Tổng quan ngắn gọn
Sự khác biệt chính giữa hàn nóng chảy và hàn sóng là: hàn nóng chảy được sử dụng cho các bảng mạch có linh kiện gắn bề mặt, trong khi hàn sóng được sử dụng cho các bảng mạch có linh kiện gắn lỗ xuyên. Hàn nóng chảy là một trong ba quy trình chính trong SMT quá trình hàn. Quá trình hàn lại chủ yếu được sử dụng để hàn các bảng mạch in đã được lắp đặt linh kiện sẵn. Trong quá trình hàn lại, bột hàn sẽ nóng chảy rồi nguội đi. Quá trình nguội đi giúp cố định các linh kiện và các điểm tiếp xúc lại với nhau.
Phần dưới đây về thiết bị hàn nóng chảy Nitto sẽ giải thích nguyên lý kỹ thuật của quá trình hàn nóng chảy. Phần này cũng cung cấp cái nhìn chi tiết về công nghệ lắp đặt được sử dụng trong ngành công nghiệp SMT. Các máy hàn nóng chảy của Nitto Denko sử dụng thiết kế mô-đun, kỹ thuật số và thân thiện với người dùng. Chúng thể hiện hiệu suất mạnh mẽ, độ tin cậy, an toàn, dễ bảo trì và dễ sử dụng. Những tính năng này giúp khách hàng giảm chi phí vận hành. Chúng cũng giúp khách hàng sản xuất các sản phẩm chất lượng đúng thời hạn. Đối với các sản phẩm hàn sóng, những máy này là sự lựa chọn hàng đầu và là một khoản đầu tư tốt.
Bốn công nghệ mới trong hệ thống lò hàn sóng
1) Phun thẳng đứng lên bề mặt bảng mạch in (với hệ thống tối ưu hóa đường đi)
A. Khi vòi phun hướng vuông góc với bảng mạch in (PCB), chất trợ hàn sẽ lan tỏa đều hơn trên bảng mạch. Tia phun có khả năng thấm sâu vào các lỗ tốt hơn. Điều này giúp cải thiện khả năng bám dính và lan tỏa của hàn nóng chảy.
B. Hệ thống tối ưu hóa đường đi tự động đảm bảo lớp phủ từ trường được phân bố đều.
C. Phần mềm tiên tiến có thể điều chỉnh các thông số phun dựa trên tốc độ băng tải và chiều rộng của bảng mạch in.
(Các hình ảnh được đề cập trong văn bản gốc không được đưa vào đây.)
2) Máy hàn sóng sử dụng bể đúc bằng sắt có bề mặt gốm để kéo dài tuổi thọ
A. Việc sử dụng thành bể bằng gang dày 10 mm giúp tăng đáng kể khả năng chống biến dạng của bể khi bị gia nhiệt.
B. Gang chứa nhiều than chì. Than chì không kết dính tốt với chất hàn, do đó ít gây ăn mòn cho bồn chứa. Để nâng cao hơn nữa khả năng chống ăn mòn và độ nhẵn của bồn chứa, bề mặt gang được xử lý bằng gốm. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng.
3) Các kênh dòng chảy mới và thiết kế vòi phun mới nhằm giảm quá trình oxy hóa và tiết kiệm chi phí vận hành
Những thay đổi này giúp giảm mức độ oxy hóa, từ đó giúp giảm chi phí vận hành cho khách hàng.
4) Thiết kế cánh quạt và kênh dẫn dòng mới nhằm giúp sóng hàn ổn định hơn
- Cấu trúc của vòi phun, kênh dòng chảy và cánh quạt có ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của sóng.
- Chiều cao sóng có thể được điều chỉnh trong phạm vi ±0,5 mm.
- Ưu điểm của phương pháp sấy sơ bộ kết hợp a. Sấy sơ bộ bằng tia hồng ngoại giúp tăng nhiệt độ nhanh chóng. Sấy sơ bộ bằng khí nóng giúp duy trì nhiệt độ đồng đều. b. Sử dụng kết hợp cả tia hồng ngoại và khí nóng giúp làm nóng nhanh và đảm bảo nhiệt độ đồng đều hơn. c. Phương pháp sấy sơ bộ kết hợp đặc biệt phù hợp với chất trợ hàn hòa tan trong nước.
