Lò hàn Reflow

Hàn nóng chảy lại là phương pháp phổ biến nhất để gắn các bộ phận gắn trên bề mặt vào bảng mạch, mặc dù nó cũng có thể được sử dụng cho các bộ phận xuyên lỗ bằng cách lấp đầy các lỗ bằng miếng dán hàn và chèn các dây dẫn thành phần qua miếng dán.Bởi vì hàn sóng có thể đơn giản hơn và rẻ hơn nên việc hàn lại nhiệt thường không được sử dụng trên các tấm xuyên lỗ thuần túy.Khi được sử dụng trên các bo mạch có chứa hỗn hợp các thành phần SMT và THT, tính năng hàn lại qua lỗ cho phép loại bỏ bước hàn sóng khỏi quy trình lắp ráp, có khả năng giảm chi phí lắp ráp.

Mục tiêu của quá trình nung lại là làm nóng chảy chất hàn và làm nóng các bề mặt liền kề mà không làm quá nhiệt và làm hỏng các bộ phận điện.Trong quy trình hàn nóng chảy lại thông thường, thường có bốn giai đoạn, được gọi là "vùng", mỗi giai đoạn có cấu hình nhiệt riêng biệt: làm nóng trước, ngâm nhiệt (thường được rút ngắn thành chỉ ngâm), nóng chảy lại và làm mát.

 

Vùng làm nóng trước

Độ dốc tối đa là mối quan hệ nhiệt độ/thời gian để đo tốc độ thay đổi nhiệt độ trên bảng mạch in.Vùng làm nóng trước thường là vùng dài nhất trong số các vùng và thường thiết lập tốc độ tăng dần.Tốc độ tăng tốc thường nằm trong khoảng từ 1,0 °C đến 3,0 °C mỗi giây, thường rơi vào khoảng từ 2,0 °C đến 3,0 °C (4 °F đến 5 °F) mỗi giây.Nếu tốc độ vượt quá độ dốc tối đa, có thể xảy ra hư hỏng các bộ phận do sốc nhiệt hoặc nứt.

Kem hàn cũng có thể có hiệu ứng bắn tung tóe.Phần làm nóng trước là nơi dung môi trong bột nhão bắt đầu bay hơi và nếu tốc độ tăng (hoặc mức nhiệt độ) quá thấp thì sự bay hơi của chất dễ bay hơi từ thông sẽ không hoàn toàn.

 

Vùng ngâm nhiệt

Phần thứ hai, ngâm nhiệt, thường là quá trình phơi sáng từ 60 đến 120 giây để loại bỏ chất dễ bay hơi trong kem hàn và kích hoạt chất trợ dung (xem chất trợ dung), trong đó các thành phần chất trợ dung bắt đầu quá trình khử oxit trên các dây dẫn và miếng đệm thành phần.Nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến hiện tượng bắn tóe hoặc vón cục mối hàn cũng như oxy hóa lớp dán, các miếng đệm gắn và các đầu nối linh kiện.

Tương tự, từ thông có thể không được kích hoạt hoàn toàn nếu nhiệt độ quá thấp.Ở cuối vùng ngâm, cần có sự cân bằng nhiệt của toàn bộ tổ hợp ngay trước vùng nóng chảy lại.Cấu hình ngâm được đề xuất để giảm bất kỳ delta T nào giữa các thành phần có kích thước khác nhau hoặc nếu cụm PCB rất lớn.Cấu hình ngâm cũng được khuyến nghị để giảm bớt khoảng trống trong các gói kiểu mảng khu vực.

 

Vùng chỉnh lại dòng

Phần thứ ba, vùng chỉnh lại dòng, còn được gọi là “thời gian trên phản xạ” hoặc “thời gian trên chất lỏng” (TAL), và là một phần của quá trình đạt đến nhiệt độ tối đa.Một điểm quan trọng cần cân nhắc là nhiệt độ cao nhất, là nhiệt độ tối đa cho phép của toàn bộ quá trình.Nhiệt độ cao nhất phổ biến là 20–40 °C so với chất lỏng. Giới hạn này được xác định bởi bộ phận trên cụm có khả năng chịu nhiệt độ cao thấp nhất (Bộ phận dễ bị hư hỏng do nhiệt nhất).Hướng dẫn tiêu chuẩn là trừ đi 5°C từ nhiệt độ tối đa mà thành phần dễ bị tổn thương nhất có thể duy trì để đạt đến nhiệt độ tối đa cho quá trình.Điều quan trọng là phải theo dõi nhiệt độ của quá trình để giữ cho nhiệt độ không vượt quá giới hạn này.

