Hàn reflow là phương pháp hàn quan trọng trong lĩnh vực SMT, giúp gắn linh kiện lên bảng mạch PCB bằng cách sử dụng nhiệt độ cao để làm chảy kem hàn. Việc điều chỉnh nhiệt độ trong lò hàn reflow chính xác là một trong các yếu tố then chốt quyết định chất lượng của mối hàn, độ bền của sản phẩm và giảm tỷ lệ lỗi trong sản xuất. Bài viết sau đây Hapoin sẽ hướng dẫn cách điều chỉnh nhiệt độ lò hàn reflow một cách tối ưu để giảm thiểu lỗi hàn trong quy trình SMT.
Tầm quan trọng của việc điều chỉnh nhiệt độ
Lò reflow là thiết bị dùng để nung chảy hợp kim hàn để kết nối linh kiện với bảng mạch in lại với nhau. Quá trình này thường diễn ra sau khi linh kiện đã được đặt lên PCB chính xác thông qua thiết bị dán linh kiện SMT. Lò hàn reflow sẽ làm chảy lớp hàn đã in sẵn trên bảng mạch để tạo ra các mối hàn chắc chắn giữa linh kiện và bề mặt bảng mạch.
Yếu tố nhiệt độ trong lò hàn reflow ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình nóng chảy và tạo liên kết giữa hợp kim với bề mặt bảng mạch PCB. Nếu nhiệt độ không được kiểm soát chặt chẽ, có thể xảy ra các lỗi như mối hàn bị oxy hóa, hàn không đủ hoặc làm hỏng linh kiện.
Bộ đo lò hàn reflow dạng mô-đun MALCOM RCX-1
Thông thường, lò hàn reflow được vận hành theo biểu đồ nhiệt độ với bốn giai đoạn chính sau:
Giai đoạn làm nóng trước (Preheat)
- Chức năng: Làm cho bảng mạch PCB và linh kiện nóng đều, tránh bị sốc nhiệt.
- Nhiệt độ khuyến nghị ở giai đoạn này từ 120 – 150°C
- Thời gian: 60 – 120 giây
- Tốc độ tăng nhiệt lý tưởng từ 1 – 3°C/giây
- Điều chỉnh: Nếu nhiệt độ tăng quá nhanh, linh kiện có thể bị nứt do giãn nở đột ngột. Nếu nhiệt độ không đồng đều có thể khiến kem hàn bay hơi không kiểm soát gây ra lỗi hàn.
Cách điều chỉnh nhiệt độ lò hàn reflow tối ưu nhất trong giai đoạn này là kiểm tra độ đồng đều của nhiệt độ trên toàn bộ bảng mạch PCB để tránh hiện tượng giãn nở không đều gây ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn.
Giai đoạn ngâm (Soak)
- Chức năng: Làm bay hơi dung môi trong kem hàn và kích hoạt chất trợ hàn để cải thiện độ bám dính của mối hàn.
- Nhiệt độ khuyến nghị từ 180 – 220°C
- Thời gian từ 60 – 120 giây
- Điều chỉnh nhiệt độ: Giai đoạn này cần duy trì nhiệt độ ổn định để tránh các lỗi thiếu hàn hoặc hàn không bám dính. Cần theo dõi chặt chẽ nhiệt độ và thời gian để đảm bảo quá trình hàn diễn ra ổn định và đạt chất lượng cao.
Giai đoạn hàn chảy (Reflow)
- Chức năng: Làm thiếc hàn nóng chảy giúp tạo liên kết chắc chắn giữa chân linh kiện và bảng mạch PCB.
- Nhiệt độ đỉnh đạt từ 230 – 250°C
- Thời gian duy trì nhiệt độ cao (TAL) từ 30 – 60 giây.
- Điều chỉnh nhiệt độ: Nếu nhiệt độ quá cao có thể gây cháy PCB hoặc làm hỏng linh kiện, nhiệt độ quá thấp khiến mối hàn không bám chắc và dễ gây lỗi hàn nguội. Thời gian duy trì nhiệt độ cao quá ngắn có thể khiến mối hàn kém chắc và dễ gãy. Do vậy cần kiểm soát chính xác nhiệt độ và thời gian hàn để đảm bảo chất lượng mối hàn, tránh các lỗi sản xuất.
