Kỹ thuật hàn: Hiểu rõ để có mối hàn chất lượng
Hàn là một công đoạn cực kỳ quan trọng trong ngành sản xuất điện tử hiện đại. Mặc dù các phương pháp hàn tự động (như SMT - Hàn dán bề mặt, và Wave Soldering - Hàn sóng) rất phổ biến, nhưng hàn tay (Touch up) vẫn không thể loại bỏ hoàn toàn 100%, đặc biệt là trong các công đoạn sửa chữa (Repair).
Kỹ thuật hàn tay kém có thể dẫn đến nhiều lỗi chất lượng (hàn nguội, hàn trống, hàn giả, cầu chì, chập mạch) khiến mạch điện hoạt động không bình thường. Nghiêm trọng hơn, nó có thể làm hỏng linh kiện trong quá trình hàn, hoặc thậm chí gây cháy linh kiện khi cấp điện. Do đó, việc trang bị kiến thức và kỹ năng hàn đúng cách cho tất cả nhân viên sản xuất điện tử là vô cùng cần thiết để đảm bảo chất lượng mối hàn, giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi và thậm chí kéo dài tuổi thọ sản phẩm.
Tại sao cần phải hàn?
Chức năng chính của việc hàn là kết nối các linh kiện điện tử riêng lẻ lại với nhau để chúng có thể trao đổi tín hiệu điện. Thứ hai, hàn giúp cố định linh kiện trên bảng mạch, tránh việc linh kiện bị rơi ra ngoài và mất chức năng.
Hãy nhìn vào hình ảnh mặt cắt của bảng mạch (nếu có): Bạn sẽ thấy thiếc hàn là cầu nối giữa chân linh kiện và miếng đồng (pad) trên PCB. Miếng đồng này lại kết nối với các chân linh kiện khác, tạo thành một mạch điện tử hoàn chỉnh.
Hàn là gì?
Nói một cách đơn giản, hàn (Soldering) là quá trình kết nối hai kim loại với nhau bằng cách thêm một kim loại phụ (chất hàn/thiếc hàn) có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn cả hai kim loại chính. Chất hàn này phải có khả năng tương tác hóa học với cả hai kim loại chính để tạo ra một hợp chất liên kim loại (IMC), giúp chúng liên kết chặt chẽ với nhau.
Khi hàn tay, chúng ta dùng mỏ hàn điện (soldering iron) để đồng thời làm nóng hai kim loại cần hàn và đưa thiếc hàn vào. Thiếc hàn sẽ tan chảy, len lỏi vào các khe hở giữa chân linh kiện và miếng đồng trên PCB, bao phủ cả hai và sau đó đông đặc lại, tạo thành một liên kết vững chắc và là đường dẫn tín hiệu điện.
Do đó, thiếc hàn (chất hàn) cần phải đáp ứng ba yêu cầu sau:
1.Điểm nóng chảy thấp: Nhiệt độ không được quá cao để dễ tìm vật liệu tương thích, nhưng cũng không được quá thấp để đảm bảo ổn định trong điều kiện hoạt động và lưu trữ của sản phẩm điện tử.2.Khả năng dẫn điện tốt: Phải là vật liệu dẫn điện hoặc bán dẫn.
3.Độ bền hàn nhất định và khả năng chống sốc: Đảm bảo mối hàn chắc chắn, chịu được va đập.
Dựa trên các yêu cầu này, ngành công nghiệp lắp ráp điện tử hiện nay thường sử dụng hợp kim có gốc "thiếc" làm chất hàn (nên gọi là "thiếc hàn"). Còn chân linh kiện và bảng mạch gần như đều dùng "đồng" làm vật liệu chính, sau đó mạ thêm Niken, Thiếc, Bạc... lên bề mặt để dễ hàn.
Việc sử dụng hợp kim giúp giảm điểm nóng chảy của chất hàn và đáp ứng các yêu cầu hàn khác nhau. Ví dụ, thêm một lượng nhỏ "bạc" giúp mối hàn ướt tốt hơn, tăng cường độ bền và chống mỏi. Thêm một lượng nhỏ "đồng" vào kem hàn cũng cải thiện độ bền mối hàn và giảm sự ăn mòn đầu mỏ hàn.
Nguyên lý hàn
Nguyên lý hàn không có gì quá phức tạp: đó là sử dụng "nhiệt độ" để làm chảy thiếc hàn, kết nối linh kiện điện tử và bảng mạch. Sau đó, khi nhiệt độ giảm xuống dưới điểm nóng chảy, thiếc hàn sẽ đông đặc lại và tạo thành liên kết.
Tuy nhiên, hàn tay không thể làm nóng toàn bộ như lò hàn SMT. Chúng ta sử dụng mỏ hàn điện làm nguồn nhiệt tập trung tại một điểm. Vì vậy, khả năng truyền nhiệt hiệu quả trở nên rất quan trọng.
