HÀN MẠCH ĐIỆN TỬ - prostech.vn

Kiến thức cơ bản

Vật liệu hàn mạch Quy trình hàn mạch Thiết bị hàn mạch

HÀN MẠCH ĐIỆN TỬ

LỜI MỞ ĐẦU

I. Hàn mạch là gì? 03

Để trở thành một kỹ sư điện tử, việc hiểu biết các kiến thức liên quan đến

mạch điện tử đặc biệt là công đoạn lắp ráp – hàn mạch là một yếu tố không

thể thiếu. Ở giảng đường đại học, các kiến thức này cũng đã được giảng dạy

tuy nhiên thiếu tính cập nhật. E-book này sẽ mang đến cho kỹ sư điện tử

những kiến thức cập nhật và cơ bản nhất trong công đoạn hàn mạch điện tử

bằng các công nghệ mới nhất. Khi các nhà sản xuất thiết bị điện tử hoặc các

công ty OEM thực hiện công đoạn lắp ráp hàng trăm, hàng nghìn mạch PCB

mỗi ngày, việc sử dụng các công nghệ sản xuất hàng loạt như SMT trong dây

chuyền reflow và hàn song wave soldering là không thể tránh khỏi, thay vì để

công nhân ngồi hàn tay từng mạch.

Hiểu được các loại vật liệu sử dụng và quy trình hàn mạch hiện đại sẽ giúp

bạn trở thành một kỹ sư điện tử, thiết kế xuất sắc, giải quyết được các vấn đề

từ gốc trong các trường hợp khẩn cấp.

II. Các phương diện của hàn mạch

1. Vật liệu hàn mạch

2. Quy trình hàn mạch và thiết bị3. Lựa chọn vật liệu hàn phù hợp

04

04

0711

I. HÀN MẠCH LÀ GÌ?Hàn là một quy trình kết nối hai vật liệu

bằng kim loại với nhau bằng việc làm

nóng chảy một vật liệu khác – vật liệu

hàn. Quy trình hàn mạch khác với một

quy trình khác cũng được gọi là hàn

(weld) mà không sử dụng vật liệu thứ 3,

trực tiếp làm nóng chảy bề mặt một

trong hai hoặc cả hai kim loại để nối

chúng lại nhưng vẫn giữ đúng hình dạng

ban đầu, không biến đổi quá nhiều.

Không giống với hàn kim loại (weld), hàn mạch không làm nóng chảy bề mặt hàn

Trong phương pháp hàn cứng (braze), phần bề mặt kim loại mặc dù cũng không bị

nóng chảy nhưng vật liệu lại nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với hàn mạch.

Đối với bảng mạch in điện tử (PCB), hàn

được sử dụng để lắp ráp các linh kiện

điện tử lên bề mặt, đảm bảo tính chắc

chắn vật lý và khả năng dẫn điện/ tin hiệu

giữa chân của các linh kiện với vị trí được

đánh dấu trên PCB. Để đạt được những

quy chuẩn này, việc lựa chọn loại vật liệu

có hợp chất kim loại phù hợp là quan

trọng.

Sau khi sử dụng vật liệu hàn để lắp ráp,

để bảo vệ được mối hàn khỏi hiện tượng

oxi hóa, khu vực xung quanh mối hàn đó

sẽ được bảo vệ bằng cách nhúng xuống

một bể hàn với không khí nóng hoặc

được mạ một lớp niken hoặc palladium

lên phía trên.

Bên cạnh đó, trước khi bắt đầu hàn

mạch, bề mặt của bảng mạch cũng sẽ

được làm sạch trước để loại bỏ vết bẩn,

vết oxi hóa bằng chất trợ hàn (flux) giúp

vật liệu hàn sau đó dễ bám và thẩm thấu

lại trên bề mặt hơn.

Để có thể nắm được quy trình hàn mạch

điện tử PCB, cần tìm hiểu trên các

phương diện:

Vật liệu hàn mạch

Quy trình hàn mạch

Thiết bị hàn mạch

Chú ý:

W. www.prostech.vn -3

II. CÁC PHƯƠNG DIỆN CỦA HÀN MẠCH

Trong quy trình lắp ráp PCB, loại hợp kim

được sử dụng phổ biến nhất là sự kết hợp

của Thiếc (Sn) và Chì (Pb) với tỷ lệ 63/37,

nóng chảy ở nhiệt độ 183 °C (361 °F),

thường được ký hiệu: Sn63 - Pb37.

Tuy nhiên, khi nhu cầu về một mối hàn

chắc chắn hơn để đảm bảo về sự kết dính

về mặt cơ khí và điện (khả năng dẫn điện,

kháng lực kéo, và hàn linh kiện nhỏ) và

nhân.