Biểu đồ nhiệt độ lò hàn reflow (Ảnh: Internet)
Giai đoạn làm mát (Cooling)
Chức năng: Giúp định hình mối hàn, đảm bảo kết nối chắc chắn giữa linh kiện và PCB. Qua đó ngăn chặn hiện tượng nứt hàn do nhiệt độ thay đổi đột ngột.
Nhiệt độ giảm xuống dưới 180°C
Tốc độ làm mát lý tưởng từ 2 – 4°C/giây
Điều chỉnh nhiệt độ:
- Nếu quá trình làm mát quá nhanh (>4°C/giây) có thể khiến vật liệu co rút đột ngột gây ra ứng suất nhiệt và làm nứt mối hàn.
- Nếu quá trình làm mát quá chậm (<2°C/giây) có thể khiến các hạt thiếc phát triển không đồng đều, làm giảm độ bền cơ học của mối hàn.
Vì vậy, quá trình làm mát cần phải được kiểm soát tốc độ trong khoảng từ 2 đến 4°C/giây để tránh lỗi nứt hàn hoặc suy giảm chất lượng của mối hàn.
Các yếu tố ảnh hưởng và cách điều chỉnh nhiệt độ lò hàn reflow
Nhiệt độ trong lò hàn reflow cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo mối hàn đạt chất lượng, tránh các lỗi như hàn không ngấu, nứt hàn hoặc linh kiện bị hư hỏng. Dưới đây là các yếu tô ảnh hưởng đến nhiệt độ lò hàn và cách điều chỉnh phù hợp:
Loại hợp kim hàn: Mỗi loại hợp kim hàn sẽ có nhiệt độ nóng chảy khác nhau, vì vậy cần điều chỉnh nhiệt độ của lò hàn reflow cho phù hợp.
Thiết kế PCB: PCB có mật độ linh kiện cao hoặc có linh kiện có kích thước lớn sẽ ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt. Nếu linh kiện có khối lượng lớn không được làm nóng đồng đều có thể gây ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khu vực bảng mạch và gây ra các lỗi hàn.
Tốc độ băng tải: Băng tải trong lò reflow là yếu tố quan trọng quyết định thời gian mà PCB tiếp xúc với nhiệt độ cao. Nếu tốc độ của băng tải quá nhanh, PCB có thể không đạt đủ nhiệt độ để kem hàn nóng chảy hoàn toàn, gây lỗi hàn. Ngược lại, nếu tốc độ quá chậm, linh kiện có thể bị hiện tượng quá nhiệt gây hỏng mối hàn hoặc ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Loại lò hàn reflow: Mỗi lò hàn sẽ có cơ chế truyền nhiệt khác nhau, điều này tác động đến cách làm nóng PCB, cụ thể như sau:
- Lò hàn đối lưu sử dụng luồng khí nóng để phân bổ nhiệt đồng đều.
- Lò hồng ngoại sử dụng tia hồng ngoại, tuy nhiên có thể chênh lệch nhiệt độ nếu linh kiện có độ phản xạ khác nhau.
Thiết kế của mỗi loại PCB ảnh hưởng đến sự phân bổ nhiệt độ (Ảnh: Internet)
Cách điều chỉnh nhiệt độ lò hàn reflow
Việc kiểm soát nhiệt độ trong lò hàn reflow có vai trò quan trọng trong chất lượng mối hàn của quy trình sản xuất SMT. Để giảm thiểu lỗi hàn, kỹ thuật viên cần điều chỉnh nhiệt độ dựa trên biểu đồ nhiệt độ, loại kem hàn sử dụng, lưu lượng khí nóng và thực hiện giám sát định kỳ.
Xác định biểu đồ nhiệt độ tối ưu
- Sử dụng nhiệt kế hồng ngoại hoặc bộ ghi nhiệt độ (thermocouple) để đo nhiệt độ thực tế trên bảng mạch PCB.
- Kiểm tra độ chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng PCB, từ đó điều chỉnh mức gia nhiệt để đảm bảo nhiệt độ phân bố đồng đều.
- Thử nghiệm biểu đồ nhiệt độ mẫu cho từng loại linh kiện và hợp kim hàn để tối ưu quy trình hàn.
