Mọi người ơi,
Bài viết này là một trích đoạn về lỗi hàn, trích từ Hướng dẫn lắp ráp mạch in của Indium Corporation.
Giới thiệu
Sự phát triển của các thiết bị điện tử cá nhân tiếp tục thúc đẩy nhu cầu về các thành phần điện chủ động và thụ động ngày càng nhỏ hơn. Xu hướng thu nhỏ này, cùng với nhu cầu lắp ráp không chì tuân thủ RoHS, đã tạo ra nhiều thách thức hơn, bao gồm cả hiệu ứng nho nhỏ.
Khi lớp keo hàn giảm kích thước, diện tích bề mặt tương đối của các hạt hàn lộ ra tăng lên và lượng chất trợ dung có sẵn để loại bỏ các oxit bề mặt giảm đi. Làm phức tạp thêm điều này là nhiệt bổ sung cần thiết để nấu chảy lại hầu hết các chất hàn không chứa chì, dẫn đến một công thức có lợi cho việc tạo ra hiện tượng bám. Trong quá trình gia nhiệt, khi độ nhớt của chất trợ dung giảm xuống và bắt đầu lan xuống dưới và ra ngoài, các hạt hàn lộ ra ở phía trên cùng của lớp keo hàn. Nếu không có chất trợ dung ở gần, các hạt hàn này có thể bị oxy hóa khi kem hàn đi vào giai đoạn ram hoặc ngâm của quá trình nấu chảy lại. Các oxit này sẽ ức chế sự hợp nhất hoàn toàn của các hạt thành một mối hàn đồng nhất khi chất hàn ở trạng thái lỏng. Các hạt không được nấu chảy lại thường có hình dạng giống như một chùm nho, như có thể thấy trong Hình 1.
Hình 1. Hiệu ứng nho.
In lưới
Tỷ lệ diện tích (AR) là một số liệu quan trọng trong in lưới thành công. Nó được định nghĩa là diện tích của lỗ mở lưới chia cho diện tích của thành bên lưới. Hình 2 cho thấy sơ đồ cho các lỗ vuông/chữ nhật và tròn. Một phép tính đơn giản cho thấy AR được đơn giản hóa thành đường kính (D) của hình tròn chia cho bốn lần độ dày lưới (t) hoặc AR = D/4t. Có phần đáng ngạc nhiên, kết quả cũng giống như vậy đối với các lỗ vuông, với D bây giờ bằng các cạnh của hình vuông. Đối với AR của lỗ hình chữ nhật, công thức phức tạp hơn một chút: ab/2(a+b)t, trong đó a và b là các cạnh của hình chữ nhật.
Hình 2. Sơ đồ khẩu độ cho khẩu độ hình chữ nhật và hình tròn.
It is widely accepted in the industry that in order to get good stencil printing, the AR must be greater than 0.66. Experience has shown that if the AR <0.66, the transfer efficiency could be low and erratic, although this has gotten better with advances in solder paste technology.
Hiệu quả truyền tải
Hiệu suất truyền, một số liệu in khuôn quan trọng khác, được định nghĩa là thể tích của lớp kem hàn chia cho thể tích của lỗ. Để phù hợp với in khuôn có đặc điểm tốt, không có gì lạ khi xem xét kem hàn kết hợp bột mịn hơn để tối ưu hóa quy trình in. Tuy nhiên, khi kích thước của các hạt bột trong kem hàn giảm, diện tích bề mặt tương đối tiếp xúc sẽ tăng lên. Với sự gia tăng diện tích bề mặt này, tổng lượng oxit bề mặt cũng tăng theo. Sự gia tăng oxit bề mặt này đòi hỏi các hóa chất trợ dung phải hoạt động mạnh hơn nữa để loại bỏ oxit và bảo vệ bề mặt của bột, linh kiện và lớp kim loại hóa bảng trong toàn bộ quá trình nấu chảy lại.
Trên một khuôn mẫu dày 3mil, AR cho khẩu độ vuông 6mil giống với AR cho khẩu độ tròn 6mil: 0,50. Tuy nhiên, khi so sánh cả hai, thể tích của lớp kem hàn hình vuông lớn hơn (~108 mil khối) so với lớp kem hàn hình tròn (85 mil khối). Thể tích kem hàn bổ sung do khẩu độ vuông cung cấp có thể giúp giảm hiện tượng kẹt. Tuy nhiên, điều quan trọng hơn là hiệu suất truyền tăng lên do khẩu độ vuông cung cấp. Thiết kế khẩu độ vuông cung cấp hiệu suất truyền nhất quán hơn, giúp giảm thêm khả năng kẹt vì lớp kem hàn không nhất quán có thể có nghĩa là thể tích ít hơn.
