーレベリング(HASL)です。その信頼性とコスト効率が実証されているため、HASLは長年にわたりメーカーの頼みの選択肢となっています。PCBアセンブリの基礎の概要については、 PCB アセンブリプロセスについて知っておくべき基本的な事項.

熱風はんだレベリングでは、PCB を溶融はんだの層でコーティングします。このプロセスにより、露出した銅部分がすべて覆われ、耐久性のある保護層が形成されます。コーティング後、PCB に熱風を吹き付けて余分なはんだを取り除き、表面を平らにします。

この記事では、HASL プロセス、その利点、およびその用途について詳しく説明します。最後には、HASL が PCB 製造において好ましい表面仕上げである理由が理解できるでしょう。

小さな電子部品を搭載した緑色の PCB のクローズアップ

ホットエアーソルダーレベリング(HASL)とは何ですか?

ホットエアーソルダーレベリング(通称 HASL)は、PCB 製造で広く使用されている表面仕上げです。PCB の露出した銅表面を溶融はんだでコーティングして保護し、電子部品の優れたはんだ付け性を確保します。HASL とは何か、またその歴史的背景について詳しく見ていきましょう。

HASLの定義

ホットエアーソルダーレベリング(HASL)は、プリント基板を溶融はんだの槽に浸すプロセスです。このはんだは通常、スズ鉛合金で構成されていますが、鉛フリーのオプションも利用できます。さまざまなPCB表面仕上げの詳細については、 PCB表面仕上げ.

PCB がコーティングされると、はんだ槽から取り出され、通常はエアナイフで吹き付けられる高圧熱風にさらされます。この熱風ははんだを平らにならし、余分なはんだを取り除き、均一で滑らかなコーティングを保証します。その結果、耐久性と信頼性を高める堅牢な保護はんだ層を備えた PCB が完成します。

歴史的背景と発展

HASL の開発は、電子産業がより信頼性と耐久性に優れた PCB の必要性を認識し始めた 20 世紀半ばにまで遡ります。初期の PCB 設計では、酸化やはんだ付け性の悪さといった問題が頻繁に発生し、電子デバイスの信頼性が低下しました。これらの問題に対処するため、メーカーはさまざまな表面仕上げを試しました。PCB 設計の進化に関する洞察については、 PCB 設計と基本に関する包括的なガイド.

HASL は、均一で保護的なはんだコーティングを提供できることから、好ましい方法として登場しました。融点が低く、濡れ性に優れた共晶錫鉛はんだの導入により、HASL はさらに効果的になりました。長年にわたり、このプロセスは改良され、最適化され、業界の標準となりました。

環境への懸念と規制の高まりに伴い、鉛フリーの HASL オプションが開発されました。これらの代替品では、錫銅や錫銀などの異なるはんだ合金を使用して、鉛に関連する環境や健康への害がなく、同じレベルの保護と信頼性を提供します。

現在でも、HASL は PCB 製造において人気の選択肢となっています。その実績、コスト効率、信頼性により、家庭用電化製品から産業機器まで、多くの用途で表面仕上げとして選ばれています。

「HOT AIR SOLDER LEVELING」とプロセス図を備えた PCB

HASLプロセス

ホットエアーはんだレベリング (HASL) プロセスを理解することは、PCB 製造におけるその利点と用途を理解する上で重要です。ここでは、溶融はんだへの浸漬から冷却、凝固まで、HASL の仕組みを段階的に説明します。

HASLプロセスのステップバイステップの説明

HASL プロセスには、PCB の滑らかで信頼性の高い表面仕上げを確保するためのいくつかの重要なステップが含まれます。詳しく見てみましょう。

溶融はんだへの浸漬

HASL プロセスの最初のステップは、溶融はんだに浸すことです。PCB は、通常、スズと鉛の共晶混合物を含む溶融はんだ槽に浸されます。この混合物は融点が低く、濡れ性に優れているため、PCB のコーティングに最適です。

  • 溶融はんだ槽: はんだ槽は、はんだを液体状態に保つために高温に保たれ、一貫した結果を確実にするために温度が注意深く制御されます。
  • コーティング: PCB が浸されると、溶けたはんだが露出した銅の表面すべてを覆います。このステップにより、保護が必要な PCB のすべての部分に均一なはんだコーティングが施されます。

PCBに使用されている材料について詳しくは、以下をご覧ください。 最も一般的なPCB材料の種類.

