The Thermal Dance: Profiling and Process Control in Reflow and Wave Soldering (Vũ điệu nhiệt: Xác định và kiểm soát quy trình trong hàn ngược và hàn sóng)

Hàn là quá trình luyện kim tạo ra các kết nối điện và cơ học vĩnh viễn trong Lắp Ráp PCB. Việc kiểm soát môi trường nhiệt trong quá trình này là một lĩnh vực riêng, cân bằng nhu cầu nhiệt của hợp kim hàn với giới hạn sống sót của các linh kiện và chất nền.Hàn Reflowcho các linh kiện SMT được điều chỉnh bởi Hồ Sơ Reflow, một đường cong thời gian-nhiệt độ với các giai đoạn riêng biệt. Giai đoạn Gia Nhiệt/Tăng Nhiệt đưa toàn bộ cụm lên đều để tránh sốc nhiệt. Giai đoạn Ngâm/Duy Trì cho phép các linh kiện lớn hơn cân bằng nhiệt và kích hoạt chất trợ hàn, loại bỏ oxit khỏi các miếng đệm và đầu cuối linh kiện. Giai đoạn quan trọng Reflow/Đỉnh làm tan chảy hợp kim hàn (ví dụ: ~217°C đối với SAC305), cho phép làm ướt và hình thành hợp chất liên kim loại (IMC) tại các giao diện miếng đệm và chân linh kiện. Cuối cùng, giai đoạn Làm Mát làm đông đặc mối nối; tốc độ làm mát được kiểm soát, đủ dốc thúc đẩy vi cấu trúc hàn hạt mịn để có độ bền cơ học tốt hơn.

Tạo hồ sơ tối ưu là một khoa học thực nghiệm. Nó yêu cầu các cặp nhiệt điện được gắn vào các bảng đại diện—trên các linh kiện khối lượng nhiệt lớn, các linh kiện nhỏ và chính bảng mạch—để lập bản đồ trải nghiệm nhiệt thực tế. Mục tiêu là đảm bảo tất cả các mối nối trên bảng mạch dành đủ thời gian trên nhiệt độ lỏng (Thời gian trên Nhiệt độ Lỏng - TAL), thường là 60-90 giây, trong khi không bao giờ vượt quá xếp hạng nhiệt độ tối đa của linh kiện nhạy cảm nhất. Quá trình không chì, với nhiệt độ cao hơn, làm trầm trọng thêm các thách thức như tách lớp PCB, linh kiện nổ bỏng ngô (nứt do độ ẩm trong các gói IC bằng nhựa) và sự phát triển quá mức của liên kim loại, có thể làm cho các mối nối giòn. Khí quyển trơ Nitơ (N2) trong lò reflow thường được sử dụng để giảm quá trình oxy hóa, cải thiện độ ướt và cho phép nhiệt độ đỉnh thấp hơn một chút hoặc một cửa sổ quy trình rộng hơn.

Đối với các linh kiện Công Nghệ Xuyên Lỗ, Hàn Sóng vẫn còn phù hợp. Ở đây, bảng mạch đi qua một sóng hàn nóng chảy. Quá trình này bao gồm một giai đoạn ứng dụng chất trợ hàn, một giai đoạn gia nhiệt trước để kích hoạt chất trợ hàn và ngăn ngừa sốc nhiệt, và sau đó tiếp xúc với sóng hàn. Các thông số chính bao gồm nhiệt độ nồi hàn (thường là 250-260°C đối với không chì), tốc độ băng tải, chiều cao sóng, và thời gian tiếp xúc. Thiết kế của pallet hoặc giá đỡ được sử dụng để che chắn các linh kiện SMT ở mặt trên là rất quan trọng. Hàn Chọn Lọc, sử dụng một nồi hàn và vòi phun thu nhỏ, đã trở thành giải pháp chuyên nghiệp cho các bảng mạch công nghệ hỗn hợp hoặc các khu vực xuyên lỗ dày đặc, cung cấp khả năng hàn chính xác, cục bộ mà không ảnh hưởng đến các linh kiện SMT gần đó. Trong mọi trường hợp, việc theo dõi liên tục thành phần hóa học của nồi hàn (để kiểm soát xỉ và ô nhiễm đồng) và hồ sơ nhiệt là rất cần thiết để kiểm soát quy trình, đảm bảo các mối hàn nhất quán, đáng tin cậy, tạo thành xương sống của tính toàn vẹn điện của cụm.