Thiếc hàn – Dây hàn – Thanh hàn – Kem hàn

Thiếc hàn là gì?

Thiếc hàn là một hợp kim có điểm nóng chảy thấp được sử dụng để nối các bộ phận kim loại. Trong quá trình hàn, nó tan chảy và lấp đầy đường hàn và sau khi nguội, nó kết nối các chi tiết và dẫn điện. Điểm nóng chảy của nó phải thấp hơn điểm nóng chảy của kim loại được hàn.

Nó thường được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử để cố định các linh kiện lên bảng mạch. Thiếc hàn được phân loại là thiếc hàn có chì (ví dụ: Sn63-Pb37) và thiếc hàn không chì và các dạng phổ biến bao gồm dây hàn, bột hàn và thanh hàn.

◆Tìm hiểu thêm:

  1. https://hadupack.com/danh-muc/vat-tu-phong-sach/
  2. https://hadupack.com/san-pham/quat-thoi-ion/
  3. https://hadupack.com/san-pham/sung-thoi-ion/

Khái niệm và đặc điểm cốt lõi của thiếc hàn

  1. Định nghĩa và chức năng: Trong quá trình hàn, thiếc hàn kết nối các vật liệu của linh kiện điện tử bằng cách làm tan chảy kim loại, tạo thành các kênh mạch.
  2. Điểm kỹ thuật: Thiếc hàn phải có đặc tính “làm ướt” tốt, bao phủ và liên kết với vật liệu nền.

Phân loại thiếc hàn:

  1. Thiếc hàn mềm (Hàn): Điểm nóng chảy thường dưới 450 độ C, thường được sử dụng để hàn các linh kiện điện tử.
  2. Thiếc hàn cứng (Hàn đồng): Điểm nóng chảy cao hơn (> 450 độ C), được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu cấu trúc chắc chắn hơn.
  3. Thành phần chính: Theo truyền thống, nó là hợp kim thiếc-chì ( Sn63 – Pb37) (ví dụ: điểm nóng chảy 183 độ C). Để tuân thủ chỉ thị RoHS của EU, hầu hết các loại thiếc hàn hiện đại đều không chứa chì.

Các loại thiếc hàn thông dụng

  1. Dây hàn: Cấu trúc dạng dây, thường được sử dụng để hàn thủ công.
  2. Kem hàn: Thiếc hàn dạng bột trộn với chất trợ hàn, thường được sử dụng trong SMT (Công nghệ gắn bề mặt).
  3. Thanh hàn: Thường được sử dụng trong hàn sóng hoặc hàn nhúng.

Ứng dụng thiếc hàn

  1. Sản xuất điện tử: Đóng gói và kết nối linh kiện bảng mạch in (PCB).
  2. Gia công kim loại: Hàn các bộ phận và ống chính xác.

Quy trình sản xuất thiếc hàn

Các quy trình sản xuất chất hàn chủ yếu bao gồm nấu chảy nguyên liệu thô, hợp kim hóa, tạo hình (như nghiền thành bột, ép đùn thành dây hoặc tạo hình sơ bộ) và kiểm tra, nhằm mục đích sản xuất các hợp kim gốc thiếc (Sn-Ag-Cu, Sn-Pb, v.v.) có độ tinh khiết cao và thành phần chính xác. Các vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong công nghệ hàn mềm cho bao bì điện tử.

1. Quy trình cốt lõi của sản xuất chất hàn

  1. Chuẩn bị và nấu chảy nguyên liệu thô: Trong môi trường có độ tinh khiết cao, thiếc, bạc, đồng, bismuth và các nguyên liệu kim loại khác được định lượng chính xác và nấu chảy trong lò.
  2. Hợp kim hóa và tinh chế: Đảm bảo thành phần đồng nhất ở trạng thái nóng chảy và thực hiện tinh chế để loại bỏ tạp chất.
  3. Nghiền thành bột (đối với chất hàn dạng sệt): Sử dụng công nghệ phun sương, hợp kim lỏng được tạo thành bột siêu mịn hình cầu.
  4. Ép đùn và kéo dây (đối với dây hàn): Hợp kim thỏi được nung nóng và ép đùn thành các thanh thô, sau đó được kéo liên tục thành dây hàn mịn.
  5. Vật liệu hàn định hình: Vật liệu hàn được gia công thành các hình dạng cụ thể (tấm, vòng, v.v.) để cung cấp liều lượng hàn chính xác.
  6. Thêm Florua: Nhựa hoặc chất trợ dung hóa học thường được thêm vào dây hàn để tăng khả năng thấm ướt.