- Hệ thống phun chọn lọc cục bộ tích hợp A. Cơ cấu phun cục bộ di chuyển theo trục X và Y nhờ động cơ bước kết hợp với dây đai đồng bộ, trục vít bi và thanh dẫn tuyến tính. Điều này cho phép phun chọn lọc cục bộ chất hàn. B. Các vòi phun được chọn có thể thực hiện phun điểm, phun đường thẳng và phun hình chữ nhật. C. Hệ thống sử dụng máy tính cá nhân (PC) kết hợp với bo mạch điều khiển chuyển động. Hệ thống phản hồi nhanh, đảm bảo độ chính xác cao và có thể lập trình. Nó dễ vận hành và vệ sinh. D. Hệ thống này phù hợp khi diện tích phun nhỏ hơn 50% diện tích tổng thể. Nó có thể tiết kiệm hơn 50% lượng chất hàn.
- Thiết bị cấp nitơ cục bộ trong khu vực bể hàn A. Thiết bị cấp nitơ cục bộ trong bể hàn có thể cung cấp nồng độ nitơ cao dưới bảng mạch và xung quanh vòi phun hàn chỉ với một lượng nitơ nhỏ. B. Thiết bị sử dụng ống nano-vi xốp bằng thép không gỉ đặc biệt. Nitơ khuếch tán và lấp đầy khu vực này một cách đồng đều với nồng độ cao. C. Ba đồng hồ đo lưu lượng điều khiển ba đường ống nitơ. Lượng nitơ sử dụng khoảng 12 m³/h. Nồng độ oxy gần dòng hàn qua vòi phun khoảng 1000 ppm. D. Điều này giúp cải thiện chất lượng hàn và giảm quá trình oxy hóa hàn. Thiết bị này không cung cấp chức năng phát hiện nồng độ oxy trực tuyến.
1. Nguyên lý hàn nóng chảy
Do các bảng mạch in (PCB) ngày càng nhỏ gọn, các linh kiện dạng chip ngày càng phổ biến. Các phương pháp hàn truyền thống không còn đáp ứng được nhu cầu. Đối với việc lắp ráp bảng mạch tích hợp hỗn hợp, người ta sử dụng phương pháp hàn nóng chảy. Các linh kiện được sử dụng trong quá trình lắp ráp này thường bao gồm tụ điện chip, cuộn cảm chip, bóng bán dẫn chip, điốt, v.v.
Cùng với sự phát triển và hoàn thiện của công nghệ SMT, ngày càng có nhiều linh kiện SMC và thiết bị SMD ra đời. Quy trình và thiết bị hàn nóng chảy cũng được cải tiến. Việc áp dụng công nghệ hàn nóng chảy ngày càng phổ biến. Hiện nay, hầu hết các sản phẩm điện tử đều sử dụng phương pháp hàn nóng chảy.
Hàn nóng chảy (tiếng Anh: Quá trình hàn lại) làm tan chảy hỗn hợp hàn đã được bôi sẵn lên các điểm hàn trên bảng mạch in (PCB). Trong quá trình này, các chân hoặc đầu nối của linh kiện gắn bề mặt sẽ kết nối cả về mặt cơ học lẫn điện với các điểm hàn trên PCB. Quá trình hàn lại (reflow) giúp gắn các linh kiện vào bảng mạch. Quá trình này hoạt động nhờ luồng khí nóng tác động lên các mối hàn. Chất trợ hàn trong hỗn hợp sẽ phản ứng ở nhiệt độ cao nhất định để tạo thành các mối hàn SMD. Tên gọi tái phân bố đề cập đến quá trình lưu thông khí nóng bên trong máy nhằm đạt được nhiệt độ cao cần thiết cho quá trình hàn.
2. Mô tả cơ bản về máy hàn nóng chảy (kèm theo đường cong nhiệt độ)
Khi một bảng mạch in (PCB) đi vào vùng gia nhiệt:
A. Các dung môi và khí trong hỗn hợp hàn bay hơi. Đồng thời, chất trợ hàn thấm ướt các điểm tiếp xúc, các chân linh kiện và các chân cắm. Hỗn hợp hàn mềm ra và xẹp xuống. Nó bao phủ các điểm tiếp xúc và ngăn không cho oxy tiếp xúc với các điểm tiếp xúc và các chân linh kiện.
B. Khi bảng mạch in (PCB) đi vào vùng làm nóng sơ bộ, bảng mạch và các linh kiện sẽ được làm nóng sơ bộ đủ nhiệt độ. Điều này giúp ngăn ngừa hư hỏng do nhiệt độ tăng đột ngột lên nhiệt độ hàn.
