Hàn sóng là gì?
Hàn sóng (hay wave soldering) là một quá trình hàn quy mô lớn, theo đó các linh kiện điện tử được hàn vào bo mạch in (PCB) để tạo thành một tổ hợp điện tử. Thuật ngữ này bắt nguồn từ việc sử dụng các dòng sóng chì hàn nóng chảy để gắn các linh kiện kim loại vào PCB. Quá trình sử dụng một bể chứa một lượng chì hàn nóng chảy; các linh kiện được đặt trên PCB và PCB được đưa qua dòng chảy chì hàn.
Chì hàn sẽ làm ướt các khu vực kim loại tiếp xúc của bo mạch, đó là những chỗ không được bảo vệ bằng mặt nạ hàn ( mặt nạ hàn là một lớp bảo vệ ngăn chặn chì hàn tạo thành cầu nối giữa các mối hàn), từ đó tạo ra một kết nối cơ và điện. Quá trình này nhanh hơn và có thể tạo ra sản phẩm chất lượng cao hơn so với hàn các linh kiện thủ công.
Hàn sóng được sử dụng cho cả cụm mạch in xuyên lỗ và gắn bề mặt. Trong trường hợp gắn bề mặt, các linh kiện được dán bởi thiết bị định vị lên bề mặt bảng mạch in trước khi được chạy qua sóng chì hàn nóng chảy.
Máy hàn sóng
Máy hàn sóng gồm một bể hàn nóng. Bể hàn được duy trì ở nhiệt độ cần thiết cho quá trình hàn. Trong bể, một làn sóng hàn được tạo ra và các bo mạch in được truyền qua sao cho chỉ mặt dưới của bo tiếp xúc với sóng hàn. Phải cẩn thận trong việc điều chỉnh độ cao của sóng để nó không chảy qua mặt trên của bo khiến cho chì hàn đi vào những nơi không cần thiết.
Các bo được giữ chắc chắn trên băng tải bằng ngón tay kim loại. Các ngón tay được làm bằng titan vì có thể chịu được nhiệt độ và không bị ảnh hưởng bởi chì hàn.
Chuẩn bị
Để một bo mạch in điện tử có thể được xử lý thành công bằng máy hàn sóng, cần phải được thiết kế và sản xuất đúng cách.
Lớp chống hàn: đây là tiêu chuẩn đầu tiên khi thiết kế bo. Lớp chống hàn hay lớp mặt nạ hàn cần phải có trong thiết kế PCB, giống như thêm một lớp “vecni” vào bo để chì hàn không dính vào. Chỉ những khu vực cần hàn sẽ được để tiếp xúc với chì hàn. Lớp chống hàn thường có màu xanh lá cây.
Khoảng cách giữa các miếng hàn: điều thứ hai cần phải đảm bảo rằng có đủ khoảng cách giữa các miếng hàn. Nếu các miếng nằm quá gần thì có khả năng chất hàn có thể làm cầu nối hai miếng hàn gây ra ngắn mạch.
Dựa vào đường đi của sóng chì hàn khi chảy ra khỏi bể chứa và bo mạch đi qua, khoảng cách miếng đệm sẽ phụ thuộc vào hướng của bo so với dòng chì hàn. Các miếng đệm được đặt cách xa hướng của dòng chì hàn nên có không gian lớn hơn so với các miếng được đặt ở vuông góc với dòng chì hàn. Nguyên nhân là do các cầu hàn dễ hình thành hơn trong hướng của dòng chì hàn.
Trợ hàn
Để đảm bảo rằng các chỗ cần hàn sạch sẽ và không bị oxy hóa… cần có chất trợ hàn. Chất trợ hàn được thêm vào mặt cần hàn của bo, tức là mặt dưới. Cần phải kiểm soát cẩn thận lượng chất trợ hàn khi sử dụng. Nếu chất trợ hàn quá ít sẽ tăng khả năng có nhiều mối hàn xấu, nếu thêm nhiều chất trợ hàn quá sẽ có một lượng dư chất trợ hàn nằm trên bo. Ngoài việc làm giảm giá trị thẩm mĩ nó còn ảnh hưởng lâu dài đến bo mạch vì chất trợ hàn có tính axit. Có hai phương pháp chính để thêm chất trợ hàn:
Phun chất trợ hàn: Một làn sương mịn chất trợ hàn được phun vào mặt dưới của bo mạch sẽ được hàn. Một số hệ thống có thể sử dụng khí nén để loại bỏ phần chất trợ hàn dư thừa.
Bọt chất trợ hàn: Bo mạch in điện tử được chuyền qua bọt chất trợ hàn được tạo ra bằng cách sử dụng một bể chứa chất trợ hàn trong đó có xi lanh nhựa có các lỗ nhỏ được ngâm bên trong. Xi lanh nhựa được bao phủ bởi một ống kim loại và không khí đưa qua xi lanh tạo ra bọt chất hàn đi ra khỏi ống.
Làm nóng sơ bộ
Quá trình hàn sóng cho thấy các bo mạch in điện tử ở mức nhiệt đáng kể, lớn hơn nhiều so với các bo mạch phải chịu nếu được hàn thủ công. Việc sốc nhiệt này sẽ làm tăng mức độ thất bại rất nhiều nếu không được giải quyết. Để khắc phục điều này, bo mạch được làm nóng sơ bộ để có thể liên tục đưa đến nhiệt độ yêu cầu một cách ổn định và giảm thiểu sốc nhiệt.
Khu vực làm nóng sơ bộ thường sử dụng bộ gia nhiệt khí nóng thổi khí nóng lên các bo khi chúng đi về phía máy hàn sóng. Trong một số trường hợp, đặc biệt nếu số lượng bo lớn, có thể sử dụng bộ sưởi hồng ngoại để đảm bảo tất cả các bo được làm nóng đều và không có khu vực nào không được làm nóng.
Ngoài việc gia nhiệt sơ bộ để ngăn ngừa sốc nhiệt mà máy hàn sóng tạo ra, việc gia nhiệt cũng cần thiết để kích hoạt chất trợ hàn. Chất trợ hàn rất cần để đảm bảo các chỗ được hàn sạch sẽ và bám chì hàn.
Ứng dụng hàn sóng trong lắp ráp PCB
Hàn sóng đã không được sử dụng rộng rãi để lắp ráp PCB như trước đây. Nó không phù hợp với các yêu cầu của nhiều bo mạch sản xuất hiện nay. Tuy nhiên, nó vẫn phù hợp với các bo được sản xuất với linh kiện có chân và một số bo gắn trên bề mặt sử dụng các linh kiện lớn. Các bo này thường là những bo được sử dụng với số lượng thấp và trong các sản phẩm chuyên dụng.
