PCB熱風レベリング技術の紹介

PCB熱風レベリング技術は現在、比較的成熟した技術ですが、そのプロセスは高温高圧の動的環境にあるため、品質の制御と安定化が困難です。 この論文では、熱風レベリングプロセスの制御に関するいくつかの経験を紹介します。

熱風レベリングはんだコーティングHAL（通称スズ溶射）は、近年基板工場で広く採用されている後処理工程です。 実際には、ディップ溶接と熱風レベリングを組み合わせて、プリント基板のメタライズ穴とプリント ワイヤに共晶はんだをコーティングするプロセスです。 このプロセスは、PCB をフラックスに浸し、溶融したはんだにはんだを浸し、2 つのエア ナイフの間を通過させるというものです。 エアーナイフの熱い圧縮空気を使用してPCB上の余分なはんだを吹き飛ばし、同時に金属穴の余分なはんだを取り除き、明るく平らで均一なはんだコーティングを実現します。

熱風レベリングによるはんだコーティングの最も優れた利点は、コーティング組成が変化しないこと、プリント回路のエッジを完全に保護できること、エア ナイフでコーティングの厚さを制御できることです。 コーティングとベースの銅との間の結合により、金属結合が形成され、濡れ性、溶接性、および耐食性が良好になります。 PCBの後工程として、その長所と短所は、PCBの外観、耐食性、および顧客の溶接品質に直接影響します。 プロセスをどのように制御するかは、PCB メーカーの関心事です。 ここで、最も広く使用されている垂直熱風レベリングの PCB プロセス制御の経験について話しましょう。

1、 フラックスの選定と適用

熱風レベリングに使用するフラックスは特殊フラックスです。 熱風レベリングにおけるその役割は、プリント回路基板に露出した銅表面を活性化し、銅表面のはんだの濡れ性を改善することです。 ラミネートの表面が過熱しないようにし、レベリング後に冷却するときにはんだを保護して、はんだの酸化を防ぎます。また、はんだがはんだバリア コーティングにくっつかないようにして、はんだがパッド間をブリッジするのを防ぎます。 廃フラックスははんだ表面をきれいにすることができ、はんだ酸化物は廃フラックスと一緒に排出されます。

熱風レベリング用の特別なフラックスには、次の特性が必要です。

1.水溶性フラックス、生分解性、非毒性でなければなりません。

水溶性フラックスは洗浄が容易で、ボード表面に残留物が少なく、ボード表面にイオン汚染を形成しません。 生分解物は特別な処理なしで排出でき、環境要件を満たし、人体への害を大幅に減らします。

2.良い活動

活性については、銅表面の酸化層を除去する性質により、銅表面のはんだの濡れ性が向上します。 通常、はんだには活性剤が添加されます。 選択にあたっては、はんだへの銅の溶解度を下げ、機器への煙による損傷を減らすために、良好な活性と銅への最小限の腐食の両方を考慮する必要があります。

フラックスの活性は、主にスズの充填能力に反映されます。 さまざまなフラックスによって使用される活性物質が異なるため、それらの活性は異なります。 高活性フラックス、高密度パッドおよびパッチの優れた錫コーティング。 反対に、銅は基板上に露出しやすく、活性物質の活性は錫表面の明るさと平坦性にも反映されます。

3. 熱安定性

グリーンオイルと基質が高温の影響を受けるのを防ぎます。

4.一定の粘度が必要

熱風レベリングには、フラックスに一定の粘度が必要です。 粘度は、フラックスの流動性を決定します。 はんだとラミネート表面を完全に保護するために、フラックスには一定の粘度が必要です。 粘度の低いフラックスは、PCB ラミネート表面に付着しやすく (スズ吊りとも呼ばれます)、IC など密集した場所でブリッジしやすくなります。

5.適度な酸味

酸度が高すぎるはんだフラックスは、スプレー前にソルダーマスクの端を剥がしやすく、スプレー後の残留物がスズ表面を黒く酸化させやすくなります。 一般的に、フラックスのPH値は約2.5～3.5です。

その他の特性は、主にオペレーターへの影響と運用コストに反映されます。たとえば、悪臭、高揮発性物質、大きな煙、単位コーティング面積などは、メーカーが実験に基づいて選択する必要があります。