2. Các loại và đặc điểm chính của vật liệu hàn

  1. Vật liệu hàn có chì (Sn-Pb): Tỷ lệ phổ biến là Sn63Pb37 (vật liệu hàn eutectic), điểm nóng chảy là 183 độ C, khả năng gia công tốt nhưng độc hại.
  2. Vật liệu hàn không chì: Để tuân thủ các quy định RoHS, các hợp kim thường được sử dụng bao gồm dòng Sn-Ag-Cu (SAC), với điểm nóng chảy cao hơn (khoảng 217 độ C – 220 độ C), đòi hỏi kiểm soát quy trình nghiêm ngặt hơn.

3. Các yếu tố chính trong quy trình sản xuất

  1. Tỷ lệ thành phần chính xác: Đảm bảo điểm nóng chảy và các tính chất cơ học đáp ứng yêu cầu.
  2. Kiểm soát tạp chất: Kiểm soát chặt chẽ hàm lượng tạp chất kim loại để nâng cao độ tin cậy.
  3. Phân bố kích thước hạt (bột hàn): Kiểm soát kích thước hạt của bột hàn cho các quy trình in khác nhau.

Vấn đề thường gặp khi sản xuất thiếc hàn

Các vấn đề thường gặp trong sản xuất chất hàn chủ yếu xảy ra trong giai đoạn nấu chảy và tạo hình. Chúng bao gồm khả năng thấm ướt kém do thành phần kim loại không đúng với thông số kỹ thuật, hàm lượng tạp chất có hại quá cao (như sắt và đồng) ảnh hưởng đến độ tin cậy của mối hàn, và độ rỗ, mối hàn nguội, và tạp chất oxit sinh ra trong quá trình tạo hình. Những vấn đề này ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền cơ học, tính chất điện và chất lượng bề ngoài của mối hàn. Vấn đề thường gặp trong sản xuất chất hàn:

Thành phần không phù hợp:

  1. Hàm lượng thiếc không đúng trong chất hàn không chì: Thành phần của chất hàn không chì (như SAC305) cực kỳ nhạy cảm với nhiệt độ. Thành phần không đồng đều có thể dẫn đến điểm nóng chảy tăng hoặc khả năng thấm ướt kém.
  2. Nhiễm chì: Nhiễm chì trong dây chuyền sản xuất chất hàn không chì có thể gây ra các vấn đề chất lượng nghiêm trọng (vi phạm RoHS).

Tạp chất quá mức:

  1. Nhiễm sắt (Fe) và đồng (Cu): Sắt và đồng hòa tan từ nồi nấu hoặc dụng cụ trong quá trình nấu chảy có thể làm tăng độ giòn của chất hàn, hình thành các tinh thể băng và bề mặt mối hàn thô ráp.
  2. Tạp chất oxit: Khi tiếp xúc với không khí ở trạng thái nóng chảy, oxit thiếc dễ dàng hình thành, ảnh hưởng đến độ chảy và độ bám dính của chất hàn.

Khuyết tật vật lý:

  1. Độ rỗ/Lỗ kim: Kiểm soát tốc độ làm nguội không đúng cách sau khi nóng chảy, hoặc sự hiện diện của các chất dễ bay hơi trong chính chất hàn, có thể dẫn đến độ rỗ bên trong thanh hàn, ảnh hưởng đến độ dẫn điện và độ bền cấu trúc.
  2. Tạp chất: Loại bỏ không hoàn toàn cặn oxit sau khi nóng chảy, trực tiếp lắng đọng vào thanh hàn, gây ra các mối hàn nguội trong quá trình hàn.

Các vấn đề về tạo hình và xử lý:

  1. Hình thức thanh hàn kém: Bề mặt bị sẫm màu, bị oxy hóa, phân tách nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sự tin tưởng của khách hàng.
  2. Sai số về độ chính xác kích thước: Đường kính/kích thước dây hàn hoặc thanh hàn không đồng đều, ảnh hưởng đến việc cấp liệu trong sản xuất tự động.

Các lỗi hàn phổ biến liên quan (SMT/PCBA)

  1. Các vấn đề thường gặp trong quá trình sử dụng chất hàn bao gồm:
  2. Nối liền: Hai mối hàn được nối với nhau, thường do lượng chất hàn quá nhiều. Hiện tượng “mối hàn bị nhấc lên” (Tombstoning): Lực làm ướt không đều ở cả hai đầu của linh kiện khiến một đầu bị nhấc lên.
  3. Mối hàn nguội (Cold Joint): Thiếc hàn di chuyển trước khi tan chảy hoặc nguội hoàn toàn, dẫn đến cấu trúc mối hàn yếu.

