Cách hoạt động của Hàn Reflow

Hàn Reflow chủ yếu được sử dụng cho linh kiện dán bề mặt (SMT – Surface-Mount Technology) như điện trở, tụ điện, SOP, QFN và BGA.

Quy trình cơ bản:

1. In kem hàn (solder paste) lên các pad trên PCB.

2. Máy gắp thả (pick-and-place) đặt linh kiện lên bo mạch.

3. PCB đi qua lò hàn Reflow với các giai đoạn kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt: làm nóng trước (preheating), gia nhiệt (heating), duy trì nhiệt độ trên điểm nóng chảy (liquidus time) và làm mát (cooling).

Hàn chảy lại

Tại sao việc kiểm soát nhiệt độ Reflow lại quan trọng?

Hàn Reflow không chỉ đơn giản là nung nóng toàn bộ PCB. Mỗi bo mạch có các linh kiện với “khối lượng nhiệt” (thermal mass) khác nhau. Một điện trở nhỏ sẽ nóng lên rất nhanh, trong khi một IC lớn hoặc pad nối với mảng đồng rộng sẽ cần nhiều thời gian hấp thụ nhiệt hơn. Thách thức của Reflow là làm sao cung cấp đủ nhiệt để kem hàn nóng chảy hoàn toàn ở các linh kiện lớn, nhưng không làm quá nhiệt gây hỏng hóc các linh kiện nhỏ hoặc làm cháy PCB.

Cách hoạt động của Hàn Wave (Hàn sóng)

Hàn Wave truyền thống thường được dùng cho linh kiện xuyên lỗ (THT – Through-Hole Technology) như cổng kết nối (connector), biến áp, đế relay và linh kiện công suất.

Quy trình cơ bản:

1. Bôi chất trợ hàn (flux) và gia nhiệt trước cho bo mạch.

2. Thiết bị tạo ra một “làn sóng” thiếc hàn nóng chảy liên tục.

3. Mặt dưới của PCB (solder side) quét ngang qua đỉnh của sóng thiếc. Thiếc lỏng sẽ bám vào chân linh kiện và pad xuyên lỗ, tạo thành mối hàn vững chắc.

Hàn sóng

Tại sao Hàn Wave không phù hợp cho mọi PCB?

Vì sóng thiếc nóng chảy tiếp xúc trực tiếp với toàn bộ mặt dưới của PCB, nên nếu mặt này có nhiều linh kiện dán (đặc biệt là các IC có chân xếp sát nhau – fine-pitch), thiếc hàn rất dễ bị dính chập (solder bridging) giữa các chân. Dù có thể hàn Wave cho một số linh kiện SMT, nhưng đòi hỏi phải dùng keo dán cố định linh kiện, và phải tính toán cực kỳ kỹ lưỡng về hướng linh kiện đi qua sóng thiếc, khoảng cách pad và lớp phủ chống hàn (solder mask).

Các lưu ý khi thiết kế PCB (DFM) cho Reflow và Wave

1. Thiết kế Linh kiện và Pad

• Với SMT (QFN, BGA…): Cần chú ý đến kích thước pad, stencil in kem hàn và biểu đồ nhiệt Reflow.

• Với THT: Cần lưu ý đường kính lỗ khoan, độ dày mạ đồng, kích thước chân linh kiện và khả năng điền đầy thiếc vào lỗ.

2. Phân bố Đồng và Quản lý Nhiệt

Khi pad của một linh kiện công suất được nối với một vùng đổ đồng (copper pour) lớn, vùng đồng này sẽ đóng vai trò như một bộ tản nhiệt, hấp thụ hết nhiệt năng xung quanh. Điều này làm pad khó đạt tới nhiệt độ nóng chảy của kem hàn (hiện tượng cold joint). Thay vì yêu cầu nhà máy tăng nhiệt độ lò nướng, kỹ sư nên thiết kế lại cấu trúc pad (ví dụ: dùng thermal relief / màng nhện) để cách nhiệt một phần cho pad.

3. Phòng tránh Lỗi Hàn phổ biến

• Lỗi dựng bia mộ (Tombstoning) ở linh kiện SMD sau khi hàn Reflow: Thường do sự chênh lệch nhiệt độ giữa 2 pad, in kem hàn không đều hoặc máy gắp đặt lệch.

• Lỗi chập thiếc (Solder Bridging) sau khi hàn Wave: Thường do khoảng cách pad quá hẹp, hướng chân linh kiện đi qua sóng thiếc không hợp lý, hoặc thông số tạo sóng thiếc chưa chuẩn.