Nội dung bài viết
Trong lắp ráp PCB, không phải mọi linh kiện đều được hàn bằng cùng một phương pháp. Với các linh kiện có chân xuyên qua lỗ PCB, việc tạo mối hàn từ mặt dưới bo mạch cần một phương pháp có khả năng tiếp xúc đồng thời với nhiều chân linh kiện. Hàn sóng đáp ứng yêu cầu này bằng cách đưa mặt dưới PCB đi qua một dòng thiếc nóng chảy được tạo thành dạng sóng liên tục.
Khác với hàn reflow, nơi kem hàn trên từng pad được gia nhiệt để nóng chảy, hàn sóng sử dụng bể thiếc nóng chảy và sóng thiếc để tạo mối hàn. Cơ chế này giúp xử lý nhiều điểm hàn trong một lần PCB đi qua máy, đặc biệt phù hợp với các cấu hình lắp ráp sử dụng linh kiện xuyên lỗ.
Hàn sóng là gì?
Hàn sóng (Wave Soldering) là phương pháp lắp ráp PCB trong đó mặt dưới của bo mạch được đưa tiếp xúc với một hoặc nhiều dòng thiếc hàn nóng chảy được tạo thành dạng sóng.
Khi PCB di chuyển qua vùng sóng thiếc, phần chân linh kiện nhô qua các lỗ trên PCB tiếp xúc với thiếc nóng chảy. Thiếc bám vào vùng chân linh kiện và pad tương ứng, sau đó đông đặc để tạo thành mối hàn cơ khí và điện.
Phương pháp này thường được sử dụng cho linh kiện xuyên lỗ (THT) vì các chân linh kiện đã đi qua PCB và nhô ra ở mặt dưới. Tuy nhiên, trong một số thiết kế kết hợp, hàn sóng cũng có thể được sử dụng cho những vị trí linh kiện bề mặt phù hợp với điều kiện của dây chuyền.
Nguyên lý hoạt động của hàn sóng
Nguyên lý của hàn sóng dựa trên việc đưa PCB qua một vùng thiếc nóng chảy được tạo thành sóng có hình dạng và độ cao được kiểm soát.
Trước khi tiếp xúc với sóng thiếc, PCB được xử lý để bề mặt cần hàn có điều kiện phù hợp cho quá trình tạo mối hàn. Khi PCB đi qua vùng sóng, thiếc nóng chảy tiếp xúc với mặt dưới, bao phủ các chân linh kiện và pad cần kết nối.
Sau khi PCB rời khỏi vùng thiếc, mối hàn nguội và đông đặc. Phần thiếc còn lại được giữ trong hệ thống để tiếp tục gia nhiệt và tuần hoàn cho các chu kỳ tiếp theo.
Điểm đặc trưng của phương pháp này là một chuyển động của PCB có thể tạo nhiều mối hàn cùng lúc, thay vì phải hàn từng chân linh kiện riêng lẻ.
Quy trình hàn sóng
Một dây chuyền hàn sóng thường gồm các bước xử lý bề mặt, gia nhiệt, tiếp xúc với sóng thiếc và làm nguội. Thông số cụ thể được điều chỉnh theo PCB, loại linh kiện và vật liệu hàn.
Chuẩn bị PCB và linh kiện
PCB được kiểm tra trước khi đưa vào dây chuyền. Với linh kiện THT, chân linh kiện được đưa xuyên qua các lỗ đã thiết kế trên PCB và được cố định theo phương pháp phù hợp để không bị xê dịch trong quá trình vận chuyển.
Ở bước này, việc kiểm tra hướng linh kiện, vị trí chân và khả năng lắp đúng lỗ có ý nghĩa quan trọng. Sai lệch từ trước khi hàn có thể dẫn đến lỗi mối hàn dù các thông số của máy vẫn nằm trong giới hạn.
Phun flux
Flux được đưa lên khu vực cần hàn để hỗ trợ quá trình làm sạch bề mặt và cải thiện khả năng tạo liên kết giữa thiếc nóng chảy với bề mặt kim loại. Lượng flux cần được kiểm soát phù hợp. Nếu không đủ, khả năng làm sạch bề mặt có thể không đạt yêu cầu; nếu quá nhiều, lượng dư sau quá trình hàn có thể gây vấn đề trong các công đoạn tiếp theo tùy loại vật liệu sử dụng.