Đó là nguyên nhân chính dẫn đến sự ra

đời của vật liệu hàn không chì. Thời kỳ

đầu, việc loại bỏ chì và thay bằng kim loại

khác khiến nhiệt độ nóng chảy của hợp

kim lên đến 250 °C (482 °F), gây khó khăn

cho sản xuất. Tuy nhiên, hiện nay cùng

với sự phát triển của công nghệ, các vật

liệu hàn không chì đã được cải tiến với

nhiệt độ nóng chảy thấp hơn, thấp hơn

cả so với hợp kim chì có thể kể đến như

Sn65-Bi58 (ở 139°C) hoặc Sn-57.6Bi-0.4Ag

tuổi thọ của thiết bị, bạc (Ag) đã được sử dụng như một thành phần mới, tuy chỉ chiếm

một lượng bé nhưng quan trọng. Một số các hợp kim chứa bạc thường gặp có thể kể

đến như: Sn62-Ag2.0-Pb36; Sn-0.4 Ag-36.8Pb; Sn-3.0 Ag-0.5 Sb-34.5Pb; …

Ngày nay, vật liệu hàn mạch có ở nhiều dạng và hình thành bằng nhiều hỗn hợp kim loại

tùy vào ứng dụng, yêu cầu kỹ thuật. Về cơ bản, chúng được phân chia dựa trên thành

phần hợp kim và dạng chất.

1. Vật liệu hàn mạch

1.1. Hợp kim

a. Silver solder

b. Vật liệu hàn không chì

W. www.prostech.vn -4

Vì lý do môi trường (và việc thi hành quy

định về giới hạn một số kim loại nặng gây

hại cho môi trường trong sản phẩm điện

tử - RoHS), vật liệu hàn cũng dần dần loại

bỏ chì Pb ra khỏi thành phần của mình.

Những ảnh hưởng tiêu cực của vật liệu

hàn chứa chì có thể kể đến như:

Lượng chì có trong thiết bị điện tử rất

bé – khó tái sử dụng – tăng độc hại cho

môi trường.

Trong nhà máy sản xuất, áp suất hơi

của Pb cao hơn nhiều so với kim loại

khác, tạo khí độc ảnh hưởng đến công

Dây hàn là một loại vật liệu hàn rộng rãi,

chủ yếu trong dân dụng hoặc sửa chữa

mối hàn hỏng trên bảng mạch. Vì được

sử dụng nhiều nên nhiều khi có sự đánh

đồng giữa dây hàn và thiếc hàn. Không

phải các loại dây hàn đều giống nhau, nó

khác nhau từ cấu tạo đến kích thước phù

hợp với từng ứng dụng.

Thường thì dây hàn có nhiệt độ nóng

chảy thấp nên có thể dễ dàng sử dụng

bằng máy hàn xung hoặc trạm hàn bằng

tay. Một số loại dây hàn có lõi là chất trợ

hàn (flux) giúp làm sạch bề mặt và đảm

Căn cứ theo hình thức của vật liệu hàn, có thể chia thành các loại chính được sử dụng

rộng rãi như sau:

1.2. Dạng vật liệu hàn

a. Dây hàn

Thanh hàn là loại vật liệu như cái tên của nó, được đúc thành các thanh, thỏi kim loại dài

và nặng. Thanh hàn thường được làm nóng chảy trong các bể hàn và tiếp đó sử dụng

cho quy trình hàn sóng – lắp ráp bảng mạch với số lượng lớn.

b. Thanh (thiếc) hàn

- 5W. www.prostech.vn

bảo độ bám dính của hợp kim trên bề mặt hàn.

Bên cạnh các vật liệu hàn thường gặp, còn một loại vật liệu khác đóng vai trò không thể thiếu – chất trợ hàn flux.Chất trợ hàn này là hóa chất thuộc dòng tẩy rửa được sử dụng trước và trong quá trình hàn linh kiện lên bảng mạch in.Chất trợ hàn được sử dụng trong cả quy trinh hàn tay và trong hệ thống máy móc tự động hóa hiện đại ở một đóng gói cách biệt hoặc được tích hợp trở thành một bộ phận của vật liệu hàn (ví dụ như lõi của dây hàn có chứa flux).Tuy nhiên cũng phải chú ý đến vấn đề tẩy rửa chất trợ hàn sau khi hoàn thành công

đoạn hàn mạch. Một số loại flux có thể gây ra hiện tượng ăn mòn trên bề mặt và để lại chất bẩn trên đó, ảnh hưởng đến tuổi thọ của bo mạch.TÁC DỤNG:

Xử lý bề mặt bo mạch trước khi hàn

mạch bằng việc tẩy rửa và loại bỏ các

lớp oxi hóa, bụi bẩn, dung môi sót lại ở

các quy trình trước.

Bảo vệ bề mặt khỏi tình trạng oxi

hóa trong quá trình hàn mạch.

Tăng năng lượng bề mặt của PCB

giúp vật liệu hàn bám dính tốt hơn.

1.3. Chất trợ hàn (Flux)

làm hợp kim nóng chảy tạo thành mối

nối điện gắn kết chặt chẽ các chân linh

kiện lên bảng mạch. Loại vật liệu này

được sử dụng bằng các hệ thống máy

bơm vật liệu tự động như in phun không

chạm (jet print), in theo khuôn có sẵn

đục trước các vị trí để hợp kim kim loại

có thể lọt qua (stencil print) hoặc sử

dụng đóng gói dạng xi-lanh và bơm vào

từng vị trí.

