Galden LS/HS- Dung dịch truyền nhiệt cho hàn hơi pha SMT không chì

Tìm hiểu về Công nghệ hàn Vapor Phase SMT không chì

Các hợp kim hàn không chì yêu cầu nhiệt độ hàn reflow cao hơn so với thiếc chì truyền thống. Trong khi đó, các bảng mạch điện tử hiện đại ngày càng tích hợp linh kiện kích thước nhỏ, lớp đồng dày hơn, linh kiện công suất lớn và có giới hạn nhiệt độ rất chặt chẽ. Điều này khiến quá trình hàn reflow bằng khí nóng (forced-convection) thường gặp khó khăn trong việc phân bố nhiệt đồng đều trên toàn bộ bảng mạch.

Theo các nghiên cứu được công bố bởi IPC, việc đảm bảo các khu vực có khối lượng nhiệt lớn đạt đủ nhiệt độ hàn mà không làm quá nhiệt các linh kiện nhỏ hơn trên cùng một bảng mạch là một thách thức đáng kể.

Công nghệ hàn Vapor Phase SMT không chì giúp giải quyết vấn đề này bằng cách truyền nhiệt thông qua quá trình ngưng tụ hơi dung dịch truyền nhiệt thay vì chủ yếu dựa vào luồng khí nóng. Nhờ khả năng gia nhiệt đồng đều và kiểm soát nhiệt độ chính xác, công nghệ này đặc biệt phù hợp với các sản phẩm điện tử có yêu cầu cao về độ đồng nhất nhiệt, bảo vệ linh kiện và tính ổn định của quy trình sản xuất.

Công nghệ hàn Vapor Phase không chì (VPS) hoạt động như thế nào?

Hàn Vapor Phase (VPS), còn gọi là hàn ngưng tụ (Condensation Soldering), là phương pháp gia nhiệt cho bảng mạch PCB bằng lớp hơi bão hòa của chất lỏng truyền nhiệt. Trong hệ thống VPS, chất lỏng truyền nhiệt PFPE được đun sôi trong buồng kín để tạo thành hơi. Khi bảng mạch có nhiệt độ thấp hơn đi vào vùng hơi này, hơi sẽ ngưng tụ trên bề mặt linh kiện và PCB, đồng thời giải phóng nhiệt để làm nóng bảng mạch. Quá trình truyền nhiệt tiếp tục cho đến khi nhiệt độ của bảng mạch gần bằng nhiệt độ của hơi.

Cơ chế truyền nhiệt bằng sự ngưng tụ mang lại hai ưu điểm nổi bật:

• Truyền nhiệt đồng đều từ nhiều hướng, giúp các khu vực có mật độ linh kiện cao hoặc hình dạng phức tạp được gia nhiệt hiệu quả hơn so với phương pháp đối lưu bằng khí nóng.
• Kiểm soát nhiệt độ tối đa, vì ở áp suất vận hành thông thường, nhiệt độ của bảng mạch không vượt quá nhiệt độ sôi của dung dịch Galden, giúp giảm nguy cơ quá nhiệt và bảo vệ các linh kiện nhạy cảm.

Một chu trình hàn VPS điển hình bao gồm các bước: gia nhiệt sơ bộ, đưa bảng mạch vào vùng hơi bão hòa, duy trì nhiệt độ trên điểm nóng chảy của thiếc hàn, rút bảng mạch khỏi vùng hơi hoặc loại bỏ hơi, làm nguội và thu hồi dung dịch truyền nhiệt. Đối với các hệ thống VPS hiện đại, có thể tích hợp thêm công nghệ hàn chân không (Vacuum Vapor Phase Soldering) trong giai đoạn thiếc hàn đang nóng chảy để loại bỏ khí bị mắc kẹt, giảm rỗ khí (voids) và nâng cao chất lượng mối hàn.

Vì sao dung dịch Galden LS/HS giúp nâng cao hiệu quả hàn SMT?

