Các lỗi SMT thường gặp

Công nghệ gắn kết bề mặt không phải là một quá trình hàn không khuyết tật. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các lỗi đơn giản trong công nghệ gắn kết bề mặt SMT khiến PCB bị lỗi và cố gắng tìm ra cách để tránh chúng. Giảm thiểu những lỗi như vậy là chìa khóa để cung cấp dịch vụ gia công SMT hiệu quả.

Lỗi SMT số 1: Cầu nối hàn hoặc cầu nối điện

Cầu nối hàn là có cầu nối giữa hai dây dẫn đáng lẽ ra không nên được nối điện và gây chập điện. Những điểm ngắn mạch này sẽ dẫn đến sự cố của mạch.

Nguyên nhân:

Nhiều lý do có thể giải thích cho việc tạo thành cầu nối; tuy nhiên, lý do được công nhận rộng rãi nhất là vấn đề trong quá trình in hàn dán. Sắp xếp in, hoặc sắp xếp stencil đối với cấu hình bo PCB, có thể sai.

Tương tự như vậy, quá nhiều kem hàn cũng có thể gây ra hiện tượng cầu hàn. Điều này có thể xảy ra khi tỷ lệ khẩu độ stencil so với tỷ lệ pad quá cao.

Tương tự như vậy, hàn dán nguội cũng có thể thúc đẩy tạo cầu hàn.

Tỷ lệ trọng lượng kim loại với từ thông không đúng gây ra sự sụt giảm. Nhiệt độ cao và độ ẩm cũng có thể gây ra sự sụt giảm kem hàn.

Quá trình reflow cũng tạo ra cầu nối. Chúng ta biết mục đích của quá trình reflow là để làm tan chảy các hạt bột trong kem hàn. Cùng với đó, nó sẽ kết dính các bề mặt với nhau, và cuối cùng, làm rắn chắc chất hàn để tạo thành một liên kết luyện kim bền chặt. Reflow có thể được chia thành bốn vùng, vùng làm nóng trước, ngâm, làm nóng lại và hạ nhiệt.

Nếu khu vực tiền nhiệt có tốc độ tăng chậm quá mức, nó có thể là nguyên nhân tạo cầu nối. Phần tiếp xúc với kem hàn có thể bị lệch làm cho kem hàn trở thành cầu nối. Quá trình ngâm kéo dài sẽ tạo ra nhiều nhiệt hơn cho hỗn hợp và dẫn đến hiện tượng trượt nóng của hỗn hợp.

Vị trí không chính xác có thể thu hẹp hơn nữa khoảng cách giữa các pad, do đó, làm tăng cơ hội bắc cầu. Quá nhiều áp lực đặt các linh kiện có thể ép kem ra khỏi pad.

Giải pháp:

Tỷ lệ kim loại trên khối lượng chất trợ dung trong kem hàn phải phù hợp. Nói cách khác, không có sự sụt giảm kem hàn. Ví dụ, thường bột hàn không cần thiết có hàm lượng kim loại 85-87%. Tỷ lệ này sẽ giảm xuống nếu chúng ta sử dụng tỷ lệ này cho việc in giá đỡ bề mặt có kích thước nhỏ. Thông thường, 90% là kim loại, hoặc ít nhất nên được sử dụng cho ứng dụng hàn dán in stencil.

Quá trình reflow thích hợp cũng rất quan trọng.

Cần chú ý thích hợp đến việc căn chỉnh các khẩu độ của stencil với các pad trừ khi bạn đang sử dụng căn chỉnh máy in tự động.

Đảm bảo về áp suất điểm và độ chính xác cho vị trí linh kiện.

Giảm kích thước khẩu độ của stencil đi 10%. Nếu không, độ dày của stencil cũng có thể bị giảm, điều này sẽ làm giảm lượng kem hàn dính vào.

Lỗi SMT số 2: Không đủ mối hàn hoặc hở điện

Khi hai điểm được kết nối điện trở nên tách biệt hoặc một khu vực trên PCB làm gián đoạn thiết kế dự kiến trên mạch được gọi là hở điện.

Nguyên nhân

Công đoạn in dán hàn của quá trình gắn kết bề mặt góp phần rất lớn vào lỗi này.

Mối hàn không đủ hàn sẽ dẫn đến hở mạch. Điều này có thể xảy ra nếu kem hàn bị tắc ở các khẩu độ của stencil.

Ngay cả khi thể tích vật hàn là đủ, vết hở có thể xảy ra nếu nó không tiếp xúc với cả chì và pad trong quá trình reflow. Đây được gọi là độ đồng phẳng của linh kiện.

Việc hở điện cũng có thể là hệ quả của chính quá trình chế tạo PCB.

Giải pháp

Đầu tiên và quan trọng nhất, giải pháp là điều chỉnh tỷ lệ khung. Tỷ lệ khung được định nghĩa là tỷ lệ giữa chiều rộng khẩu độ và độ dày của stencil. Kem hàn làm tắc các khẩu độ có thể do tỷ lệ khung quá nhỏ.

Điều kiện môi trường khắc nghiệt là điều cấm kỵ trong quá trình sản xuất. Tránh nhiễm bẩn kem hàn bằng cách kiểm soát môi trường.

Điều tra liên quan đến tính đồng quy cũng rất quan trọng khi giải quyết các vết hở điện.

Việc chế tạo phải được kiểm tra với nhà cung cấp PCB.