Ngoài ra, nhiệt độ cao (trên 260 °C) có thể gây hư hỏng khuôn bên trong của các bộ phận SMT cũng như thúc đẩy sự phát triển của các kim loại.Ngược lại, nhiệt độ không đủ nóng có thể khiến keo không thể chảy lại đầy đủ.

Thời gian trên chất lỏng (TAL), hoặc thời gian trên nóng chảy lại, đo thời gian chất hàn ở dạng lỏng.Chất trợ dung làm giảm sức căng bề mặt tại điểm nối của kim loại để thực hiện liên kết luyện kim, cho phép các quả cầu bột hàn riêng lẻ kết hợp với nhau.Nếu thời gian biên dạng vượt quá thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, kết quả có thể là kích hoạt hoặc tiêu thụ từ thông sớm, “làm khô” lớp dán một cách hiệu quả trước khi hình thành mối hàn.Mối quan hệ thời gian/nhiệt độ không đủ sẽ làm giảm hoạt động làm sạch của chất trợ dung, dẫn đến khả năng làm ướt kém, loại bỏ không đủ dung môi và chất trợ dung, và có thể có các mối hàn bị lỗi.

Các chuyên gia thường đề xuất TAL ngắn nhất có thể, tuy nhiên, hầu hết các loại bột nhão đều chỉ định TAL tối thiểu là 30 giây, mặc dù dường như không có lý do rõ ràng cho thời gian cụ thể đó.Một khả năng là có những vị trí trên PCB không được đo trong quá trình lập hồ sơ và do đó, việc đặt thời gian cho phép tối thiểu là 30 giây sẽ làm giảm khả năng khu vực không được đo không phản xạ lại.Thời gian nấu lại tối thiểu cao cũng mang lại mức độ an toàn trước sự thay đổi nhiệt độ của lò.Thời gian làm ướt lý tưởng là dưới 60 giây so với chất lỏng.Thêm thời gian ở trên chất lỏng có thể gây ra sự tăng trưởng liên kim quá mức, có thể dẫn đến độ giòn của khớp.Bo mạch và các bộ phận cũng có thể bị hỏng trong thời gian dài qua chất lỏng và hầu hết các bộ phận đều có giới hạn thời gian được xác định rõ ràng về thời gian chúng có thể tiếp xúc với nhiệt độ trên mức tối đa nhất định.

Quá ít thời gian ở trên chất lỏng có thể giữ lại dung môi và chất trợ dung, đồng thời tạo ra khả năng làm cho các mối nối bị lạnh hoặc xỉn màu cũng như các lỗ rỗng hàn.

 

Vùng làm mát

Vùng cuối cùng là vùng làm mát để làm nguội dần bảng đã xử lý và làm cứng các mối hàn.Làm mát thích hợp sẽ ức chế sự hình thành liên kim loại dư thừa hoặc sốc nhiệt đối với các bộ phận.Nhiệt độ điển hình trong vùng làm mát nằm trong khoảng từ 30–100 °C (86–212 °F).Tốc độ làm nguội nhanh được chọn để tạo ra cấu trúc hạt mịn có độ bền cơ học cao nhất.

[1] Không giống như tốc độ tăng tốc tối đa, tốc độ giảm tốc độ thường bị bỏ qua.Có thể tốc độ tăng giảm ít quan trọng hơn ở nhiệt độ nhất định, tuy nhiên, độ dốc tối đa cho phép đối với bất kỳ bộ phận nào sẽ được áp dụng cho dù bộ phận đó đang nóng lên hay nguội đi.Tốc độ làm mát thường được đề xuất là 4°C/s.Đó là một tham số cần xem xét khi phân tích kết quả quá trình.

Thuật ngữ "chảy lại" được sử dụng để chỉ nhiệt độ mà trên đó một khối hợp kim hàn rắn chắc chắn sẽ tan chảy (trái ngược với việc chỉ làm mềm).Nếu làm mát dưới nhiệt độ này, chất hàn sẽ không chảy.Được làm ấm lên trên nó một lần nữa, chất hàn sẽ chảy trở lại—do đó "chảy lại".

Các kỹ thuật lắp ráp mạch hiện đại sử dụng phương pháp hàn nóng chảy lại không nhất thiết cho phép chất hàn chảy nhiều lần.Họ đảm bảo rằng chất hàn dạng hạt có trong kem hàn vượt quá nhiệt độ nóng chảy lại của chất hàn liên quan.

Hồ sơ nhiệt