Kem hàn là loại vật liệu hàn ở dạng lỏng

có độ nhớt cao, được sử dụng nhiều

trong công nghệ hàn dán bề mặt SMT.

Tuy nhiên, kem hàn cũng có thể sử dụng

trong hàn xuyên hỗ bằng việc in (print/

screen print) kem hàn vào trong các vị trí

đặt linh kiện đã được xác định trước đó.

Lớp kem hàn dính và giữ tạm thời các

linh kiện đúng vị trí được đánh dấu. Sau

đó toàn bộ mạch sẽ được sấy bằng nhiệt

- 6

c. Kem hàn

W. www.prostech.vn

Trước khi bắt đầu tiến hành hàn mạch,

sửa chữa mạch việc đầu tiên cần phải

làm nóng bề mặt bằng khí/ đèn chiếu

hoặc lò sấy. Trong trường hợp này, vật liệu

hàn được sử dụng là kem hàn hoặc các

hợp kim chưa thành hình. Khi đó, bề mặt

đã được làm nóng từ trước sẽ giúp hợp

Xung hàn là thiết bị hàn mạch bằng tay.

Ở dạng cơ bản, thiết bị này bao gồm các

bộ phận là:

Đây là thiết bị cao cấp hơn so với xung hàn thông thường. Trong trường hợp người dung cần hàn nhiều, việc sử dụng trạm hàn sẽ là một lựa chọn tối ưu hơn nhiều bởi tính linh hoạt và dễ điều chỉnh của nó.Ưu điểm chính của thiết bị này đó là khả năng tạo ra nhiệt độ chính xác và thay đổi được cho mũi hàn, vì vậy mà có thể sử dụng được trong nhiều trường hợp. Bên cạnh đó, trạm hàn cũng tạo ra một khu vực làm việc an toàn hơn vì trên thiết bị này có chứa các cảm biến báo hiệu về nhiệt độ vượt quá và mật khẩu để bảo vệ thông tin.

kim nóng chảy và hình thành liên kết.

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, việc

hàn thủ công này được thực hiện bằng

xung hàn hoặc trạm hàn sẽ dễ dàng và

đơn giản hơn. Vật liệu chủ yếu ở đây là

dây hàn.

Quy trình hàn mạch có phức tạp hoặc khó khăn hay không phụ thuộc vào độ phức tạp

của mối hàn và việc lựa chọn vật liệu hàn. Có thể chia ra làm 2 cách hàn mạch: hàn mạch

thủ công hoặc hàn mạch bằng hệ thống máy móc tự động.

2. Quy trình hàn mạch và thiết bị

2.1. Hàn mạch thủ công:

a. Quy trình

b. Công cụ hàn thủ công

Xung hàn

Trạm hàn


Mũi hàn kim loạiBộ phận đảm nhiệm cung cấp nhiệt cho mũi hànTay cầm cách điệnDây nối với nguồn điện hoặc trạm hàn

Mũi hàn kim loại được sử dụng để truyền

nhiệt từ bộ tạo nhiệt đến bề mặt bảng

mạch. Phía trong được cấu tạo bởi đồng

– đóng vai trò là vật dẫn nhiệt hiệu quả.

Mũi hàn còn được mạ một lớp sắt để bảo

vệ phần bằng đồng mềm phía trong,

tránh hiện tượng bị bào mòn bởi chất trợ

hàn và vật liệu hàn, và được mạ tiếp một

lớp crom-niken để tránh chất trợ hàn

bám vào đầu mũi hàn.

Hiện nay có rất nhiều loại mũi hàn thiết

kế theo nhiều kích thước và hình dạng

khác nhau. Mỗi một loại được sử dụng

cho một mục đích cụ thể và đem đến các

ưu điểm khác nhau. Loại mũi hàn được

sử dụng nhiều nhất trong các ứng dụng

điện tử đến là loại mũi dạng nón (đầu

nhọn) và dẹt.

Hàn đối lưu thường được sử dụng

cùng với combo vật liệu và máy

móc bao gồm kem hàn, bơm hàn,

bi hàn, ..vv. Các vật liệu hàn này sẽ

được hiệu chỉnh với một quy trình

gia nhiệt riêng bao gồm nhiệt độ

tăng lên, nhiệt độ đạt ngưỡng và

hạ nhiệt.

Khi nhiệt độ tăng lên đến khoảng giữa so với nhiệt độ cần đạt được để giữ chất trợ hàn

hoạt động trong một khoảng thời gian nhất định trong bước đầu tiên. Mục đích của việc

hoạt hóa chất trợ hàn là để làm sạch bề mặt hàn và tăng năng lượng bề mặt trước khi

tiến hành công đoạn chính.

2.2. Hàn mạch tự động

a. Mass reflow process

Mũi hàn


(1) Mũi hàn với đầu nhọn – được sử dụng

khi yêu cầu độ chính xác cao trong từng

mối hàn. Tận dụng được đầu hàn nhỏ và

nhọn nó có thể hàn được những khu vực

nhỏ mà không làm ảnh hưởng đến các vị

trí xung quanh.