1. Nhiệt độ hơi ổn định, kiểm soát quá trình hàn chính xác

Theo Syensqo, Galden LS/HS là dòng chất lỏng truyền nhiệt PFPE được phát triển chuyên biệt cho công nghệ Vapor Phase Soldering (VPS). Sản phẩm có phân bố khối lượng phân tử hẹp, khoảng chưng cất được kiểm soát và nhiệt độ hồi lưu hơi (vapor reflux temperature) ổn định, giúp hạn chế sự hình thành các thành phần có nhiệt độ sôi thấp và giảm hiện tượng thay đổi nhiệt độ sôi sau nhiều chu kỳ sử dụng.

Các chỉ tiêu chất lượng này được Syensqo kiểm soát theo các tiêu chuẩn:

• ASTM D1078: Xác định khoảng nhiệt độ chưng cất.
• ASTM D1120: Xác định nhiệt độ hồi lưu của hơi.

Hiện nay, dòng sản phẩm Galden LS/HS bao gồm các cấp: Galden LS 200, Galden LS 215, Galden LS 230, Galden HS 240, Galden HS 260. Việc lựa chọn đúng loại dung dịch phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hợp kim hàn, đặc tính kem hàn (solder paste), giới hạn chịu nhiệt của linh kiện, thời gian duy trì trên điểm nóng chảy (Time Above Liquidus - TAL), điều kiện áp suất của máy hàn và đặc điểm truyền nhiệt thực tế của bảng mạch.

Theo Syensqo, các dung dịch Galden LS/HS hỗ trợ hiệu quả cho quy trình hàn Vapor Phase SMT không chì với nhiệt độ lên đến 260°C, đồng thời tuân thủ tiêu chuẩn RoHS, đáp ứng yêu cầu sản xuất điện tử hiện đại.

2. Gia nhiệt đồng đều cho các linh kiện có khối lượng nhiệt khác nhau

Trong công nghệ Vapor Phase Soldering (VPS), nhiệt được truyền thông qua quá trình ngưng tụ hơi trên toàn bộ các bề mặt của bảng mạch. Nhờ đó, nhiệt được phân bố đồng đều theo không gian ba chiều, giúp giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa các linh kiện nhỏ như điện trở, tụ điện 0201 và các linh kiện có khối lượng lớn như biến áp, đầu nối (Connector), BGA, tấm chắn EMI hoặc vùng đồng dày.

Theo một nghiên cứu của IPC trên bảng mạch thử nghiệm, công nghệ VPS giúp giảm đáng kể chênh lệch nhiệt độ giữa linh kiện 0201 và biến áp so với phương pháp hàn reflow đối lưu bằng khí nóng. Một nghiên cứu khác của IPC cũng cho thấy nhiệt độ của hơi hoạt động như giới hạn nhiệt độ tối đa, giúp hạn chế nguy cơ quá nhiệt trên toàn bộ bảng mạch. Tuy nhiên, hiệu quả thực tế vẫn phụ thuộc vào thiết kế PCB, mật độ linh kiện, thiết bị sử dụng và quá trình tối ưu hồ sơ nhiệt (thermal profiling).

3. Đặc tính hóa học và vận hành của Galden LS/HS

Dung dịch Galden LS/HS có nhiều đặc tính phù hợp với môi trường sản xuất điện tử hiện đại, bao gồm:

• Trơ về mặt hóa học, không phản ứng với hầu hết các vật liệu.
• Cách điện tốt, an toàn khi sử dụng trong quá trình hàn điện tử.
• Ổn định nhiệt cao, duy trì hiệu suất qua nhiều chu kỳ vận hành.
• Không cháy, không có điểm chớp cháy, điểm bắt lửa hoặc tự bốc cháy theo công bố của Syensqo.
• Tương thích với nhiều kim loại, nhựa và vật liệu đàn hồi thường dùng trong thiết bị hàn.

