Các biện pháp phòng ngừa khi hàn các linh kiện khác nhau trong quy trình PCBA

Hàn là một trong những bước quan trọng nhất trong quy trình PCBA. Các loại linh kiện điện tử khác nhau có những đặc điểm và yêu cầu khác nhau trong quá trình hàn, và một chút bất cẩn có thể dẫn đến các vấn đề về chất lượng hàn, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng. Do đó, việc hiểu và tuân theo các biện pháp phòng ngừa hàn cho các linh kiện khác nhau là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của quá trình PCBA. Bài viết này sẽ cung cấp một giới thiệu chi tiết về các biện pháp phòng ngừa hàn linh kiện điện tử phổ biến trong quá trình PCBA.

1. Linh kiện gắn bề mặt (SMD)
Linh kiện gắn bề mặt (SMD) là loại linh kiện điện tử phổ biến nhất trong các sản phẩm hiện đại. Chúng được lắp đặt trực tiếp trên bề mặt của PCB thông qua công nghệ hàn reflow. Sau đây là các biện pháp phòng ngừa chính khi hàn SMD:

a. Căn chỉnh linh kiện chính xác
Việc đảm bảo căn chỉnh chính xác giữa các linh kiện và các pad PCB trong quá trình hàn SMD là rất quan trọng. Ngay cả những sai lệch nhỏ cũng có thể dẫn đến hàn kém, từ đó có thể ảnh hưởng đến chức năng của mạch. Do đó, việc sử dụng máy gắn bề mặt và hệ thống căn chỉnh có độ chính xác cao là rất quan trọng.

b. Lượng keo hàn thích hợp
Quá nhiều hoặc quá ít keo hàn có thể ảnh hưởng đến chất lượng hàn. Quá nhiều keo hàn có thể dẫn đến cầu chì hoặc đoản mạch, trong khi quá ít keo hàn có thể dẫn đến các mối hàn kém. Do đó, khi in keo hàn, nên chọn độ dày thích hợp của lưới thép theo kích thước của các linh kiện và pad hàn để đảm bảo việc ứng dụng keo hàn chính xác.

c. Kiểm soát đường cong hàn Reflow
Việc thiết lập đường cong nhiệt độ hàn reflow nên được tối ưu hóa theo các đặc tính vật liệu của các linh kiện và PCB. Tốc độ gia nhiệt, nhiệt độ đỉnh và tốc độ làm mát đều cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh làm hỏng linh kiện hoặc các khuyết tật hàn.

2. Linh kiện gói kép (DIP)
Linh kiện gói kép (DIP) được hàn bằng cách cắm chúng vào các lỗ xuyên trên PCB, thường sử dụng phương pháp hàn sóng hoặc hàn thủ công. Các biện pháp phòng ngừa khi hàn linh kiện DIP bao gồm:

a. Kiểm soát độ sâu cắm
Các chân của linh kiện DIP phải được cắm hoàn toàn vào các lỗ xuyên của PCB, với độ sâu cắm nhất quán, để tránh các tình huống mà các chân bị treo hoặc không được cắm hoàn toàn. Việc cắm không hoàn toàn các chân có thể dẫn đến tiếp xúc kém hoặc hàn ảo.

b. Kiểm soát nhiệt độ hàn sóng
Trong quá trình hàn sóng, nhiệt độ hàn nên được điều chỉnh dựa trên điểm nóng chảy của hợp kim hàn và độ nhạy nhiệt của PCB. Nhiệt độ quá cao có thể gây biến dạng PCB hoặc làm hỏng linh kiện, trong khi nhiệt độ thấp có thể dẫn đến các mối hàn kém.

c. Vệ sinh sau khi hàn
Sau khi hàn sóng, PCB phải được làm sạch để loại bỏ phần còn lại của chất trợ dung và tránh ăn mòn mạch trong thời gian dài hoặc ảnh hưởng đến hiệu suất cách điện.

3. Đầu nối
Đầu nối là các linh kiện phổ biến trong PCBA và chất lượng hàn của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến việc truyền tín hiệu và độ tin cậy của các kết nối. Khi hàn đầu nối, cần lưu ý những điểm sau:

a. Kiểm soát thời gian hàn
Các chân của đầu nối thường dày hơn và thời gian hàn kéo dài có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt của các chân, có thể làm hỏng cấu trúc nhựa bên trong đầu nối hoặc dẫn đến tiếp xúc kém. Do đó, thời gian hàn nên càng ngắn càng tốt, đồng thời đảm bảo rằng các điểm hàn được nung chảy hoàn toàn.

b. Việc sử dụng chất trợ dung hàn
Việc lựa chọn và sử dụng chất trợ dung hàn phải phù hợp. Quá nhiều chất trợ dung hàn có thể còn lại bên trong đầu nối sau khi hàn, ảnh hưởng đến hiệu suất điện và độ tin cậy của đầu nối.

c. Kiểm tra sau khi hàn
Sau khi hàn đầu nối, cần phải kiểm tra nghiêm ngặt, bao gồm chất lượng của các mối hàn trên các chân và sự căn chỉnh giữa đầu nối và PCB. Nếu cần thiết, nên tiến hành kiểm tra cắm và rút để đảm bảo độ tin cậy của đầu nối.