C. Khi bảng mạch in (PCB) đi vào vùng hàn nóng chảy, nhiệt độ tăng nhanh và hỗn hợp hàn tan chảy. Chất hàn lỏng bám vào các điểm tiếp xúc, các chân linh kiện và các chân cắm. Chất hàn lan rộng và chảy, tạo thành các mối hàn thông qua quá trình bám dính và trộn lẫn.
D. Bảng mạch in (PCB) đi vào vùng làm mát và chất hàn đông cứng lại. Quá trình hàn nóng chảy đến đây là hoàn tất.
(Thông thường, các tài liệu hướng dẫn sẽ trình bày biểu đồ đường cong nhiệt độ hàn lại tiêu chuẩn tại đây.)
3. Yêu cầu đối với quy trình hàn nóng chảy
Quá trình hàn nóng chảy là một quy trình phổ biến trong sản xuất điện tử. Các bo mạch trong máy tính của chúng ta đều sử dụng quy trình này. Những ưu điểm của quy trình này bao gồm: dễ kiểm soát nhiệt độ, hạn chế quá trình oxy hóa trong quá trình hàn, và dễ kiểm soát chi phí sản xuất.
Máy được trang bị hệ thống gia nhiệt. Nitơ nóng hoặc không khí nóng được thổi vào bảng mạch đã được lắp các linh kiện. Chất hàn tan chảy và liên kết các linh kiện với bảng mạch in (PCB).
Điểm chính:
- Đặt cấu hình nhiệt độ hàn lại phù hợp. Kiểm tra cấu hình này bằng đầu dò nhiệt trong thời gian thực.
- Trong quá trình gia công, hãy tuân thủ hướng hàn được thiết kế trên bảng mạch.
- Tránh để băng tải bị rung lắc trong quá trình hàn.
- Kiểm tra chất lượng các bảng mạch đã hàn.
- Kiểm tra xem liệu chất hàn có được phủ đầy đủ hay không, bề mặt mối hàn có ướt không, hình dạng mối hàn có dạng nửa vầng trăng đẹp mắt hay không, đồng thời tìm kiếm các hạt hàn và cặn bã, hiện tượng “tombstoning” (mối hàn nhô cao) và các mối hàn lạnh. Ngoài ra, hãy kiểm tra xem có sự thay đổi màu sắc trên bề mặt PCB hay không. Điều chỉnh biểu đồ nhiệt độ dựa trên kết quả kiểm tra. Trong quá trình sản xuất hàng loạt, hãy thường xuyên kiểm tra chất lượng mối hàn.
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn nóng chảy
- Các linh kiện có kích thước lớn như PLCC và QFP cùng một số linh kiện chip rời có khối lượng nhiệt lớn hơn. Việc hàn các linh kiện lớn khó hơn so với các linh kiện nhỏ.
- Băng tải trong lò hàn lại di chuyển các linh kiện theo vòng lặp. Băng tải này cũng đóng vai trò như một bộ tản nhiệt. Điều kiện nhiệt độ ở mép và giữa phần gia nhiệt là khác nhau. Do đó, ngay cả trong cùng một vùng, nhiệt độ cũng có sự chênh lệch. Mỗi vùng nhiệt độ trong lò và mỗi vị trí trên bảng mạch có thể có nhiệt độ khác nhau.
- Tải trọng sản phẩm ảnh hưởng đến độ lặp lại. Khi điều chỉnh đường cong nhiệt độ hàn lại, các kỹ sư phải đảm bảo rằng nó mang lại kết quả nhất quán trong điều kiện không tải, có tải và dưới các hệ số tải khác nhau. Hệ số tải LF = L / (L + S), trong đó L = chiều dài của các bảng mạch đã lắp ráp trên băng tải và S = khoảng cách giữa các bảng mạch. Sẽ khó đạt được độ lặp lại tốt hơn khi LF lớn. Phạm vi hệ số tải lớn điển hình là 0,5–0,9, tùy thuộc vào sản phẩm (mật độ linh kiện, loại bảng mạch) và loại lò. Để hàn tốt và đạt được độ lặp lại cao cần có kinh nghiệm thực tế.
5. Ưu điểm của quy trình hàn nóng chảy
- Phương pháp hàn nóng chảy không nhúng bảng mạch in (PCB) vào dung dịch hàn nóng chảy. Thay vào đó, phương pháp này sử dụng nhiệt cục bộ. Do đó, các linh kiện ít bị sốc nhiệt hơn. Các linh kiện cũng ít có khả năng bị hư hỏng do quá nhiệt.