Tuy nhiên, trước khi đưa vào sản xuất, doanh nghiệp vẫn cần kiểm tra khả năng tương thích với gioăng làm kín, ống dẫn, vật liệu PCB, nhãn, keo dán, lớp phủ bảo vệ (coating) và các vật liệu khác trong điều kiện vận hành thực tế. Đồng thời, cần tuân thủ Bảng dữ liệu an toàn (SDS), duy trì hệ thống ngưng tụ và thu hồi dung dịch, hạn chế tạp chất và vận hành đúng theo hướng dẫn của nhà sản xuất thiết bị VPS.

4. Quản lý dung dịch và tối ưu chi phí vận hành

Do Galden LS/HS là dung dịch truyền nhiệt có giá trị cao, việc kiểm soát thất thoát trong quá trình sử dụng có ý nghĩa quan trọng đối với chi phí vận hành. Để nâng cao hiệu quả và kéo dài tuổi thọ dung dịch, nên áp dụng các biện pháp như:

• Sử dụng buồng hàn kín và hệ thống ngưng tụ hiệu quả.
• Kiểm soát tốc độ đưa bảng mạch ra khỏi buồng hàn để giảm lượng dung dịch bám theo PCB.
• Duy trì bể chứa sạch và thực hiện bảo dưỡng định kỳ.
• Theo dõi cặn flux và các hạt tạp chất nhằm đảm bảo độ sạch của dung dịch và tính ổn định của hồ sơ nhiệt.
• Kiểm tra các linh kiện có dạng hốc hoặc hình cốc để bảo đảm dung dịch không bị giữ lại trên bảng mạch sau khi hàn.

Việc quản lý tốt dung dịch Galden LS/HS không chỉ giúp giảm chi phí tiêu hao, mà còn góp phần duy trì độ ổn định của quy trình, nâng cao chất lượng mối hàn và tăng hiệu quả sản xuất.

Các ứng dụng điển hình trong sản xuất điện tử

Dung dịch truyền nhiệt Galden LS và Galden HS đặc biệt phù hợp với các ứng dụng:

• Bảng mạch PCB có mật độ linh kiện cao, với sự chênh lệch lớn về khối lượng nhiệt giữa các linh kiện.
• Điện tử ô tô, hàng không vũ trụ, thiết bị y tế, điều khiển công nghiệp và các sản phẩm yêu cầu độ tin cậy cao.
• Điện tử công suất, bao gồm các bo mạch có thermal pad lớn, module công suất, lớp đồng dày hoặc tấm tản nhiệt.
• Các linh kiện như BGA, QFN, LED, linh kiện chân nhỏ (Fine-pitch), tấm chắn EMI và linh kiện có chân ở mặt dưới (Bottom-Terminated Components).
• Sản phẩm mẫu (Prototype) hoặc dây chuyền sản xuất quy mô nhỏ đến trung bình, nơi chất lượng và độ đồng đều của quá trình hàn được ưu tiên hơn tốc độ sản xuất.
• Quy trình hàn Vapor Phase kết hợp chân không (Vacuum VPS) nhằm giảm tỷ lệ rỗ khí (voids) trong mối hàn.

Công nghệ Vacuum VPS giúp khí thoát ra khỏi mối hàn khi thiếc vẫn đang ở trạng thái nóng chảy, từ đó giảm hiện tượng rỗ khí. Tuy nhiên, hiệu quả còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại kem hàn, thiết kế stencil, khả năng thấm ướt, hồ sơ nhiệt, thời điểm tạo chân không, áp suất và cấu tạo linh kiện. Các nghiên cứu của IPC cũng chỉ ra rằng nếu thông số chân không không được tối ưu, quy trình có thể phát sinh lỗi như cầu hàn (bridging) hoặc các khuyết tật khác. Vì vậy, chân không cần được xem là một thông số công nghệ cần được tối ưu, chứ không phải giải pháp đảm bảo loại bỏ hoàn toàn rỗ khí.