試用期間中は、次のパフォーマンスを 1 つずつテストして比較できます。

1. 平坦度、明るさ、穴の詰まりの有無

2. 演習: 微細で高密度のパッチ回路基板を選択して、スズの負荷能力をテストします。

3. 基板にフラックスを 30 分間塗布します。 清掃後、グリーンオイルの剥がれ具合をテープでテストします。

4. スプレー プレートを 30 分間放置し、錫の表面が黒くなるかどうかをテストします。

5.洗浄後の残留物

6. 高密度 IC ビットが接続されているかどうか。

7. 単板（ガラス繊維板等）の裏面にブリキが掛けられているか。

8. スモーク

9. 揮発性、臭気、希釈剤の添加の要否

10. 洗浄中の泡の有無。

2、 熱風レベリングプロセスパラメータの制御と選択

熱風レベリング プロセス パラメータには、PCB はんだ温度、ディップ溶接時間、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 上昇速度が含まれます。 これらのプロセス パラメータが PCB の品質に与える影響については、以下で説明します。

1. 錫浸漬時間:

スズ浸漬時間は、はんだコーティングの品質と密接に関係しています。 ディップ溶接では、はんだ中のベース銅とスズの間に金属化合物 JIMC の層が形成され、ワイヤにはんだコーティングの層が形成されます。 上記のプロセスは、一般に 2 ～ 4 秒かかり、その間に良好な金属間化合物が形成されます。 時間が長いほど、はんだは厚くなります。 ただし、時間が長すぎるとPCBの基材が層状になり、緑色の油が泡立ちます。 時間が短すぎると、半浸漬現象が起こりやすく、局部的な錫表面が白くなり、また、錫表面が荒れやすくなります。

2. 浴温：

鉛 37/スズ 63 合金は、PCB や電子部品のはんだ付け材料として広く使用されており、その融点は 183 ℃ です。 はんだの温度が 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くなります。 温度が 221 ℃ の場合、はんだは濡れゾーンに入り、範囲は 221 ℃ ～ 293 ℃ です。 高温ではプレートが傷つきやすいので、はんだ温度は低めに設定してください。 理論上は232℃がはんだ温度の上限であり、実際には250℃が最適な温度として設定できます。

3.エアナイフ圧力：

はんだ付けされた PCB にはんだが多すぎて、メタライズされた穴のほとんどすべてがはんだで塞がれています。 エアナイフの機能は、余分なはんだを吹き飛ばし、メタライズされた穴を導通させて、メタライズされた穴の開口部を小さくしすぎないようにすることです。 この目的で使用されるエネルギーは、エア ナイフの圧力と流量によって提供されます。 圧力が高いほど、流量が速くなり、はんだコーティングが薄くなります。 したがって、エアナイフの圧力は、熱風レベリングの最も重要なパラメータの 1 つです。 通常、エアナイフの圧力は 0.3 ～ 0.5Mpa です。

エアナイフの前後圧力は、一般的に前が大きく、後ろが小さくなるように制御されており、圧力差は0.05MPaです。 ボード表面の幾何学図形の分布に従って、前後のエア ナイフの圧力を適切に調整して、IC の位置が平らになり、パッチに突起がないようにすることができます。 具体的な値については、工場のスズ噴霧機の工場マニュアルを参照してください。

4. エアナイフ温度:

エアナイフから流出する熱風は、PCB や空気圧にほとんど影響を与えません。 ただし、エアナイフの温度を上げると、空気が膨張するのに役立ちます。 したがって、圧力が一定の場合、空気温度を上げると、より大きな空気量とより速い流速が得られ、より大きなレベリング力が生成されます。 エアナイフの温度は、レベリング後のはんだコーティングの外観に一定の影響を与えます。 エアナイフ温度が93℃以下の場合、塗装面が黒ずみます。 気温の上昇に伴い、黒ずみは減少傾向にあります。 176℃で黒ずみが完全に消えます。 したがって、エアナイフの最低温度は 176 ℃ を下回ってはなりません。 一般的に、良好な錫表面の平坦性を得るために、エアナイフの温度は 300 ℃ から 400 ℃ の間で制御できます。

5. エア ナイフの間隔:

エア ナイフ内の熱い空気がノズルから出ると、エア ナイフの間隔の 2 乗に比例して流量が遅くなります。 したがって、間隔が広いほど、風速が小さくなり、レベリング力が低くなります。 エアー ナイフの間隔は一般に 0.95-1.25CM です。 エアナイフの間隔は小さすぎてはいけません。これにより、プリント基板に摩擦が生じ、庭が汚染されるのを防ぐことができます。 上下のエアナイフの間隔は一般的に4mm程度に保たれており、大きすぎるとはんだ飛散が発生しやすくなります。