Miếng đệm SMD so với NSMD
Kết quả từ các thí nghiệm che phủ hàn đã chỉ ra rằng hiệu ứng bám dính ít phổ biến hơn đối với các miếng đệm che phủ hàn (SMD). Người ta tin rằng mặt nạ hàn cung cấp một rào cản (đập), hạn chế sự lan truyền của chất trợ dung trong quá trình gia nhiệt và tăng khả năng có sẵn của chất trợ dung để loại bỏ oxit và bảo vệ khỏi quá trình oxy hóa tiếp theo. Mặt nạ hàn cũng có thể hoạt động như một rào cản để bảo vệ các hạt bột kem hàn ở gần khỏi quá trình oxy hóa tiếp theo.
Hòa tan trong nước so với Không sạch
Hóa chất thông lượng không sạch thường là công thức gốc nhựa thông/nhựa (sau đây chỉ gọi là nhựa). Vì nhựa không tan nhiều trong dung môi được sử dụng trong hóa chất thông lượng hòa tan trong nước, nên chúng thường được thay thế bằng các hợp chất phân tử lớn, chẳng hạn như polyme, trong các thông lượng hòa tan trong nước. Chất hoạt hóa trong hóa chất thông lượng loại bỏ các oxit hiện tại trên bề mặt mối nối, cũng như các hạt bột kem hàn trong chính kem hàn. Quá trình oxy hóa/oxy hóa lại tiếp tục xảy ra trong giai đoạn gia nhiệt. Trong khi nhựa trong các thông lượng không sạch là rào cản oxy hóa tuyệt vời và bảo vệ chống lại quá trình oxy hóa lại, thì việc thiếu nhựa trong các hóa chất hòa tan trong nước khiến chúng không cung cấp được khả năng chống oxy hóa.
Do đó, đối với cùng một cấu hình chảy lại—mặc dù các hóa chất hòa tan trong nước thường hoạt động mạnh hơn—khả năng chống oxy hóa thấp hơn của các hóa chất hòa tan trong nước khiến chúng nhạy cảm hơn trong các cấu hình dài và/hoặc nóng, làm tăng khả năng xảy ra các khuyết tật dạng hạt.
Ramp-To-Peak so với Ngâm
Trong nhiều năm, hồ sơ chảy lại “loại ngâm” khá phổ biến. Tuy nhiên, theo thời gian, trọng tâm đã chuyển sang dốc lên đỉnh (RTP) như là hồ sơ chảy lại được ưa chuộng. Góp phần vào sự thay đổi này là nhiệt độ quy trình chảy lại cao hơn liên quan đến chất hàn không chì, cũng như nhu cầu giảm tổng lượng nhiệt tiếp xúc của các lớp keo dán nhỏ hơn và các thành phần nhạy cảm với nhiệt độ và lớp phủ ván. Một lợi ích khác của hồ sơ ngâm là việc sử dụng nó để giảm hiện tượng rỗng. Tuy nhiên, nó không hiệu quả bằng với chất hàn không chì, do sức căng bề mặt của chất hàn không chì tăng lên và nhiệt độ cao hơn được sử dụng để chảy lại chúng.
Để giảm thiểu hiện tượng graping, thời gian nướng ngắn hơn sẽ tốt hơn, miễn là bạn sử dụng cùng thời gian trên chất lỏng (TAL) và nhiệt độ đỉnh, xem Hình 3. Hồ sơ ngâm thường tạo ra nhiều graping hơn hồ sơ RTP. Hiệu ứng graping trở nên trầm trọng hơn khi tổng thời gian trong lò tăng lên. Giảm tổng nhiệt sẽ làm giảm đáng kể hiệu ứng graping. Tốc độ tăng dần (từ nhiệt độ môi trường lên đỉnh) là 1°C/giây thường được khuyến nghị, tương đương với khoảng 3 phút, 40 giây để đạt nhiệt độ đỉnh là 245°C.
Hình 3. Các cấu hình hàn chảy không chứa chì điển hình.
Kết luận
Để giảm hiệu ứng bám, điều quan trọng là phải đảm bảo quy trình in và chảy lại tối ưu. Sử dụng các hướng dẫn được cung cấp cho tỷ lệ diện tích và thiết lập quy trình/thiết bị tốt sẽ đảm bảo hiệu quả truyền tốt. Mặc dù tỷ lệ diện tích cho thiết kế khẩu độ tròn và vuông có thể bằng nhau, khả năng bám tăng lên với thiết kế khẩu độ tròn do thể tích keo dán giảm và hiệu quả truyền giảm.
Theo quan điểm về quá trình chảy lại, việc giảm tổng lượng nhiệt đầu vào sẽ làm giảm khả năng xảy ra hiệu ứng. Đề xuất sử dụng cấu hình kiểu RTP với tốc độ tăng dần ~1°C/giây.
Các yếu tố vật liệu cũng ảnh hưởng đến kết quả. Việc tuân thủ hiện tượng graping tăng lên khi kích thước hạt kem hàn giảm và diện tích oxit bề mặt tăng lên. Các hóa chất kem hàn hòa tan trong nước không cung cấp rào cản oxy hóa như nhựa đối với các hóa chất không sạch và dễ bị hiệu ứng graping hơn.
Chúc mừng,
Tiến sĩ Ron