(2) Mũi hàn với đầu dạng dẹt – Được sử

dụng cùng với dây hàn ở những khu vực

có diện tích cần hàn lớn hơn, đầu dẹt này

giúp diện tích tiếp xúc với bề mặt cũng

lớn hơn vì vậy nhanh hơn.

(1)

(2)

Phương pháp hàn mạch thủ công chỉ phù hợp với các ứng dụng với sản lượng nhỏ hoặc

yêu cầu độ tỉ mỉ, cá nhân hóa ca, không thể áp dụng cho công nghiệp với sản lượng lên

đến hàng nghìn mạch một ngày. Khi đó, kỹ sư sẽ phải tìm đến các giải pháp khác ưu việt

hơn – đó là các quy trình hàn đối lưu (reflow) và hàn sóng (wave) tự động.

Quy trình lắp mạch điện tử 2 lớp

In Kem hàn

In Kem hàn

Hàn đối lưu

Sấy nhiệt

Lật mặt mạch

Lật mặt mạch

Làm sạchHàn sóng

Hàn xuyên lỗ

Mặt A:

Mặt B:

Hàn được mạch điện tử với mật độ linh

kiện điện tử dày, trong một không gian

hạn chế

Độ chính xác và tin tưởng cao hơn

Giảm chi phí

Vì những đặc điểm này mà hiện tại, hàn

dán bề mặt SMT là một quy trình hàn

mạch chi phí thấp, sản lượng cao được

sử dụng nhiều nhất trong lắp ráp điện

tử.

Hàn dán bề mặt SMT về cơ bản là một

công nghệ lắp ráp linh kiện điện tử mà

các linh kiện này chỉ năng ở phía trên bề

mặt của bảng mạch (khác với phương

pháp truyền thống là xuyên lỗ, linh kiện

xuất hiện ở cả hai mặt của bảng mạch).

Công nghệ này có sử dụng phương

pháp hàn đối lưu.

Ưu điểm của SMT so với phương pháp

hàn mạch truyền thống:

suất cao. Việc hàn chọn lọc này giúp nhà sản xuất có thể đạt được sản lượng hàng tram

hoặc hàng ngìn mối hàn chỉ trong một bước và vì vậy mà tăng năng xuất. Bên cạnh đó,

nhiệt độ hàn khá thấp phù hợp với đại đa số các mô-đun linh kiện nhạy cảm trên mạch

điện tử.

Điều đặc biệt khiến hàn đối lưu được

sử dụng nhiều trong quá trình lắp ráp

mạch điện tử đó chính là chất lượng của

mối hàn cao – thể hiện ở cả độ bám dính,

độ bền của mối hàn. Theo đó, bảng

mạch sẽ được đánh dấu và bảo vệ bởi

một lớp phủ (mask) sau đó đưa vào dây

chuyền hàn đối lưu chọn lọc với hiệu

Công nghệ hàn dán bề mặt SMT


Sau đó, nhiệt độ sẽ được tăng lên đến đỉnh và được giữ trong một khoảng thời gian nhất

định (thường là khoảng vài phút). Nhiệt độ này thường cao hơn 30 đến 50 độ so với nhiệt

độ nóng chảy hợp kim giúp chúng ở dạng lỏng trong suốt khoảng thời gian đó.

Lò hànđối lưu

Máy kiểmtra lỗi hàn

Máy loại bỏlỗi hàn

Đặt bảng mạchvào vị trí hàn mạch

In kem hàn

Hàn song là quy trình được sử dụng cho

hàn xuyên lỗ. Một ví dụ điển hình của

mạch sử dụng phương pháp xuyên lỗ

này đó là mô-đun PDIP (linh kiện nhựa

được đóng gói với 2 hàng chân song

song), SIP (linh kiện được đóng gói 1

hàng chân) và các linh kiện thụ động có

chân khác.

Mạch hàn xuyên lỗ này sẽ được đưa vào

dây chuyền tự động, chạy qua một băng

chuyền để làm sạch bề mặt trước bằng

sóng hàn – sóng này được tạo ra bởi việc

tác động vào chất lỏng.

Sau đó mạch và linh kiện sẽ được chuyển

đến giai đoạn lắp ráp. Trước đó, chân linh

kiện có thể đã được phủ trước chất trợ

hàn và được phủ tiếp vật liệu hàn lên

phía trên, đưa vào vị trí phù hợp trên

bảng mạch. Mạch được làm nóng để vật

liệu hàn nóng chảy, tạo liên kết giữa

chân linh kiện với mạch.