Gia nhiệt trước
PCB đi qua vùng gia nhiệt trước khi tiếp xúc với sóng thiếc. Mục đích là đưa bo mạch và các khu vực liên quan đến điều kiện nhiệt phù hợp, đồng thời giảm chênh lệch nhiệt quá lớn khi PCB tiếp xúc với thiếc nóng chảy.
Quá trình gia nhiệt cần được kiểm soát để tránh gây sốc nhiệt cho PCB và linh kiện. Mức nhiệt thực tế phụ thuộc vào vật liệu PCB, loại flux, linh kiện và yêu cầu của quy trình.
Tiếp xúc với sóng thiếc
PCB được đưa qua bể thiếc nóng chảy, trong đó hệ thống bơm tạo ra một dòng thiếc có dạng sóng. Mặt dưới PCB tiếp xúc với đỉnh sóng trong khoảng thời gian được kiểm soát. Thiếc nóng chảy tiếp xúc với các chân linh kiện và pad, tạo thành liên kết. Góc nghiêng, tốc độ di chuyển PCB, chiều cao sóng và thời gian tiếp xúc đều có thể ảnh hưởng đến khả năng hình thành mối hàn.
Làm nguội và kiểm tra
Sau khi đi qua sóng thiếc, PCB tiếp tục được làm nguội để các mối hàn đông đặc. Bo mạch sau đó được kiểm tra nhằm phát hiện các lỗi như thiếu thiếc, cầu hàn, chân hàn không đạt hoặc các vị trí chưa được hàn đúng. Tùy yêu cầu sản phẩm, việc kiểm tra có thể được thực hiện bằng quan sát, AOI hoặc các phương pháp kiểm tra khác phù hợp với cấu trúc bo mạch.
Những thông số ảnh hưởng đến chất lượng hàn sóng
Chất lượng hàn không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của bể thiếc. Nhiều thông số trong toàn bộ quá trình cần được phối hợp.
Nhiệt độ thiếc
Thiếc phải duy trì trong khoảng nhiệt độ phù hợp với vật liệu hàn. Nhiệt độ quá thấp có thể khiến khả năng tạo mối hàn không ổn định, trong khi nhiệt độ quá cao có thể làm tăng tác động nhiệt lên PCB và linh kiện.
Tốc độ di chuyển PCB
Tốc độ băng tải quyết định thời gian PCB tiếp xúc với các vùng gia nhiệt và sóng thiếc. Nếu tốc độ thay đổi, điều kiện nhiệt và thời gian tiếp xúc cũng thay đổi theo. Vì vậy, tốc độ băng tải thường được thiết lập đồng thời với các thông số nhiệt và chiều cao sóng.
Chiều cao và hình dạng sóng
Sóng thiếc phải đủ để tiếp xúc với những khu vực cần hàn nhưng vẫn được kiểm soát để hạn chế hiện tượng thiếc bám ngoài ý muốn. Hình dạng sóng và độ ổn định của dòng thiếc cũng ảnh hưởng đến khả năng tiếp xúc đồng đều giữa PCB và vật liệu hàn.
Flux
Flux hỗ trợ quá trình tạo mối hàn bằng cách xử lý các vấn đề liên quan đến bề mặt kim loại. Loại flux, lượng sử dụng và phương pháp phủ đều cần phù hợp với vật liệu PCB và quy trình hàn.
Các lỗi thường gặp khi hàn sóng
Cầu hàn
Cầu hàn xảy ra khi thiếc tạo thành một liên kết ngoài ý muốn giữa hai hoặc nhiều điểm dẫn điện. Lỗi này có thể liên quan đến hình dạng pad, khoảng cách chân, lượng thiếc, điều kiện sóng hoặc hướng di chuyển PCB.
Thiếu thiếc
Một số chân linh kiện có thể không nhận đủ lượng thiếc cần thiết. Nguyên nhân có thể đến từ điều kiện tiếp xúc, flux, thiết kế pad hoặc thông số của sóng thiếc.
Hàn không ướt
Khi thiếc không lan và bám tốt trên bề mặt cần hàn, mối nối có thể không đạt yêu cầu. Tình trạng này có thể liên quan đến bề mặt kim loại, flux hoặc điều kiện nhiệt.
Thiếc bám không đồng đều
Nếu điều kiện sóng hoặc tốc độ PCB không ổn định, lượng thiếc trên các vị trí khác nhau có thể không đồng nhất. Thiết kế PCB cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng tiếp xúc của mặt dưới bo mạch với sóng thiếc.