4. Tụ điện và điện trở
Tụ điện và điện trở là những linh kiện cơ bản nhất trong PCBA và cũng có một số biện pháp phòng ngừa cần thực hiện khi hàn chúng:

a. Nhận dạng phân cực
Đối với các linh kiện phân cực như tụ điện điện phân, cần đặc biệt chú ý đến việc dán nhãn phân cực trong quá trình hàn để tránh hàn ngược. Hàn ngược có thể gây ra lỗi linh kiện và thậm chí dẫn đến lỗi mạch.

b. Nhiệt độ và thời gian hàn
Do độ nhạy cao của tụ điện, đặc biệt là tụ điện gốm, với nhiệt độ, nên kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ và thời gian trong quá trình hàn để tránh làm hỏng hoặc hỏng tụ điện do quá nhiệt. Nói chung, nhiệt độ hàn nên được kiểm soát trong vòng 250 ℃ và thời gian hàn không được vượt quá 5 giây.

c. Độ mịn của các mối hàn
Các mối hàn của tụ điện và điện trở phải mịn, tròn và không có hàn ảo hoặc rò rỉ hàn. Chất lượng của các mối hàn ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy của các kết nối linh kiện và độ mịn không đủ của các mối hàn có thể dẫn đến tiếp xúc kém hoặc hiệu suất điện không ổn định.

5. Chip IC
Các chân của chip IC thường được đóng gói dày đặc, đòi hỏi các quy trình và thiết bị đặc biệt để hàn. Sau đây là các biện pháp phòng ngừa chính khi hàn chip IC:

a. Tối ưu hóa đường cong nhiệt độ hàn
Khi hàn chip IC, đặc biệt là ở các dạng đóng gói như BGA (Ball Grid Array), đường cong nhiệt độ hàn reflow phải được tối ưu hóa chính xác. Nhiệt độ quá cao có thể làm hỏng cấu trúc bên trong của chip, trong khi nhiệt độ không đủ có thể dẫn đến việc không nung chảy hoàn toàn các quả cầu hàn.

b. Ngăn ngừa cầu chì
Các chân của chip IC dày đặc và dễ gặp các vấn đề về cầu chì. Do đó, trong quá trình hàn, nên kiểm soát lượng hàn và sử dụng quy trình gắn bề mặt của cầu chì. Đồng thời, cần kiểm tra bằng tia X sau khi hàn để đảm bảo chất lượng hàn.

c. Bảo vệ tĩnh điện
Chip IC rất nhạy cảm với tĩnh điện. Trước và trong khi hàn, người vận hành nên đeo vòng đeo tay chống tĩnh điện và hoạt động trong môi trường chống tĩnh điện để ngăn ngừa hư hỏng chip do tĩnh điện.

6. Máy biến áp và cuộn cảm
Máy biến áp và cuộn cảm chủ yếu đóng vai trò chuyển đổi điện từ và lọc trong PCBA và việc hàn của chúng cũng có những yêu cầu đặc biệt:

a. Độ bền hàn
Các chân của máy biến áp và cuộn cảm tương đối dày, vì vậy cần đảm bảo rằng các mối hàn chắc chắn trong quá trình hàn để tránh làm lỏng hoặc gãy các chân do rung hoặc ứng suất cơ học trong quá trình sử dụng sau đó.

b. Độ đầy của các mối hàn
Do các chân của máy biến áp và cuộn cảm dày hơn, các mối hàn phải đầy đủ để đảm bảo độ dẫn điện tốt và độ bền cơ học.

c. Kiểm soát nhiệt độ lõi từ
Lõi từ của máy biến áp và cuộn cảm nhạy cảm với nhiệt độ và nên tránh quá nhiệt lõi trong quá trình hàn, đặc biệt là trong quá trình hàn lâu dài hoặc hàn sửa chữa.

Chất lượng hàn trong quá trình PCBA có liên quan trực tiếp đến hiệu suất và độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng. Các loại linh kiện khác nhau có những yêu cầu khác nhau đối với quy trình hàn. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các biện pháp phòng ngừa hàn này có thể tránh hiệu quả các khuyết tật hàn và cải thiện chất lượng tổng thể của sản phẩm. Đối với các doanh nghiệp chế biến PCBA, việc cải thiện trình độ công nghệ hàn và tăng cường kiểm soát chất lượng là chìa khóa để đảm bảo khả năng cạnh tranh của sản phẩm.