Trong quá trình đó, cần phải chú ý điều

chỉnh dòng chảy của vật liệu hàn đã

được nóng chảy. Độ nhớt của chúng

không phụ thuộc vào nhiệt độ. Vì vậy mà

hàn song nhìn chung được thực hiện ở

nhiệt độ cao hơn so với hàn đối lưu. Đây

cũng là một yếu điểm của hàn song so

với các công nghệ hàn mạch được phát

triển hiện nay.

b. Hàn sóng


Bước 01: Phun chất trợ hàn trước khi làm nóng mạch

Bước 02: Làm nóng bề mặt bảng mạch trước khi chuyển đến bước hàn sóng

Bộ lọc hút dung môi

Mạch điện tử

được chuyển vào

dây chuyền

Bể chứa Flux và thiết bị phun fluxSử dụng áp suất khí: làm sạch

chất trợ hàn trên bề mặt

Mạch được đưa đến công đoạn

làm nóng trước bề mặt

Băng chuyền PCB

Làm nóng

Quạt làm nóng

Bảng mạch đượcđưa vào từ bước phun flux

Khí nóng

Đưa đến bước hàn sóng

Bước 03: Hàn xuyên lỗ THT

Vật liệu hàn bao phủvà giữ linh kiện

Linh kiện được đặt vàovị trí hàn trên bảng mạch

Chất trợ hàn ngấm vàomối hàn

hướng dịch chuyển PCB

Miếngđồng Hàn

sóng

Điểm bóc lạihàn sóng

Chì là kim loại có nhiệt độ nóng chảy

thấp, dễ thấm và dễ tán giúp cho quá

trình hàn mạch diễn ra nhanh hơn, dễ

dàng hơn.

Trái lại, vật liệu hàn không chì có nhiệt độ

nóng chảy cao hơn, thường phải sử dụng

thêm chất trợ hàn để tăng độ hoạt hóa

của bề mặt, giúp hiệu suất tương đương

với vật liệu hàn chì.

Đối với ứng dụng hàn thủ công, nếu cẩn

thận, hiệu suất khi sử dụng vật liệu hàn

có chì và không chì là như nhau.

Tuy nhiên, đối với dòng sản phẩm điện tử

cao cấp (như trên máy bay), cần quan

tâm đến thành phần chì có trong đó bởi

độ an toàn cũng như các quy định

nghiêm ngặt của một số thị trường đối

với loại kim loại này.

Để chuẩn bị cho một dự án lắp ráp điện

tử sử dụng trong một quốc gia không

yêu cầu về hàm lượng chì, việc lựa chọn

vật liệu hàn có chì sẽ giúp giảm được chi

Câu hỏi “Làm thế nào để lựa chọn?” thường là các câu hỏi khó vì để lựa chọn được một vật liệu phù hợp thường dựa trên rất nhiều yếu tố. Đặc biệt đối với vật liệu hàn mạch, các kỹ sư cần trả lời được các vấn đề sau:

Về cơ bản, dựa vào mối quan hệ giữa vật liệu hàn, phương thức hàn và sản lượng, có thể

tổng kết thành một bảng như sau:

Dây hàn Hàn thủ công/ sửa

chữa số lượng nhỏ

Nhỏ, chạy thử,

nghiên cứu

Xung hàn, trạm hàn và mũi

hàn

Thanh hàn Hàn sóng Sản lượng

lớn

Băng chuyền để di chuyển mạch in sang các khu vực gia công khác nhauBể chứa vật liệu hàn sử dụng trong quá trình hàn mạchBơm tạo sóng trong quá trình làm sạch bề mặtĐầu valve phun chất chợ hànThiết bị làm nóng bảng mạch

Kem hàn Hàn đối lưu (bao

gồm SMT)

Hệ thống máy SMT cùng

một số máy móc hỗ trợ

3. Lựa chọn vật liệu hàn phù hợp

3.1. Quy trình sử dụng là gì? Sản lượng là bao nhiêu?

3.2. Sản phẩm điện tử cuối cùng có yêu cầu đối với thành phần kim loại chì không?


Vật liệu hàn Quy trình hàn Thiết bị/ công cụ hàn Sản lượng

phí và tăng chất lượng của mối hàn,

không tạo áp lực lên bảng mạch in vì vậy

mà tăng tuổi thọ sản phẩm.

Ngược lại, nếu sản phẩm điện tử đó được

kinh doanh toàn cầu, đặc biệt là ở thị

trường Châu Âu, thì cần phải sử dụng vật

liệu hàn không chì.

Lựa chọn loại hợp kim phù hợp với ứng

dụng là một điều kiện không thể thiếu

ảnh hưởng đến hiệu suất của dự án. Nếu

không lựa chọn loại hợp kim và lớp mạ

phù hợp, quy trình hàn mạch sẽ không

thể cho ra các mối hàn hoàn hảo, thay

vào đó lại yêu cầu rất nhiều bước sửa

chữa phía sau.

Với rất nhiều loại hợp kim hàn hiện nay,

việc lựa chọn loại phù hợp cũng khá

phức tạp. Khi đó, kỹ sư cần quan tâm đến

những yếu tố như sau:

1) Nhiệt độ cao nhất mà sản phẩm điện

tử cuối cùng có thể hoạt động bình

thường là bao nhiêu?