Khi hàn tay, nhiệt từ mỏ hàn điện nhanh chóng làm nóng chân linh kiện và miếng đồng trên PCB đến nhiệt độ cao hơn điểm nóng chảy của thiếc, nhưng không quá cao đến mức làm hỏng linh kiện hay bảng mạch. Sau đó, dây thiếc hàn rắn sẽ được đưa vào vùng đã nóng. Khi tiếp xúc với nhiệt độ đủ cao, thiếc sẽ chuyển sang trạng thái lỏng và chảy đều, phủ kín toàn bộ điểm hàn và chân linh kiện. Khi mỏ hàn được rút ra, thiếc lỏng sẽ nguội dần, đông đặc lại khi nhiệt độ giảm xuống dưới điểm nóng chảy, hoàn thành mối hàn.
Từ những điều trên, có một số lưu ý quan trọng khi hàn:
Nguyên tắc vàng: Hoàn thành mối hàn tốt nhất trong thời gian ngắn nhất và với nhiệt độ thấp nhất. Hầu hết các linh kiện và PCB không thể chịu được nhiệt độ quá cao trong thời gian dài, nếu không có thể hỏng linh kiện hoặc làm bong tróc miếng đồng. Hơn nữa, làm nóng thiếc quá lâu cũng khiến chất trợ hàn (flux) trong thiếc bay hơi hết, ảnh hưởng xấu đến chất lượng mối hàn.Mỏ hàn phải đủ công suất: Công suất (W) của mỏ hàn quyết định khả năng giữ nhiệt và bù nhiệt của nó. Khi đầu mỏ hàn tiếp xúc với linh kiện và pad đồng lạnh, nhiệt sẽ truyền từ mỏ hàn sang. Mỏ hàn phải liên tục cung cấp đủ nhiệt để duy trì nhiệt độ hàn. Nếu công suất quá thấp, nhiệt độ sẽ không ổn định hoặc không đủ, dẫn đến các lỗi như hàn giả, hàn trống.
Khi hàn trên pad đồng lớn: Một số pad hàn trên PCB được nối với vùng đồng lớn (khu vực tản nhiệt). Những vùng này hút nhiệt cực nhanh. Trong trường hợp này, ngoài việc dùng mỏ hàn công suất lớn, bạn còn cần dùng đầu mỏ hàn có hình dạng lớn (ví dụ: đầu dao) để tăng diện tích tiếp xúc và truyền nhiệt hiệu quả hơn.
Thế nào là mối hàn tốt?
Một mối hàn tốt là khi thiếc hàn trải đều, lan tỏa từ từ và tự nhiên. Bề mặt thiếc hàn phải tạo thành một hình cung mềm mại, tự nhiên giữa thiếc, pad đồng và chân linh kiện.
Cách hàn tay điện tử đúng cách bằng mỏ hàn:
1.Làm nóng sơ bộ: Khi hàn, nên dùng đầu mỏ hàn đồng thời làm nóng miếng đồng trên PCB và chân linh kiện khoảng 1-2 giây để chúng nóng lên một nhiệt độ nhất định. Bạn có thể cho một ít thiếc hàn vào đầu mỏ hàn trước để tăng diện tích tiếp xúc, giúp truyền nhiệt hiệu quả hơn.2.Cho thiếc hàn: Chờ đến khi vật cần hàn đủ nóng, lúc đó mới đưa lượng lớn dây thiếc vào đầu mỏ hàn. Điều này đảm bảo thiếc hàn thực sự "làm ướt" và bám dính vào miếng đồng và chân linh kiện, thậm chí bao phủ chúng.
3.Tránh cho thiếc quá sớm: Tuyệt đối không nên cho toàn bộ thiếc hàn vào khi miếng đồng và chân linh kiện chưa đủ nóng. Điều này sẽ khiến thiếc chảy lan ra những vùng chưa đủ nhiệt độ, dễ gây ra các lỗi như hàn bọc (bao thiếc), hàn giả.
4.Hàn các điểm lớn: Đối với các mối hàn lớn, nên di chuyển đầu mỏ hàn sang phía đối diện của điểm hàn để tiếp tục thao tác. Điều này giúp đẩy nhanh quá trình lấp đầy thiếc hàn, vì thiếc có thể không tự chảy đều vào mọi khe hở.
5.Sau khi đầu mỏ hàn tiếp xúc với pad và chân linh kiện, phải đảm bảo hoàn thành mối hàn trong thời gian ngắn nhất, sau đó nhanh chóng rút mỏ hàn ra. Thiếc không chì SAC305 có điểm nóng chảy là 217˚C, trong khi mỏ hàn thường được cài đặt ở 350-380˚C. Việc làm nóng cục bộ điểm hàn ở nhiệt độ cao và trong thời gian dài rất dễ làm hỏng linh kiện điện tử và PCB. Không phải kim loại không chịu được, mà các vật liệu nhựa và keo sẽ hỏng trước, đồng thời còn phải tính đến vấn đề hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của vật liệu.
6.Khi hàn xong, phải rút đầu mỏ hàn ra khỏi điểm hàn một cách nhanh chóng. Nếu rút quá chậm, thiếc hàn lỏng sẽ bị kéo dài ra theo đầu mỏ hàn, tạo thành hiện tượng "kéo dây thiếc" hay "chóp nhọn". Việc rút mỏ hàn nhanh giúp thiếc lỏng bị kéo dài sẽ "bật ngược" trở lại vào điểm hàn, và nhiệt độ còn lại của điểm hàn sẽ hấp thụ lượng thiếc này, tạo thành một đường cong mối hàn đẹp.
0 Nhận xét