Trong chuỗi bài viết tiếp theo về tối ưu hóa quy trình in khuôn (xem Phần 1, Phần 2), loại hóa chất chất trợ hàn, cụ thể là chất trợ hàn hòa tan trong nước so với chất trợ hàn không cần làm sạch, cũng đóng vai trò quan trọng. Hỗn hợp hàn rất nhạy cảm với môi trường xung quanh. Về bản chất, các chất hóa học hòa tan trong nước nhạy cảm hơn nhiều với nhiệt độ/độ ẩm vì chúng hút ẩm mạnh hơn so với các chất tương tự không cần rửa sạch có gốc nhựa thông/nhựa tổng hợp. Độ nhạy cảm này tăng lên đáng kể khi lượng bột hàn cần thiết cho quá trình in khuôn siêu mịn tiếp tục giảm về kích thước đối với các linh kiện có khoảng cách chân cắm nhỏ.
Các phản ứng hóa học của dòng chảy thực hiện nhiều chức năng phức tạp, bao gồm:
VỀ MẶT HÓA HỌC:
- Loại bỏ lớp oxit bề mặt hiện có
- Tăng cường khả năng thấm ướt
- Truyền năng lượng nhiệt
- Tạo lớp ngăn chặn quá trình oxy hóa (để kiểm soát quá trình tái oxy hóa trong quá trình hàn nóng chảy)
VỀ MẶT THỂ CHẤT:
- Hoạt động như một chất mang hoặc chất trung gian
- Lơ lửng các hạt bột hàn
- Cung cấp các chốt để cố định các bộ phận
- Để bột hàn lăn đều trên khuôn
- Giữ nguyên hình dạng khẩu độ sau khi in
- trong lĩnh vực các công thức không cần làm sạch, đóng vai trò như một lớp bao bọc bảo vệ sau quá trình nung lại
Để thực hiện các chức năng này, thành phần hóa học của chất trợ hàn bao gồm một số loại hóa chất nhất định: dung môi, chất kích hoạt hoặc hỗn hợp chất kích hoạt, phụ gia điều chỉnh tính lưu biến, và trong trường hợp công thức không cần làm sạch, nhựa thông/nhựa tổng hợp. Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm thông tin chi tiết về thành phần hóa học của chất trợ hàn
Với mục đích thảo luận về việc cải thiện quy trình SMT, tôi sẽ chỉ tập trung vào thành phần rosin/nhựa (sau đây gọi tắt là nhựa) trong công thức hóa học của chất trợ hàn. Kể từ ngày sản xuất, trước khi mở lọ hoặc ống đựng, các công thức không cần làm sạch (no-clean) thể hiện hiệu suất vượt trội. Các công thức dựa trên nhựa mang lại: thời hạn sử dụng lâu hơn khi được bảo quản đúng cách trong tình trạng chưa mở và được làm lạnh; tuổi thọ khuôn in lâu hơn; hiệu suất ổn định hơn qua các thay đổi theo mùa; hiệu suất in tổng thể tốt hơn (như được trình bày dưới đây); độ bám dính cao hơn để giữ các linh kiện cố định tại vị trí; và cung cấp khả năng chống oxy hóa tốt hơn cho bột hàn trong quá trình nung lại.
Hình 1. Kết quả in bằng khuôn.
Với tư cách là kỹ sư hỗ trợ kỹ thuật, tôi đã thực hiện nhiều thử nghiệm in khuôn. Hình 1 xác nhận kết quả in khuôn mà tôi đã quan sát được một cách nhất quán, thể hiện sự so sánh điển hình về hiệu suất in giữa loại không cần rửa và loại hòa tan trong nước. Nhựa là chất dính giúp tăng tính kết dính (lực hút bên ngoài, giữa chất hàn và các bề mặt khác) và tính kết dính nội tại (lực hút bên trong, giữa các hạt chất hàn với nhau). Như mọi thứ khác, cần phải có sự cân bằng. Tuy nhiên, trong trường hợp này, tính kết dính nội tại giúp chất hàn tách ra khỏi lỗ khuôn, duy trì hình dạng và chống lại hiện tượng “chảy xệ”. Tính chất bám dính của bột hàn được hình thành khi bột hàn được phủ lên pad PCB. Sự bám dính của bột hàn vào pad giúp lớp bột hàn được phủ ra khỏi lỗ khuôn khi bảng mạch in (PWB) được hạ xuống khỏi khuôn. Đối với in khuôn siêu mịn, các lực này là yếu tố then chốt để đảm bảo thành công vì diện tích bề mặt mà bột hàn có thể bám dính là rất nhỏ.
Hình 2.Loại hòa tan trong nước, bên trái; loại không cần rửa, bên phải.
Cho đến thời điểm này, tôi tin rằng nhiều người sẽ đồng tình với những gì tôi đã trình bày. Tuy nhiên, nhận định tiếp theo của tôi có thể khiến một số người bất ngờ: Tôi thậm chí còn cho rằng trong hầu hết các trường hợp, bột hàn không cần làm sạch sẽ mang lại kết quả nung chảy tốt hơn so với loại có công thức hòa tan trong nước. Điều này đặc biệt đúng đối với các lớp bột hàn siêu mịn, như được thể hiện trong Hình 2.
Các vật liệu được sử dụng bao gồm bột hàn loại 6 và các lỗ khuôn có kích thước 6 mil trên khuôn dày 3 mil, kết hợp với quy trình ngâm ở nhiệt độ cao. Những điều kiện này đại diện cho kịch bản xấu nhất trong môi trường hàn lại, nhưng phản ánh xu hướng phổ biến khi so sánh giữa bột hàn không cần làm sạch và bột hàn hòa tan trong nước. Các hình ảnh cho thấy bột hàn hòa tan trong nước tạo ra những điểm hàn trông giống như bị hàn lạnh, trong khi thực tế là chất hoạt hóa đã cạn kiệt. Với khả năng chống oxy hóa rất thấp, các hạt bột bị oxy hóa và không thể kết dính với nhau, một hiện tượng được gọi là “graping”. Trong khi đó, bột hàn không cần rửa dưới cùng một quy trình nung lại đã được nung lại và kết dính khá tốt.
Các loại nhựa đơn giản là có khả năng chống oxy hóa tốt hơn so với các sản phẩm hòa tan trong nước. Mặc dù ban đầu có hiệu quả hơn trong việc loại bỏ các lớp oxit đã hình thành trên bề mặt, nhưng các công thức hòa tan trong nước lại không bảo vệ tốt bằng trước quá trình tái oxy hóa trong quá trình hàn lại.
Trong phần thảo luận tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu sự khác biệt về hiệu suất truyền tải giữa các khe hở hình tròn và hình vuông có cùng tỷ lệ diện tích.