Lỗi SMT số 3: bi hàn

Sự phát triển của các bi hàn hình cầu rất nhỏ cô lập khỏi phần thân chính tạo thành mối nối. Đây là một mối quan tâm cần thiết đối với quá trình không sạch vì một số lượng rất lớn bi hàn có thể tạo ra một cầu nối giả giữa hai dây dẫn liền kề gây ra các vấn đề chức năng cho mạch điện. Bi hàn không phải là điều đáng lo ngại với quy trình hòa tan trong nước vì chúng thường xuyên được loại bỏ trong quy trình làm sạch.

Nguyên nhân

Sự nhiễm ẩm của kem hàn là một trong những lý do chính gây ra bi hàn. Độ ẩm bão hòa trong quá trình nung chảy lại để lại các khối bi hàn.

Thiếu cấu hình reflow thích hợp cũng có thể dẫn đến bi hàn. Tốc độ gia nhiệt sơ bộ nhanh sẽ không cung cấp đủ thời gian để dung môi bay hơi dần dần.

Các oxit dư thừa trên bột hàn trong kem hàn cũng có thể tạo thành bi hàn.

Bi hàn có thể do căn chỉnh in kem hàn kém cũng như nơi dán hàn được in trên mặt nạ hàn thay vì miếng đệm.

Kem hàn ở mặt dưới của stencil trong quá trình in cũng là nguyên nhân.

Giải pháp:

Kích thước bột thô được khuyến nghị vì bột mịn có nhiều oxit hơn và có xu hướng dễ bị sụt xuống hơn.

Quá trình reflow nên được chọn theo chất hàn.

Cần tránh sự tương tác của chất hàn với độ ẩm.

Kiểm tra áp suất in tối thiểu được sử dụng.

Căn chỉnh in phải được xác minh trên cơ sở nhất quán, trước khi tiến hành reflow.

Đảm bảo làm sạch đáy stencil thích hợp và thường xuyên.

Lỗi SMT số 4 Mộ hàn

Mộ hàn đôi khi được gọi là hiệu ứng Manhattan, là một linh kiện chip đã kéo một phần hoặc toàn bộ  ra khỏi pad theo một vị trí thẳng đứng chỉ có một đầu được hàn. Điều này là do sự mất cân bằng lực trong quá trình reflow. Linh kiện đứng ở một đầu như thể sống lại từ cõi chết. Do đó, nó trông giống như một bia mộ trong nghĩa địa. Trên thực tế, nó là một thiết kế PCB lỗi với một mạch hở.

Nguyên nhân

Sự gia nhiệt không đều có thể gây ra sự khác biệt giữa các đầu nối linh kiện. Nói chính xác hơn, nếu sự phân bố nhiệt không đều, vật hàn sẽ nóng chảy ở các tốc độ khác nhau. Do đó, một bên sẽ cuộn lại trước bên kia dẫn đến việc dẫn bên kia đứng thẳng.

Các tấm tản nhiệt không đều nhau, tức là các mặt phẳng tiếp đất, nếu có bên trong các lớp PCB có thể hút nhiệt ra khỏi tấm đệm.

Đôi khi do tiếp xúc với nhiệt độ và độ ẩm trên kem hàn, không có đủ lực của kem hàn để giữ linh kiện đúng vị trí trong quá trình reflow.

Chuyển động quá mức trong và sau quá trình reflow có thể gây ra sự sai lệch của các linh kiện dẫn đến việc lắp ráp mộ hàn.

Vị trí không đều của các linh kiện trên miếng pad trước khi reflow dẫn đến lực hàn không cân bằng.

Giải pháp:

Thân linh kiện phải che ít nhất 50% cả hai pad để tránh mất cân bằng lực hàn.

Đảm bảo độ chính xác của vị trí linh kiện cao.

Nên duy trì nhiệt độ làm nóng sơ bộ cao để chênh lệch giữa hai đầu là nhỏ trong quá trình reflow.

Giảm thiểu chuyển động, trong quá trình lắp ráp SMT đến mức thấp nhất có thể trong quá trình reflow.

Ít tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao hoặc độ ẩm.

Một vùng ngâm mở rộng có thể giúp cân bằng lực làm ướt trên cả hai miếng đệm trước khi kem hàn đạt đến trạng thái nóng chảy.

Lỗi SMT số 5: Không thấm ướt hoặc khử ướt

Tình trạng trong mối nối hàn trong đó chất lỏng hàn không bám dính chặt chẽ với ít nhất một trong các linh kiện. Bề mặt tiếp xúc với chất hàn lỏng có một phần hoặc không có chất hàn nào bám chặt vào nó.

Nguyên nhân

Hoàn thiện PCB kém có thể là một trong những lý do chính. Giả sử có thể nhìn thấy được kim loại cơ bản, thường thì kim loại này khó hàn, do đó xảy ra hiện tượng không thấm ướt.

Nó cũng có thể là do thời gian ngâm quá lâu trong quá trình reflow. Dẫn đến cạn kiệt chất trợ dung trước khi hàn.

Có thể trong quá trình reflow, nhiệt không đủ, do đó, chất trợ hàn không nhận được nhiệt độ kích hoạt thích hợp.

Giải pháp

Chất lượng hoàn thiện bề mặt kim loại tốt hơn như OSP hoặc ENIG chịu nhiệt độ cao hơn cần được điều chỉnh.

Giảm tổng thời gian lập profile trước giai đoạn reflow.

Thông lượng hàn thích hợp cho nhiệm vụ hàn.