Đá tổng hợp SMT

 Với sự tiến bộ của công nghệ, các sản phẩm điện tử ngày càng trở nên nhẹ, mỏng và nhỏ gọn hơn. Đồng thời, các linh kiện điện tử cũng ngày càng tinh vi hơn, thậm chí độ dày của bảng mạch in (PCB) cũng ngày càng mỏng hơn. Độ dày mỏng nhất của PCB mà "Gấu làm việc" đã từng thấy là 0.4mm. Với độ mỏng như vậy, PCB rất dễ bị biến dạng do nhiệt độ cao trong quá trình qua lò hàn tái chảy (SMT Reflow Oven), thậm chí có thể dẫn đến việc các linh kiện bị rơi vào lò hàn.

Để khắc phục vấn đề PCB bị biến dạng và linh kiện bị rơi, các kỹ sư thông minh đã nghĩ ra việc sử dụng Reflow Carrier/Template (khay đỡ qua lò) để hỗ trợ PCB và giảm thiểu sự biến dạng của nó. Một phần lớn nguyên nhân khiến PCB bị biến dạng là do nhiệt độ cao làm mềm vật liệu FR4, vì vậy chỉ cần tìm một loại vật liệu có các đặc tính sau thì có thể sử dụng làm khay đỡ qua lò.

Các vật liệu sử dụng làm khay đỡ qua lò hàn (Reflow carrier) trong SMT cần phải có các đặc tính sau:

  • Nhiệt độ mềm hóa phải cao hơn 300℃, có thể tái sử dụng mà không bị biến dạng.
  • Vật liệu phải càng rẻ càng tốt và có thể sản xuất hàng loạt.
  • Vật liệu phải có thể gia công được.
  • Vật liệu nên nhẹ.
  • Vật liệu không nên hấp thụ nhiệt nhiều.
  • Đặc tính giãn nở nhiệt nhỏ. Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của đá tổng hợp chỉ bằng khoảng một nửa của hợp kim nhôm.

Ưu và nhược điểm của việc sử dụng "hợp kim nhôm" và "đá tổng hợp" để làm khay đỡ qua lò hàn SMT (Reflow carrier): Trước đây, chúng ta hầu hết sử dụng hợp kim nhôm (cũng có sử dụng thép carbon cao và hợp kim magiê) để làm khay đỡ qua lò SMT. Mặc dù hợp kim nhôm nhẹ hơn kim loại sắt thông thường và có độ bền tốt, nhưng đối với các cô công nhân trong dây chuyền, vẫn hơi nặng khi nhấc lên. Hơn nữa, hợp kim nhôm dễ hấp thụ nhiệt, sau khi qua lò, cần phải đeo găng tay cách nhiệt hoặc chờ một thời gian để nguội rồi mới có thể cầm được, gây ra sự bất tiện trong quá trình vận hành.

Trong những năm gần đây, một loại vật liệu mới dần được sử dụng rộng rãi trong SMT làm Reflow Carrier để thay thế khay nhôm. Loại vật liệu này gọi là "đá tổng hợp", về cơ bản là một hợp chất được nén từ sợi thủy tinh chịu nhiệt cao. Nó có thể chịu được nhiệt độ trên 340℃, có thể gia công cơ khí bằng CNC, có độ cứng nhất định, không dễ biến dạng và hấp thụ nhiệt ít hơn hợp kim nhôm. Sau khi qua lò hàn tái chảy, có thể chạm tay vào ngay lập tức mà không cần chờ nguội. Khả năng không hấp thụ nhiệt còn giúp kỹ sư dễ dàng kiểm soát nhiệt độ trong lò hàn tái chảy để đạt được chất lượng thiếc tốt nhất cho các linh kiện.

Tham khảo thêm: Đường cong nhiệt độ của quá trình hàn tái chảy (Reflow Profile).

Giá của loại đá tổng hợp này cũng rẻ hơn so với hợp kim nhôm, hiện đang tăng giá mạnh. Tuy nhiên, "đá tổng hợp" không bền khi sử dụng nhiều lần bằng hợp kim nhôm, thường chỉ có thể tái sử dụng khoảng 10.000 lần chu trình lò hàn tái chảy.

Lợi ích của việc sử dụng khay đỡ qua lò:

  • Giảm biến dạng PCB do nhiệt độ cao làm mềm vật liệu khi qua lò hàn tái chảy.
  • Có thể dùng để đỡ PCB mỏng hoặc FPCB (bảng mềm) khi qua lò.
  • Có thể dùng để đỡ các PCB có hình dạng không đều khi qua lò.
  • Có thể đỡ nhiều PCB cùng lúc qua lò, tăng sản lượng.

▼ Cấu trúc của đá tổng hợp có thể thấy được là do các lớp sợi hóa học nén lại. ▼ Đá tổng hợp có thể gia công, có thể dùng CNC để tạo hình và kết cấu mong muốn, so sánh với hợp kim nhôm.

Lời kết:

Sau một thời gian sử dụng, "khay đá tổng hợp" dường như có xu hướng bị đào thải hoặc ngừng phát triển. Theo phản hồi từ các công nhân, việc sử dụng "đá tổng hợp" có thể gây ngứa da, có thể do nó dễ sinh bụi mịn và bột. Ngoài ra, nó không bền bằng hợp kim nhôm, vì vậy cần đặc biệt lưu ý khi lựa chọn sử dụng đá tổng hợp để làm khay đỡ qua lò.