2) Chú ý đến một số loại hợp kim cần

nhiệt độ cao hơn 100 độ C để có thể tán

lên bề mặt mạch. Mạch điện tử và các

linh kiện trên đó có hoạt động bình

thường ở nhiệt độ đó không?

3) Bề mặt hàn là bề mặt gì?

4) Đã thực hiện chạy thử với các hợp kim

được chọn đó trước đây chưa? Kết quả

thế nào?

Sn-3,5Ag-0.5Bi-6.0In Nhiệt độ nóng chảy thấp, độ tin tưởng cao

AG cao, kết dính tốt

Hạn chế tối đa phần đồng Cu rửa trôi

Được JEITA khuyên dùng

Lượng Ag thấp

Không làm mòn đầu mũi hàn, Được JEITA khuyên dùngKhông làm mòn đầu mũi hàn, không bị oxi hóa

3.3. Lựa chọn công thức hợp kim


Thành phần hợp kim Đặc tínhNhiệt độnóng chảy

Sn-3.5Ag-2.0Bi

Sn-0.3Ag-2.0Cu

Sn-3.0Ag-0.5Cu

Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.04Fe

Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.03Fe-α

Sn-1.0Ag-0.7Cu

200–210°C

216–220°C

217–270ºC

217–220ºC

217–221ºC

217–221ºC

217–224ºC

Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.04Fe Không làm mòn đầu hàn, Lượng Ag thấp

Hạn chế tối đa phần đồng Cu rửa trôi

Không làm mòn đầu mũi hàn, Hạn chế tối đa phần đồng Cu rửa trôi

Sn-Ag eutectic

Sn-0.3Ag-2.0Cu

Sn-0.3Ag-2.0Cu-0.04Fe

Sn-3.5Ag

217–228ºC

217–270ºC

217–271ºC

221ºC

Một trong những yếu tố quyết định trong

việc lựa chọn dây hàn đó là đường kính.

Đường kính của dây hàn sử dụng trong

điện tử thường có đường kính từ 0.5 đến

1.5mm hoặc bé hơn.

Lựa chọn kích thước của dây hàn sao cho

phù hợp với kích thước của mối hàn trên

bảng mạch. Nếu đường kính của dây hàn

quá nhỏ, sẽ tốn nhiều vật liệu hàn. Nếu

quá lớn, có thể khiến vât liệu hàn lan

sang các khu vực khác, gây hư hỏng.

Đối với dây hàn có lõi là chất trợ hàn, có

thể tự động làm sạch bề mặt và tăng độ

bám dính của vật liệu hàn trên bề mặt

gia công. Vật liệu này giúp quá trình hàn

mạch trở nên thuận tiện hơn, nên được

khuyên dung bởi các chuyên gia.

Khi lựa chọn hợp kim hàn, có bốn điểm

mà người sử dụng cần quan tâm và lưu ý,

đó là: thành phần chì, nhiệt độ nóng

chảy, kích thước của hạt hợp kim, và khả

năng bám dính. Trong đó, thành phần

chì, nhiệt độ nóng chảy và khả năng bám

dính thường được đề cập cùng một lúc vì

nó có mối liên hệ với nhau. Thường thì

hợp kim hàn màu xanh lá là loại không

chứa chì. Ở nhiệt độ phía dưới đường

solidus, hợp kim sẽ ở thể rắn. Nếu nhiệt

độ vượt quá đường luquidus, hợp kim sẽ

chuyển hoàn toàn sang thể lỏng. Nếu

nhiệt độ nằm khoảng giữa, hợp kim sẽ

không hẳn ở thể rắn cũng không hẳn ở

thể lỏng và đô bền gần như bằng 0. Để

có một mối hàn tốt với độ ẩm hợp lý nhất,

nhiệt độ cao nhất được khuyên sử dụng

là 15 độ C hoặc hơn nhưng phải thấp hơn

nhiệt độ đường liquidus.