高圧熱風レベリング

PCB が溶融はんだでコーティングされたら、はんだ槽から取り出されます。次のステップでは、高圧の熱風を使用してはんだを平らにします。

  • エアナイフ: PCB はエアナイフのセットに通されます。これらの装置は高圧の熱風を PCB の表面に吹き付けます。
  • 平準化: 熱風が PCB から余分なはんだを取り除き、滑らかで均一なコーティングを実現します。このステップは、適切なコンポーネントの配置とはんだ付けに必要な平らな表面を実現するために非常に重要です。

冷却と凝固

平坦化後、はんだコーティングを固めるために PCB を冷却する必要があります。

  • 冷却: PCB は室温または冷却装置を使用して冷却されます。冷却されると、はんだが固まり、銅トレース上に耐久性のある保護層が形成されます。
  • 凝固: 固化したはんだは、PCB を酸化や腐食から保護する強力な導電層を形成します。

はんだ付け技術の詳細については、 PCBはんだ付け.

技術詳細: 使用される材料

HASL プロセスで使用される材料は、その効果にとって重要です。主な材料は共晶錫鉛合金ですが、鉛フリーのオプションも利用できます。

  • 共晶錫鉛合金: この合金の融点はおよそ 183°C (361°F) です。63% スズと 37% 鉛で構成されており、優れた濡れ性と信頼性の高い均一なコーティングを提供します。
  • 鉛フリー代替品: 環境と健康への懸念から、鉛フリーはんだのオプションが開発されました。これには、鉛を使用せずに同様の利点を提供する錫銅、錫銀、またはその他の組み合わせが含まれます。

鉛フリー代替品とその利点については、以下を参照してください。 メタルコアPCBの利点と用途.

複雑な電子設計が施された緑色の PCB のコレクション

HASLの利点

ホットエアーソルダーレベリング (HASL) は、数多くの利点があるため、PCB の表面仕上げに好まれています。エレクトロニクス業界で HASL が人気の選択肢となっている主な利点について見ていきましょう。

はんだ接合部の信頼性

HASL の主な利点の 1 つは、はんだ接合部の信頼性です。

  • 強力なつながり: HASL プロセスにより、機械的ストレスや熱サイクルに耐える堅牢なはんだ接合部が形成されます。HASL 仕上げの PCB にはんだ付けされた電子部品は、時間の経過とともに故障する可能性が低くなります。
  • 耐久性のあるコーティング: はんだコーティングは、接続の完全性を損なう可能性のある酸化や腐食から下層の銅を保護します。これにより、PCB の全体的な寿命とパフォーマンスが向上します。
  • 一貫した品質: HASL は PCB 全体に均一なはんだ層を確保し、電子機器の品質と性能の一貫性を実現します。

コスト効率と可用性

HASL は、コスト効率と幅広い可用性の点でも好まれています。

  • 経済的なオプション: 他の表面仕上げと比較して、HASL は比較的安価です。そのため、品質とコストのバランスを求めるメーカーにとって魅力的な選択肢となります。
  • 追加費用なし多くの PCB メーカーは、追加料金なしで HASL を標準仕上げとして採用しています。これは、特に大規模な生産ラインにとって魅力を高めます。
  • すぐに利用できる: HASL は PCB 業界で確立されたプロセスです。広く使用されているため、ほとんどの PCB 製造施設は HASL を提供できる設備を備えており、製造業者にとって簡単にアクセスすることができます。

部品のはんだ付けの容易さ

もう 1 つの大きな利点は、HASL 仕上げの PCB にコンポーネントを簡単にはんだ付けできることです。

  • 滑らかな表面: 平らなはんだ付け面は、部品を配置するための滑らかで均一な基盤を提供します。これは、正確で信頼性の高い結果を得るために一貫した表面を必要とする自動はんだ付けプロセスにとって非常に重要です。
  • 良好な濡れ性: HASL は濡れ性に優れているため、はんだが PCB とコンポーネントのリードの両方によく流れて接着します。これにより、コールド ジョイントやはんだブリッジなどのはんだ付け不良が発生する可能性が低減します。
  • さまざまなコンポーネントとの互換性: HASL はさまざまな電子部品と互換性があり、さまざまな PCB やアプリケーションに幅広く使用できます。

部品の配置とはんだ付けの詳細については、 最適なPCBコンポーネント配置.

