Trong những ngày đầu của sản xuất điện tử, mọi linh kiện trên bảng mạch đều cần được hàn thủ công—một quy trình tỉ mỉ đòi hỏi độ chính xác đặc biệt. Sự ra đời của công nghệ hàn sóng đã cách mạng hóa hiệu quả sản xuất, nổi lên như một lực lượng biến đổi trong ngành. Nhưng chính xác thì công nghệ này hoạt động như thế nào và nó đóng vai trò gì trong sản xuất điện tử hiện đại? Bài viết này xem xét các nguyên tắc, quy trình và ứng dụng thực tế của hàn sóng.

Hàn sóng là một quy trình cố định các linh kiện xuyên lỗ vào bảng mạch in (PCB) bằng cách cho chúng đi qua một sóng thiếc nóng chảy, kết nối các chân linh kiện với các miếng đệm PCB. Mặc dù công nghệ gắn bề mặt (SMT) đã trở nên nổi bật, hàn sóng vẫn không thể thiếu cho các ứng dụng yêu cầu kết nối có độ tin cậy cao.

Không giống như hàn lại chủ yếu được sử dụng cho các linh kiện gắn bề mặt, hàn sóng đặc biệt giải quyết các linh kiện xuyên lỗ. Đối với PCB chứa cả hai loại, các nhà sản xuất thường sử dụng hàn lại trước cho các linh kiện gắn bề mặt, sau đó là hàn sóng cho các bộ phận xuyên lỗ. Hàn chọn lọc đôi khi có thể thay thế hàn sóng để tăng cường độ chính xác và giảm căng thẳng nhiệt.

Quy trình hàn sóng bao gồm bốn giai đoạn quan trọng:

Flux đóng nhiều vai trò quan trọng trong hàn sóng:

• Loại bỏ oxit: Làm sạch quá trình oxy hóa khỏi các miếng đệm PCB và chân linh kiện
• Ngăn ngừa tái oxy hóa: Bảo vệ bề mặt trong quá trình hàn
• Giảm sức căng bề mặt: Cải thiện dòng chảy và độ bao phủ của thiếc hàn
• Nâng cao chất lượng: Tăng cường khả năng làm ướt thiếc hàn và độ tin cậy của mối nối

Các phương pháp ứng dụng phổ biến bao gồm:

• Phun: Để ứng dụng đồng đều, có kiểm soát
• Nhúng: Lý tưởng cho sản xuất số lượng lớn
• Quét: Phù hợp với các lô nhỏ hoặc ứng dụng cục bộ

Các loại flux khác nhau về thành phần và yêu cầu:

• Flux nhựa thông: Hiệu suất tuyệt vời nhưng để lại cặn
• Flux không cần làm sạch: Cặn tối thiểu nhưng có khả năng giảm hiệu quả
• Flux hòa tan trong nước: Dễ dàng làm sạch nhưng ăn mòn hơn

Giai đoạn quan trọng này phục vụ nhiều mục đích:

• Làm bay hơi dung môi flux để ngăn chặn bắn tung tóe
• Kích hoạt flux để có hiệu suất tối ưu
• Giảm sốc nhiệt cho các linh kiện
• Tăng cường khả năng làm ướt thiếc hàn

Nhiệt độ gia nhiệt trước điển hình nằm trong khoảng 80-120°C, với các phương pháp bao gồm gia nhiệt bằng hồng ngoại, đối lưu và dẫn nhiệt.

Quá trình cốt lõi liên quan đến việc cho PCB đi qua các sóng thiếc nóng chảy. Các biến số chính bao gồm hình dạng sóng, chiều cao và tốc độ băng tải. Các loại sóng phổ biến:

• Sóng đơn: Đối với các linh kiện có khoảng cách chân rộng hơn
• Sóng kép: Kết hợp sóng hỗn loạn và sóng tầng để có các linh kiện dày đặc
• Sóng Lambda: Sóng kép chuyên dụng cho PCB mật độ cao

Nhiệt độ thiếc hàn thường duy trì 240-260°C, với các chất phụ gia cải thiện hiệu suất.

Làm mát có kiểm soát ngăn ngừa nứt mối nối hoặc làm thô hạt. Các phương pháp bao gồm làm mát bằng không khí tự nhiên hoặc hệ thống làm mát cưỡng bức để tăng hiệu quả sản xuất.

Một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm:

• Hệ thống băng tải
• Bộ phận ứng dụng flux
• Trạm gia nhiệt trước
• Bể thiếc hàn với tạo sóng
• Phần làm mát
• Hệ thống điều khiển

Hàn sóng vẫn được ưa chuộng cho:

• Lắp ráp linh kiện xuyên lỗ
• PCB công nghệ hỗn hợp
• Linh kiện công suất cao
• Các ứng dụng chuyên biệt (hàng không vũ trụ, quân sự)

Các hạn chế bao gồm:

• Độ chính xác thấp hơn so với hàn lại
• Căng thẳng nhiệt đáng kể
• Các vấn đề về môi trường từ khí thải

Các xu hướng mới nổi tập trung vào:

• Tự động hóa thông minh với cảm biến và phân tích dữ liệu
• Vật liệu và quy trình thân thiện với môi trường
• Độ chính xác nâng cao cho các linh kiện có bước chân nhỏ hơn
• Tích hợp với các phương pháp hàn khác

Bất chấp những tiến bộ của SMT, hàn sóng vẫn duy trì sự liên quan của nó thông qua sự đổi mới liên tục. Việc hiểu các nguyên tắc và ứng dụng của nó vẫn rất cần thiết cho các chuyên gia điện tử đang tìm kiếm các giải pháp sản xuất tối ưu.