Nếu một mối hàn yêu cầu cần phải giữ

được các tính chất vật lý nhất quán trong

quá trình sản xuất tiếp theo sau khi hàn,

như là quá trình hàn ngược thứ cấp,

nhiệt độ của các quá trình này cần phải

thấp hơn nhiệt độ đường solidus của hợp

kim. Khả năng co giãn và bảo vệ của hợp

kim hàn chỉ có tác dụng khi nhiệt độ vào

khoảng 25 độ C. Khả năng co dãn của vật

liệu sẽ giảm xuống khi tăng nhiệt độ. Khi

3.4. Kích thước của hợp kim

a. Dây hàn

b. Kem hàn


Không làm mòn đầu hàn, Sn-Cu eutectic

AG cao, kết dính tốt

Sn-Cu eutectic

Composition Special advantagesMelting range

Sn-4.0Ag-2.0Bi-3.0Sb-α

Sn-0.7Cu

Sn-0.7Cu-0.04Fe

221–227ºC

227ºC

228ºC

Không gây ảnh hưởng đến đầu mũi hàn

Sn-0.6 Cu-0.05Ni-0.035Fe-Ga 228ºC

nhiệt độ tăng gần bằng đường solidus, khả năng co dãn sẽ về 0. Nếu độ bám dính của mối hàn là một trong những yếu tố quan trọng mà quá trình sản xuất quan tâm, thì việc so sánh và lựa chọn các hợp kim sao cho phù hợp là cực kì quan trọng. Một điều nữa mà các kỹ sư cần phải ghi nhớ đó là, hợp kim có đường solidus càng cao thì ở nhiệt độ càng cao nó sẽ có sức mạnh càng lớn.Ví dụ: Sn95 Ag5 ở 210ºC thì yếu hơn Sn5 Pb95 cũng ở 210ºC vì Sn5 Pb95 có đường rắn (solidus) cao hơn.Để lựa chọn chính xác được loại kem hàn phù hợp, yếu tố tiếp theo cần phải xác định đó là kích cỡ của hạt hợp kim có trong nó. Bảng kích thước hạt dưới đây sẽ đưa ra cho các bạn những loại hạt hợp kim được sử dụng phổ biến cùng các kích thước của các đặc tính liên quan cần biết khi sử dụng loại vật liệu này như:

chân cắm linh kiện, diện tích/bán kính của lỗ cắm và kích thước của kim phun kem hàn. Chú ý, các kích thước trong bảng là ứng dụng cho kích thước nhỏ nhất của hạt hợp kim được nhắc đến. Nếu các thành phần lắp ráp nhỏ, nên sử dụng loại hạt hợp kim có đường kính nhỏ hơn, sử dụng vật liệu không đúng kích cỡ có thể gây khó khăn cho quá trình in và phun kem hàn lên bề mặt gia công, không đảm bảo được chất lượng sản phẩm, nhưng nếu sử dụng loại hạt đường kính quá nhỏ thì lại không tiết kiệm chi phí.Vậy, vai trò của hợp kim hàn là điều không thể phủ định trong quá trình hàn mạch điện tử. So sánh và lựa chọn được loại hợp kim phù hợp không những giúp tiết kiệm chi phí mà còn gia tăng chất lượng của sản phẩm đầu ra.


Để dễ dàng cho việc lựa chọn này, chất

trợ hàn được phân ra làm các loại khác

nhau dựa vào cả quy cách và công dụng

của từng loại với ngành công nghiệp.

Nếu phân chia theo công dụng, có 5 loại

chất trợ hàn bao gồm: R, RMA, RA, NC và

WS. Tuy nhiên, nếu phân loại theo quy

cách của vật liệu, Military Specification

QQ-S-571E lại sử dụng 4 yếu tố để phân

biệt chất trợ hàn như sau: loại vật liệu, là

thuộc loại rosin hay chất vô cơ, khả năng

hoạt hóa và thành phần halide (như Clo,

Brom, Flo, …).

Ví dụ: Một loại kem hàn không chứa chất

hadile, gốc rosin với khả năng hoạt hóa

bề mặt thấp sẽ được xếp vào loại ROL0.

Trong đó, RO là viết tắt của Rosin, L là

biểu hiện cho khả năng hoạt hóa thấp và

0 là không chứa chất halide.

Bên cạnh đó, IPC thêm vào một loại chất

trợ hàn nữa là No Clean (NC). Loại vật liệu

mới này khi sử dụng sẽ không để lại chất

dư thừa trên bề mặt và đã được kiểm tra

về khả năng chống cách điện bề mặt

điện trở lên đến 10^8 Ω. Mỗi một loại chất

trợ hàn có thể được định nghĩa một cách

ngắn gọn dựa vào khả năng hoạt hóa,

lượng chất dư thừa trên bề mặt sau gia

công, và các phương pháp làm sạch

chúng.

Rosin (R) có chứa thành phần chính là

rosin và dung môi. Chất trợ hàn chứa

rosin có khả năng hoạt hóa bề mặt thấp

và chỉ phù hợp để sử dụng với các bề mặt

dễ hàn, sạch, không yêu cầu xử lý trước

bề mặt. IPC thường xếp loại vật liệu này

vào nhóm ROL0 với chất dư thừa sau gia

công khá cứng, không ăn mòn bề mặt, và

không thể dẫn điện bám dính trên nhiều

thành phần lắp ráp.

Loại chất trợ hàn No-Clean (NC) có chứa

rosin, dung môi, và một lượng nhỏ chất

hoạt hóa. Loại vật liệu này thường có khả

năng hoạt hóa trung bình không quá cao

và phù hợp sử dụng cho các bề mặt dễ

hàn. IPC phân loại chất trợ hàn này vào

nhóm ROL0 hoặc ROL1. Chất dư thừa

trên bề mặt sau gia công có tính chất vật

lý tương tự như nhóm Rosin, tuy nhiên

trong nhiều trường hợp lại khó tẩy rửa

hơn so với phần dư thừa của chất trợ hàn

thuộc nhóm RMA.