- Vì chất hàn chỉ được bôi lên điểm nối và nhiệt được tác động cục bộ, nên các khuyết tật như hiện tượng cầu hàn sẽ dễ tránh hơn.
- Chất hàn trong quá trình hàn nóng chảy chỉ được sử dụng một lần. Chất hàn không được tái sử dụng. Điều này giúp chất hàn luôn sạch sẽ, không chứa tạp chất và góp phần đảm bảo các mối hàn đạt chất lượng tốt.
6. Quy trình tái nung
Quá trình hàn nóng chảy được sử dụng cho các bảng mạch gắn bề mặt. Quy trình này tương đối phức tạp và có hai loại chính: gắn một mặt và gắn hai mặt.
A. Lắp ráp một mặt: bôi keo hàn → đặt linh kiện (bằng tay hoặc bằng máy) → hàn nóng chảy → kiểm tra và thử nghiệm điện.
B. Lắp ráp hai mặt: Mặt A: bôi keo hàn → lắp linh kiện → nung chảy → Mặt B: bôi keo hàn → lắp linh kiện → nung chảy → kiểm tra và thử nghiệm điện.
Tóm tắt đơn giản là: “in lưới keo hàn → lắp linh kiện → nung lại.” Yếu tố then chốt là quá trình in lưới phải chính xác. Hiệu suất lắp đặt phụ thuộc vào tốc độ lắp đặt (PPM) của máy lắp linh kiện. Đối với quá trình nung lại, cần kiểm soát tốc độ tăng nhiệt, nhiệt độ đỉnh và đường cong làm mát.
7. Các quy tắc bảo trì máy hàn lại
Sau khi sử dụng máy hàn nóng chảy, bạn phải tiến hành bảo dưỡng. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
- Hãy kiểm tra từng bộ phận của máy hàng ngày. Đặc biệt chú ý đến băng tải lưới. Đảm bảo băng tải không bị kẹt hoặc rơi ra.
- Khi sửa chữa máy, hãy ngắt nguồn điện để tránh bị điện giật hoặc chập mạch.
- Giữ cho máy ở trạng thái ổn định. Máy không được nghiêng hoặc mất thăng bằng.
- Nếu một vùng sưởi ngừng hoạt động, trước tiên hãy kiểm tra cầu chì tương ứng. (Trong văn bản gốc, câu này dường như bị cắt bớt; cầu chì thường là thứ đầu tiên cần kiểm tra.)
8. Lưu ý về an toàn và vận hành máy hàn nóng chảy
- Để đảm bảo an toàn cá nhân, người vận hành phải tháo thẻ tên và các món trang sức đeo trên người. Không mặc áo có ống tay rộng.
- Hãy cẩn thận với nhiệt độ cao và tránh bị bỏng. Hãy mặc trang phục bảo hộ phù hợp.
- Không được tùy tiện thay đổi các vùng nhiệt độ của lò nướng hoặc tốc độ băng tải.
- Đảm bảo thông gió cho phòng. Ống thoát khí phải dẫn ra ngoài cửa sổ.
Tóm tắt ngắn gọn
- Phương pháp hàn nóng chảy (Reflow) dành cho bảng mạch SMD. Phương pháp hàn sóng (Wave soldering) dành cho bảng mạch lỗ thông.
- Quá trình hàn nóng chảy làm tan chảy lớp keo hàn đã được bôi sẵn bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và làm mát. Quá trình hàn sóng nhúng bảng mạch vào dòng sóng hàn đang chuyển động.
- Phương pháp hàn nóng chảy giúp kiểm soát tốt nhiệt độ và quá trình oxy hóa, và được sử dụng rộng rãi trong lắp ráp SMT.
- Các hệ thống hàn sóng hiện đại được trang bị tính năng phun thẳng đứng, vật liệu lò nung chất lượng cao hơn, thiết kế dòng chảy được cải tiến, hệ thống sấy sơ bộ kết hợp, phun cục bộ và hệ thống nitơ cục bộ nhằm nâng cao hiệu suất và giảm chi phí.
- Đảm bảo các thông số nhiệt độ chính xác, lập kế hoạch tải, kiểm tra kỹ lưỡng và bảo trì định kỳ là những yếu tố then chốt để đảm bảo năng suất ổn định cho cả quy trình hàn nóng chảy và hàn sóng.