6.エアナイフ角度：

ボードを吹き飛ばすエアナイフの角度は、はんだコーティングの厚さに影響します。 角度調整が悪いと、プリント基板両面のはんだ厚みが異なり、溶融はんだ飛散や異音の原因にもなります。 ほとんどの前後のエア ナイフの角度は下向き 4 度に調整されますが、これは特定のプレート タイプとプレート表面の幾何学的分布角度に応じてわずかに調整されます。

7. PCB の上昇速度:

熱風レベリングに関連するもう 1 つの変数は、エア ナイフ間を通過する速度、つまりコンベアの上昇速度です。 このパラメータは、はんだの厚さに影響します。 速度が遅く、PCB に吹き付ける空気が多いため、はんだが薄くなります。 それどころか、はんだが厚すぎて、穴を塞いでしまうことさえあります。

8. PCB の予熱温度と時間:

予熱の目的は、フラックスの活性を高め、熱衝撃を軽減することです。 一般的に予熱温度は343℃です。 15秒予熱すると、プリント基板の表面温度が約80℃に達することがあります。 一部の熱風レベリングには、予熱プロセスがありません。

3、PCBはんだ膜厚の均一性

熱風レベリングで塗布されるはんだの厚みは、基本的に均一です。 ただし、プリント ワイヤの幾何学的要素の変化に伴い、はんだに対するエア ナイフのレベリング効果も変化するため、熱風レベリングのためのはんだコーティングの厚さも変化します。 一般に、レベリング方向と平行なプリント線は、空気抵抗が小さく、レベリング力が大きいため、被覆が薄くなります。 レベリング方向に対して垂直なプリント線は、空気抵抗が大きいため、レベリング効果が小さくなります。 そのため、コーティングが厚くなり、メタライズ穴内のはんだコーティングが不均一になります。 完全に均一で平坦なスズ表面を得るのは非常に困難です。なぜなら、PCB はんだは、高温のスズ炉に投入されるとすぐに強い圧力と高温の動的環境に置かれるからです。 ただし、パラメータ調整により、可能な限りスムーズにすることができます。

1.活性フラックスとはんだの選択

フラックスは錫表面の平坦度の主な要因です。 良好なフラックス活性により、滑らかで光沢のある完全なスズ表面を得ることができます。

はんだには純度の高い鉛錫合金を選択し、定期的に銅漂白を行い、銅含有量を0.03%以下に抑えます。

2. 装備調整

エアナイフは、ブリキの表面の平坦度を調整する直接的な要因です。 エアナイフの角度、前後のエアナイフの圧力と圧力差、エアナイフの温度、エアナイフの間隔（垂直距離、水平距離）、リフト速度がボードに大きな影響を与えます。 水面。 プレートの種類が異なれば、パラメータ値も異なります。 一部の技術的に高度なスズ溶射機には、自動調整のためにさまざまなプレート タイプのパラメーターをコンピューターに保存するためのマイクロコンピューターが装備されています。

エアナイフとガイドレールを定期的に清掃し、2 時間ごとにエアナイフの隙間の残留物を清掃してください。 生産量が多い場合、洗浄密度が高くなります。

3. 前処理

マイクロエッチング処理は、PCB 錫表面の平坦性にも大きな影響を与えます。 マイクロ エッチングの深さが浅すぎるため、銅とスズが PCB 表面に銅スズ化合物を形成するのが難しく、局所的なスズ表面の粗さが生じます。 マイクロエッチング溶液の安定剤が不十分なため、銅のエッチングが速すぎて不均一になり、錫の表面が不均一になります。 一般的には APS システムが推奨されます。

プレートの種類によっては、焼き付け前処理が必要になることがあります。これは、スズ コーティングの平滑性にも一定の影響を与えます。

4. 従来の PCB 工程管理

熱風レベリングは最終工程のため、現像不良による錫メッキ不良など、前工程の影響が多くあります。 前工程の管理を強化することで、熱風レベリングの問題を大幅に軽減することができます。

上記の熱風レベリングのはんだ膜厚はバラツキがありますが、MIL-STD-275Dの要求を満足することができます。