Hàn sóng phù hợp với loại PCB nào?
Hàn sóng đặc biệt phù hợp với PCB sử dụng nhiều linh kiện xuyên lỗ, trong đó chân linh kiện đi qua PCB và nhô ra ở mặt dưới. Những linh kiện dạng này thường yêu cầu mối hàn có khả năng giữ chân linh kiện chắc chắn và đảm bảo kết nối điện. Khi số lượng chân cần hàn lớn, việc thực hiện thủ công từng điểm sẽ mất nhiều thời gian và khó duy trì tính nhất quán.
Hàn sóng giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép nhiều chân linh kiện tiếp xúc với thiếc nóng chảy trong cùng một chu trình. Vì vậy, phương pháp này vẫn có giá trị trong những dây chuyền sản xuất PCB sử dụng kết hợp nhiều loại linh kiện.
Hàn sóng và hàn reflow khác nhau thế nào?
Hai phương pháp đều sử dụng nhiệt để tạo mối hàn nhưng cơ chế tạo liên kết hoàn toàn khác nhau.
| Tiêu chí | Hàn sóng | Hàn reflow |
|---|---|---|
| Vật liệu hàn | Thiếc nóng chảy trong bể hàn | Kem hàn đã in trên PCB |
| Cách tạo mối hàn | PCB tiếp xúc với sóng thiếc | Gia nhiệt để kem hàn nóng chảy |
| Vị trí tác động chính | Mặt dưới PCB | Các pad có kem hàn |
| Ứng dụng phổ biến | Linh kiện THT | Linh kiện SMD |
| Công đoạn đặc trưng | Flux → gia nhiệt → sóng thiếc | In kem hàn → đặt linh kiện → gia nhiệt |
| Cơ chế cấp thiếc | Sóng thiếc từ bể hàn | Kem hàn có sẵn trên pad |
Trong một dây chuyền thực tế, hai phương pháp không nhất thiết loại trừ nhau. Một PCB có cả linh kiện SMD và THT có thể trải qua reflow cho phần SMD, sau đó sử dụng một phương pháp hàn phù hợp cho phần THT.
Vai trò của hàn sóng trong lắp ráp PCB
Hàn sóng giúp tự động hóa công đoạn tạo mối hàn cho số lượng lớn chân linh kiện xuyên lỗ. Thay vì xử lý từng chân riêng biệt, toàn bộ khu vực cần hàn có thể được đưa qua sóng thiếc theo một chu trình được kiểm soát.
Điều này đặc biệt hữu ích trong sản xuất có sản lượng lớn, nơi tốc độ và tính nhất quán của quá trình hàn ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất.
Trong các dây chuyền sản xuất điện tử quy mô lớn như Luxshare ICT, việc lựa chọn phương pháp hàn phù hợp với cấu trúc PCB là một phần của quá trình tổ chức sản xuất và kiểm soát chất lượng. Không phải mọi bo mạch đều có cùng cấu hình linh kiện, vì vậy phương pháp hàn cũng cần được xác định theo thiết kế thực tế.
Kết luận
Hàn sóng là phương pháp sử dụng sóng thiếc nóng chảy để tạo mối hàn trên PCB, trong đó mặt dưới bo mạch được đưa trực tiếp qua vùng thiếc đang được tạo sóng. Quy trình cơ bản gồm chuẩn bị PCB, phủ flux, gia nhiệt trước, tiếp xúc với sóng thiếc, làm nguội và kiểm tra. Phương pháp này đặc biệt phù hợp với linh kiện xuyên lỗ, nhất là khi số lượng điểm hàn lớn và cần tự động hóa quá trình sản xuất. Chất lượng mối hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, flux, tốc độ PCB, chiều cao sóng, thiết kế pad và cấu trúc bo mạch.
Khi tìm hiểu sâu hơn về công nghệ lắp ráp PCB, hàn sóng có thể được xem như một công đoạn chuyên biệt dành cho những cấu hình mà phương pháp hàn bề mặt không phải lựa chọn phù hợp nhất. So với hàn reflow, hàn sóng có cơ chế tạo mối hàn khác biệt và phục vụ những nhu cầu lắp ráp khác nhau. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp cần dựa trên loại linh kiện, thiết kế PCB và yêu cầu sản xuất của từng sản phẩm.