Điều chỉnh nhiệt độ theo loại kem hàn
Mỗi loại kem hàn có yêu cầu về nhiệt độ khác nhau, vì vậy cần điều chỉnh nhiệt độ phù hợp để đảm bảo mối hàn đạt chất lượng cao. Cụ thể:
- Kem hàn không chì: Yêu cầu nhiệt độ đỉnh cao hơn, thời gian duy trì nhiệt độ cao từ 245 – 250°C. Loại kem hàn thiếc này cần phải kiểm soát tốc độ làm mát chặt chẽ để tránh lỗi rỗ khí.
- Kem hàn có chì: Nhiệt độ đỉnh yêu cầu thấp hơn, thông thường dưới 225°C để dễ kiểm soát. Loại kem này ít gây ảnh hưởng đến linh kiện nhạy nhiệt và phù hợp với các thiết bị yêu cầu nhiệt độ ổn định cao.
Kiểm soát lưu lượng khí nóng trong lò
- Điều chỉnh vận tốc khí nóng để đảm bảo cho nhiệt độ có thể phân bổ đồng đều trên toàn bộ PCB.
- Kiểm tra sự ổn định nhiệt trong các vùng quan trọng của lò hàn như bộ phận gia nhiệt, ngâm nhiệt, reflow và làm mát.
Kiểm soát lưu lượng khí nóng trong lò để điều chỉnh nhiệt độ lò hàn reflow (Ảnh: Internet)
Giám sát và hiệu chỉnh nhiệt độ định kỳ
- Bảo trì lò hàn reflow thường xuyên để đảm bảo hệ thống gia nhiệt hoạt động ổn định.
- Kiểm tra và hiệu chỉnh phần cảm biến nhiệt độ để đảm bảo độ chính xác của hệ thống điều khiển nhiệt độ.
Để giảm thiểu các lỗi hàn SMT, cách điều chỉnh nhiệt độ lò hàn reflow cần phải đặc biệt chú ý. Việc điều chỉnh nhiệt độ theo loại kem hàn, kiểm soát luồng khí nóng và giám sát hệ thống định kỳ. Điều này sẽ giúp doanh nghiệp đảm bảo được quá trình hàn ổn định, hạn chế lỗi hàn và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Các lỗi hàn thường gặp và cách khắc phục
| Lỗi hàn | Nguyên nhân | Cách khắc phục |
| Lỗ khí (Voiding) | Nhiệt độ TAL quá thấp hoặc quá ngắn | Tăng thời gian TAL, kiểm soát độ ẩm PCB |
| Hàn cầu (Solder Bridging) | Nhiệt độ hàn quá cao, lượng kem hàn quá nhiều | Giảm nhiệt độ đỉnh, kiểm soát lượng kem hàn |
| Không hàn (Non-wetting) | PCB bị oxy hóa, trợ hàn không đủ | Kiểm tra chất lượng PCB, sử dụng đủ lượng trợ hàn |
| Rỗ chân hàn (Cold Solder) | Nhiệt độ TAL quá ngắn | Tăng thời gian TAL lên mức tối ưu |
| Bong linh kiện (Tombstoning) | Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu linh kiện quá lớn | Kiểm soát tốc độ gia nhiệt để cân bằng nhiệt độ |
>>> Có thể bạn quan tâm: Các lỗi thường gặp khi sử dụng máy hàn sóng
Kết luận
Điều chỉnh nhiệt độ trong lò hàn reflow là một trong những yếu tố quan trọng góp phần giảm thiểu lỗi hàn trong quy trình sản xuất SMT và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Việc tối ưu hóa biểu đồ nhiệt độ, điều chỉnh nhiệt độ theo loại kem hàn, kiểm soát luồng khí nóng và giám sát hệ thống định kỳ. Điều này sẽ giúp doanh nghiệp đảm bảo được quá trình hàn ổn định, hạn chế lỗi hàn và nâng cao chất lượng sản phẩm. Nếu cần tư vấn về cách điều chỉnh nhiệt độ lò hàn reflow và tối ưu hóa lò reflow trong dây chuyền SMT, liên hệ ngay Hapoin để được hỗ trợ chi tiết!