So sánh hàn Vapor Phase và hàn Reflow đối lưu

Hàn Reflow đối lưu vẫn là lựa chọn phổ biến cho các dây chuyền SMT sản lượng lớn nhờ khả năng tích hợp dây chuyền tốt và linh hoạt trong việc thiết lập nhiều vùng nhiệt.

Trong khi đó, Vapor Phase Soldering (VPS) là giải pháp phù hợp khi bảng mạch có mật độ linh kiện cao, khối lượng nhiệt chênh lệch lớn hoặc yêu cầu gia nhiệt đồng đều, giúp các linh kiện lớn đạt đủ nhiệt độ hàn mà vẫn bảo vệ các linh kiện nhỏ và nhạy cảm khỏi nguy cơ quá nhiệt. Đây là lựa chọn đáng cân nhắc cho các ứng dụng điện tử có yêu cầu cao về độ ổn định, độ tin cậy và chất lượng mối hàn

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. VPS có phù hợp với kem hàn SAC305 không?

Có. VPS tương thích với kem hàn không chì SAC305 khi sử dụng đúng loại Galden LS/HS và thiết lập hồ sơ nhiệt theo khuyến nghị của nhà sản xuất.

2. Ưu điểm của Galden LS/HS là gì?

Galden LS/HS giúp duy trì nhiệt độ hơi ổn định, truyền nhiệt đồng đều và đảm bảo hiệu suất hàn nhất quán trong suốt quá trình sản xuất.

3. VPS có làm quá nhiệt PCB không?

Thông thường không. Nhiệt độ của hơi Galden giúp giới hạn nhiệt độ tối đa của bảng mạch, tuy nhiên vẫn cần tối ưu các thông số quy trình.

4. VPS có loại bỏ hoàn toàn rỗ khí (Voids) không?

Không. Công nghệ VPS kết hợp chân không có thể giảm đáng kể rỗ khí, nhưng hiệu quả còn phụ thuộc vào kem hàn, hồ sơ nhiệt và điều kiện vận hành.

5. Làm thế nào để chọn đúng loại Galden?

Cần lựa chọn dựa trên hợp kim hàn, nhiệt độ hàn, đặc tính PCB, linh kiện và thông số của thiết bị VPS. Liên hệ chúng tôi để được hỗ trợ tư vấn chọn đúng dòng sản phẩm Galden phù hợp với quy trình của công ty bạn.

6. Galden có còn bám trên PCB sau khi hàn không?

Nếu quy trình được kiểm soát đúng, dung dịch sẽ được thu hồi hiệu quả và bảng mạch sau hàn sẽ sạch, khô.

7. VPS có cần sử dụng khí Nitơ không?

Thông thường không. Lớp hơi PFPE của Galden đã tạo môi trường gần như trơ, mặc dù một số thiết bị vẫn có thể sử dụng Nitơ cho các mục đích vận hành riêng.

Kết luận 

Công nghệ hàn Vapor Phase SMT không chì (VPS) là giải pháp hàn hiệu quả cho các bảng mạch có cấu trúc phức tạp, chênh lệch lớn về khối lượng nhiệt và yêu cầu kiểm soát nhiệt độ chính xác. Với Galden LS/HS của Syensqo, doanh nghiệp có thể nâng cao độ ổn định của quy trình, đảm bảo truyền nhiệt đồng đều và cải thiện chất lượng mối hàn.

Công ty TNHH Hicotech Việt Nam cung cấp dịch vụ tư vấn kỹ thuật cùng các sản phẩm Galden PFPE chính hãng và các giải pháp bôi trơn công nghiệp hiệu suất cao. Liên hệ chúng tôi để được hỗ trợ đánh giá hệ thống, lựa chọn dòng Galden phù hợp với hợp kim hàn, thiết bị, quy mô sản xuất và yêu cầu chất lượng của doanh nghiệp.

Thông tin liên hệ

Hotline / Zalo: 0945 261 931

WhatsApp: 0945 261 931

Email: sales@hicotech.com.vn