考慮事項と制限事項

ホットエアーソルダーレベリング (HASL) には多くの利点がありますが、注意すべき考慮事項と制限がいくつかあります。これらの要因は、特定のアプリケーションに対する HASL の適合性に影響を与える可能性があるため、慎重に検討する必要があります。

ファインピッチ部品の表面平坦性の問題

HASL の主な制限の 1 つは、表面の平坦性への影響です。

  • 厚さのバリエーション: HASL プロセスでは、他の表面仕上げよりも厚いはんだコーティングが実現される可能性があります。この変化により、PCB の表面に凹凸が生じる可能性があります。
  • ファインピッチの課題: マイクロプロセッサや高密度コネクタなどのファインピッチ部品を搭載した PCB の場合、表面が不均一だと問題が発生することがあります。これらの部品を適切に配置してはんだ付けするには、非常に平坦な表面が必要です。少しでも不均一があると、位置ずれやはんだ付け不良につながる可能性があります。
  • 潜在的な解決策: この問題を軽減するために、メーカーは、ファインピッチ部品を搭載した PCB に無電解ニッケル浸金 (ENIG) や有機はんだ付け保護剤 (OSP) などの他の表面仕上げを選択する場合があります。

ファインピッチコンポーネントの取り扱いの詳細については、 フレックス PCB 設計要件ガイド.

鉛含有量に関する環境と健康への懸念

従来の HASL では共晶錫鉛合金が使用されており、環境と健康に対する懸念が生じます。

  • 鉛の毒性: 鉛は、特に子供に神経損傷や発達障害などの重大な健康リスクをもたらす有毒金属です。鉛を含む物質の取り扱いと廃棄には、曝露を防ぐための厳格な安全プロトコルが必要です。
  • 環境への影響鉛汚染は土壌や水質に影響を与え、環境にも悪影響を及ぼす可能性があります。鉛を含む電子廃棄物は、適切に管理されなければ、長期的な生態学的危険をもたらす可能性があります。
  • 企業コンプライアンス多くの地域では、電子製品における鉛の使用を制限する規制が制定されています。たとえば、欧州連合の RoHS (特定有害物質の使用制限) 指令では、電子機器における鉛やその他の有害物質の使用が制限されています。

鉛フリーHASL代替品の入手可能性

鉛に関連する懸念に対処するために、鉛フリーの HASL 代替品が開発されました。

  • 鉛フリー合金: 鉛フリー HASL では、錫銅、錫銀、錫ビスマスなどの代替はんだ合金を使用します。これらの合金は、従来の錫鉛はんだと同様の利点を提供しますが、健康や環境へのリスクはありません。
  • パフォーマンス: 鉛フリー HASL 仕上げは、はんだ付け性と信頼性に優れているため、従来の HASL の代替として使用できます。特に、規制遵守と環境の持続可能性が優先されるアプリケーションに適しています。
  • 業界での採用: 電子機器業界では、規制要件と持続可能な実践への取り組みにより、鉛フリー HASL の採用が進んでいます。メーカーは、鉛フリー HASL を選択することで、自社製品が世界基準を満たし、環境への影響を削減できることを保証できます。
「HOT AIR SOLDER LEVELING」と図を示す緑色のPCB

HASLの応用

ホットエアーソルダーレベリング (HASL) は、さまざまな業界で使用されている多目的表面仕上げです。信頼性とコスト効率に優れているため、幅広い用途に適しています。

