Quy trình "Keo Đỏ" SMT là gì?

Quy trình "Keo Đỏ" SMT là gì? Khi nào nên dùng keo đỏ và có những hạn chế nào?

"Keo Đỏ" SMT là gì? Khi nào nên dùng keo đỏ và có những hạn chế nào?

Thực ra, tên gọi chính xác của quy trình này nên là "Quy trình Chấm Keo" SMT, vì hầu hết các loại keo đều có màu đỏ nên được gọi tắt là "Keo Đỏ". Thực tế cũng có loại keo màu vàng, giống như cách chúng ta thường gọi lớp phủ "solder mask" trên bảng mạch là "sơn xanh lá".

Dựa trên hình ảnh minh họa ở đầu bài, có thể thấy dưới các linh kiện nhỏ như điện trở và tụ điện, ở giữa có một đốm keo màu đỏ - đó chính là keo đỏ. Ban đầu, keo này được phát minh nhằm mục đích giữ các linh kiện dán trên bảng mạch, giúp chúng không bị rơi vào lò hàn khi bảng mạch đi qua lò hàn sóng (wave soldering), đồng thời giúp linh kiện tiếp xúc với bảng mạch qua lớp thiếc.

Quy trình keo đỏ được phát triển vì vào thời điểm đó, nhiều linh kiện điện tử vẫn sử dụng cấu trúc cắm (HTD - Through Hole Device) mà chưa thể chuyển sang cấu trúc dán bề mặt (SMD - Surface Mount Device). Tưởng tượng một bảng mạch mà có nửa là linh kiện HTD, nửa là linh kiện SMD, bạn sẽ đặt chúng sao cho tất cả đều có thể được hàn tự động vào bảng mạch như thế nào? Thông thường, các linh kiện HTD và SMD sẽ được bố trí trên cùng một mặt của bảng mạch, linh kiện SMD được hàn bằng cách đi qua lò thiếc, còn chân linh kiện HTD thì được hàn bằng quy trình lò hàn sóng.

Sau đó, có những kỹ sư sáng tạo nghĩ ra cách tiết kiệm không gian bảng mạch bằng cách bố trí linh kiện trên mặt chỉ có chân HTD mà không có linh kiện nào khác. Vì nhiều linh kiện HTD có khe hở hoặc không chịu được nhiệt độ cao của lò thiếc, trong khi các linh kiện SMD thì được thiết kế để chịu nhiệt, kể cả khi ngâm trong lò hàn sóng một thời gian ngắn cũng không vấn đề. Tuy nhiên lúc bấy giờ chỉ in kem hàn thì không đủ để giúp linh kiện SMD đi qua lò hàn sóng vì nhiệt độ của lò thiếc cao hơn nhiệt độ nóng chảy của kem hàn và do trọng lượng của linh kiện SMD vẫn chưa được cải tiến điều này sẽ làm các linh kiện SMD rơi vào lò thiếc.

Sau đó, các kỹ sư đã nghĩ ra cách dùng keo nhiệt (loại keo cứng lại khi được gia nhiệt) để dán linh kiện SMD vào bảng mạch, nhờ đó linh kiện không rơi vào lò thiếc và quy trình "keo đỏ" ra đời.

Trong quy trình này, keo đỏ sẽ giữ các linh kiện trong suốt quá trình đi qua lò hàn sóng mà không tan chảy, vì vậy nó không thể tái sử dụng như kem hàn.

Lưu ý về các hạn chế của quy trình keo đỏ: Chỉ một số linh kiện IC có chân kép và linh kiện với chân ở hai đầu như điện trở, tụ điện mới có thể sử dụng quy trình hàn sóng. Tuy nhiên, khoảng cách giữa các chân phải đủ rộng để tránh hiện tượng ngắn mạch. Các linh kiện quá nhỏ (như loại 0402 trở xuống) dễ gây ngắn mạch do khoảng cách chân nhỏ, nên không thích hợp cho lò hàn sóng.

Keo đỏ được đặt lên bảng mạch như thế nào?
Ban đầu, các máy chấm keo (dispenser) chuyên dụng được sử dụng để chấm keo đỏ, nhưng sau này khi hầu hết các linh kiện điện tử chuyển sang cấu trúc SMD, các máy chấm keo được loại bỏ khỏi dây chuyền SMT. Khi cần, keo đỏ cũng có thể được in bằng khuôn thép, nhưng điều này không cho phép in cả kem hàn và keo đỏ đồng thời.

Keo đỏ ngoài việc dùng để cố định linh kiện khi đi qua lò hàn sóng, đôi khi còn được dùng để tăng cường độ bám của linh kiện trên bảng mạch. Ví dụ, với các linh kiện dễ bị rơi khi thử nghiệm thả rơi, kỹ sư sẽ sử dụng keo đỏ để tăng cường độ dính của chúng, hoặc đặt ở các góc của BGA để giảm thiểu tỷ lệ hỏng do nứt thiếc.