Chất trợ hàn hoạt hóa nhẹ RMA có chứa

các thành phần chính là rosin, dung môi

và một lượng nhỏ chất hoạt hóa, Hầu hết

flux thuộc nhóm RMA đều có khả năng

hoạt hóa từ thấp đến trung bình, cũng

phù hợp sử dụng cho các bề mặt đã

được làm sạch và dễ hàn. Thường thì loại

này sẽ được IPC xếp vào nhóm ROL0,


LOW ACTIVITY MEDIUM ACTIVITY HIGH ACTIVITY

WS

RA

NC

RMA

R

3.4. Kích thước của hợp kim

ROL1, ROH0 hoặc ROH1. Phần chất dư

thừa sau khi hàn trong suốt và khá mềm.

Hầu hết đều không ăn mòn bề mặt và

không thể dẫn điện. Tùy thuộc vào khả

năng hoạt hóa cũng như bề mặt gia

công mà sử dụng các phương pháp làm

sạch khác nhau. Rất nhiều chất trợ hàn

RMA vượt qua được kiểm nghiệm SIR

như loại NC, chất dư thừa có thể được loại

bỏ bởi một dung môi thích hợp.

Tiếp theo là chất trợ hàn loại RA (Rosin

Activated) có chứa roisn, dung môi cùng

chất hoạt hóa mạnh. Vật liệu này có khả

năng hoạt hóa bề mặt tương đương và

có khi cao hơn so với RMA flux và oxi hóa

bề mặt tốt hơn. Loại vật liệu này thường

được IPC xếp vào nhóm ROM0, ROM1,

ROH0 hoặc ROH1. Chất dư thừa sau gia

công ăn mòn bề mặt, các thành phần lắp

ráp khá dễ bị ăn mòn của các thiết bị

điện tử khi sử dụng loại vật liệu này thì

nên làm sạch chất dư thừa nhanh nhất

có thể. Chất dư thừa cũng có thể được

tẩy rửa bằng loại dung môi thích hợp.

Và cuối cùng là loại chất trợ hàn có thể

hòa tan trong nước (Water soluble – WS)

có chứa các axit hữu cơ, chất xúc biến và

dung môi. Loại vật liệu này có tính hoạt

hóa trải dài từ thấp đến cao, từ không

hoạt hóa bề mặt đến hoạt hóa mạnh để

tạo sự dễ dàng cho quá trình hàn mạch

kể cả trên các bề mặt khó gia công như

thép không gỉ. Cũng bởi vì điều này mà

quy cách sản phẩm này có liên quan

nhiều đến các quy cơ ăn mòn hay tính

dẫn điện của bề mặt gia công. WS flux

thường được IPC xếp vào nhóm có bắt

đầu bằng OR (hữu cơ), cùng với các ký

hiệu L, M, H (khả năng hoạt hóa thấp,

trung bình, cao) và có chứa halide hay

không thì sẽ ký hiệu là 0 hoặc 1. Điều đặc

biệt của loại vật liệu này đó là từ cái tên

của nó, chất dư thừa có thể tẩy rửa bằng

nước.


W. www.prostech.vn

Khi lựa chọn hợp kim hàn, có bốn điểm

mà người sử dụng cần quan tâm và lưu ý,

đó là: thành phần chì, nhiệt độ nóng

chảy, kích thước của hạt hợp kim, và khả

năng bám dính. Trong đó, thành phần

chì, nhiệt độ nóng chảy và khả năng bám

dính thường được đề cập cùng một lúc vì

nó có mối liên hệ với nhau. Thường thì

hợp kim hàn màu xanh lá là loại không

chứa chì. Ở nhiệt độ phía dưới đường

solidus, hợp kim sẽ ở thể rắn. Nếu nhiệt

độ vượt quá đường luquidus, hợp kim sẽ

chuyển hoàn toàn sang thể lỏng. Nếu

nhiệt độ nằm khoảng giữa, hợp kim sẽ

không hẳn ở thể rắn cũng không hẳn ở

thể lỏng và đô bền gần như bằng 0. Để

có một mối hàn tốt với độ ẩm hợp lý nhất,

nhiệt độ cao nhất được khuyên sử dụng

là 15 độ C hoặc hơn nhưng phải thấp hơn

nhiệt độ đường liquidus.

Nếu một mối hàn yêu cầu cần phải giữ

được các tính chất vật lý nhất quán trong

quá trình sản xuất tiếp theo sau khi hàn,

như là quá trình hàn ngược thứ cấp,

nhiệt độ của các quá trình này cần phải

thấp hơn nhiệt độ đường solidus của hợp

kim. Khả năng co giãn và bảo vệ của hợp

kim hàn chỉ có tác dụng khi nhiệt độ vào

khoảng 25 độ C. Khả năng co dãn của vật

liệu sẽ giảm xuống khi tăng nhiệt độ. Khi

W. www.prostech.vn

Above is basic information regarding to soldering process on PCB in electronics industry.

However, the soldering process is more complicated than these. Please refer to PROSTECH

other short article, video and e-book for further information and sharing experience.

HÀN MẠCH ĐIỆN TỬ - prostech.vn

Documents

Transcript of HÀN MẠCH ĐIỆN TỬ - prostech.vn