家電

HASL は耐久性とはんだ付けの容易さから、民生用電子機器業界で広く使用されています。

  • スマートフォンとタブレット: HASL は、スマートフォンやタブレットに高密度に搭載されたコンポーネントに信頼性の高い表面仕上げを提供します。これにより、これらのポータブル デバイスの耐久性にとって極めて重要な強力なはんだ接合部が確保されます。
  • ノートパソコンとデスクトップ: HASL によって生成される堅牢なはんだ接合部は、ラップトップやデスクトップの長期的な信頼性にとって不可欠です。これらのデバイスは熱サイクルにさらされることが多く、HASL は一貫したパフォーマンスを維持するのに役立ちます。
  • 家電: スマートテレビからキッチン用品まで、さまざまな家電製品の PCB に HASL が使用されています。これにより、これらのデバイスが寿命を通じて確実に機能することが保証されます。

コンポーネントの機能の詳細については、 一般的に使用される PCB コンポーネントと機能.

カーエレクトロニクス

自動車業界では高い信頼性と耐久性が求められており、HASL は理想的な選択肢となります。

  • エンジン制御ユニット (ECU): ECU は現代の自動車の動作に不可欠です。HASL は、これらのユニットの PCB が自動車環境の過酷な条件に耐えられることを保証します。
  • インフォテインメントシステム: 車のエンターテイメント システムやナビゲーション システムは、信頼性の高いはんだ接合部を備えた PCB に依存しています。HASL は、これらのコンポーネントに必要な耐久性を提供します。
  • 安全システムエアバッグやアンチロック ブレーキ システム (ABS) などの安全システムは、電子部品の信頼性の高いパフォーマンスに依存しています。HASL は、これらのシステムが必要なときに確実に機能するように支援します。

産業用制御システム

産業環境では、制御システムの信頼性が最も重要です。HASL はこれらのアプリケーションで広く使用されています。

  • 機械・ロボット工学: 産業機械やロボット工学では、高ストレスや過酷な環境に耐える PCB が必要です。HASL は、これらのアプリケーションに必要な堅牢性を提供します。
  • 自動化システム: 生産ラインと制御システムでは、一貫性と信頼性の高いパフォーマンスを確保するために、HASL 仕上げの PCB を使用しています。
  • 電源: 産業用電源は、HASL の強力なはんだ接合部と耐久性の恩恵を受け、中断のない動作を保証します。

産業オートメーションの詳細については、 産業オートメーション PCB アセンブリ.

その他の関連産業

HASL は、信頼性が高くコスト効率の高い PCB 仕上げを必要とするさまざまな業界でも使用されています。

  • 医療機器: 医療用電子機器では信頼性が非常に重要です。HASL は医療機器の PCB が完璧に機能することを保証します。
  • 電気通信: ネットワーク機器や通信機器は、耐久性と信頼性の高い接続を実現するためにHASLを利用しています。通信分野での応用については、 通信PCBアセンブリ.
  • 航空宇宙: 航空宇宙産業では、ナビゲーション、通信、制御システム用の信頼性の高い PCB が求められています。HASL は、これらの重要なアプリケーションに必要な堅牢性を提供します。
「HOT AIR SOLDER LEVELING」というテキストとプロセス図が書かれた PCB

結論

ホットエアーソルダーレベリング (HASL) は、PCB 製造業界において依然として基礎的な技術です。信頼性とコスト効率に優れているため、さまざまな用途に最適です。表面の平坦性の問題や鉛含有量に関する懸念など、いくつかの制限はあるものの、HASL は引き続き人気があり、信頼されている表面仕上げです。

技術が進歩し、新しい製造技術が登場するにつれて、HASL は高品質の PCB の製造において引き続き重要な役割を果たすと思われます。耐久性と信頼性の高いはんだ接合部を作成する能力は不可欠であり、電子機器が正しく機能し、長持ちすることを保証します。

この記事が、ホットエアーはんだレベリング (HASL) と PCB 製造におけるその重要性を理解する上で有益で役立つものであることを願っています。ご質問や詳細情報が必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。GlobalWellPCBA のチームが、PCB に関するあらゆるニーズにお応えします。

によって書かれた記事 アリス・リー