Mẹo bảo quản thiếc hàn

Keo hàn phải được bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 0-10°C, đậy kín để tránh oxy hóa và hư hỏng. Trước khi sử dụng, hãy để keo ấm lên đến nhiệt độ phòng và tránh lật ngược các chai keo hàn có đầu nhọn. Dây hàn nên được bảo quản ở nơi khô ráo, nhiệt độ phòng, tránh nhiệt độ cao và độ ẩm. Những điểm cần lưu ý khi bảo quản:

Keo hàn

  1. Nhiệt độ: Nhiệt độ bảo quản lạnh là 0 độ C – 10 độ C, không được đông đá (trừ khi được cho phép rõ ràng trong hướng dẫn sử dụng sản phẩm).
  2. Môi trường: Đậy kín và bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát.
  3. Làm ấm: Để keo ấm lên đến nhiệt độ phòng trong 2-4 giờ trước khi sử dụng để tránh ngưng tụ hơi nước.
  4. Cách bảo quản: Đối với ống tiêm hoặc chai keo hàn, nên bảo quản với đầu nhọn hướng xuống dưới.
  5. Thời hạn sử dụng: Thông thường, thời hạn sử dụng là 6 tháng khi được đậy kín và bảo quản lạnh. Sử dụng trong vòng 24 giờ sau khi mở.

Dây hàn

  1. Môi trường: Bảo quản nơi khô ráo, thoáng khí và ở nhiệt độ phòng.
  2. Tránh: Nhiệt độ cao và ánh nắng trực tiếp để ngăn ngừa quá trình oxy hóa. Biện pháp phòng ngừa: Kiểm tra nhiệt độ tủ lạnh thường xuyên.

Nếu tiếp xúc với nhiệt độ cực thấp dưới -13,2 độ C trong thời gian dài, chất hàn có thể biến thành bột hàn màu xám. Đặc biệt chú ý đến nhiệt độ môi trường bảo quản.

Lưu ý khi sử dụng thiếc hàn

An toàn cũng quan trọng như kỹ thuật khi sử dụng chất hàn. Luôn đeo kính bảo hộ và găng tay, đồng thời sử dụng thiết bị hút khói để tránh hít phải khói độc. Kỹ thuật hàn cần tuân theo các bước “làm nóng trước – cấp chất hàn – lấy chất hàn ra – làm nguội” để đảm bảo mối hàn hoàn chỉnh. Đồng thời, nên đặt nhiệt độ dụng cụ hàn ở mức khoảng 300 độ C (cần kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn đối với chất hàn không chì) để giảm quá trình oxy hóa. Các biện pháp phòng ngừa chi tiết khi sử dụng như sau:

I. Bảo vệ an toàn và môi trường (Quan trọng nhất)

  1. Bảo vệ cá nhân: Hàn tạo ra khói độc chứa các kim loại nặng như chì và cadmium. Luôn đeo khẩu trang, kính bảo hộ và găng tay.
  2. Thông gió môi trường: Khu vực hàn cần có thiết bị hút khói chuyên nghiệp; không bao giờ làm việc trong không gian kín.
  3. Phòng cháy chữa cháy: Đảm bảo khu vực làm việc sạch sẽ và đặt thảm chống cháy để ngăn tia lửa hàn bắn ra.
  4. Thói quen vệ sinh: Rửa tay kỹ sau khi làm việc; nghiêm cấm ăn uống trong môi trường hàn.

II. Kỹ thuật hàn (Vận hành dụng cụ)

  1. Kiểm soát nhiệt độ: Nhiệt độ không được quá cao. Thiếc hàn gốc chì có nhiệt độ khoảng 250 độ C – 300 độ C trong khi thiếc hàn không chì thường yêu cầu nhiệt độ cao hơn và khả năng phục hồi nhiệt tốt, thường trên 300 độ C
  2. Bốn bước hàn: Làm nóng sơ bộ (đầu mỏ hàn tiếp xúc với điểm hàn và chì), đặt thiếc hàn (thiếc hàn tiếp xúc với vùng nóng), tháo (tháo dây hàn), làm nguội (làm cứng mối hàn).
  3. Ngăn ngừa oxy hóa: Tránh tiếp xúc lâu với 400 độ C để ngăn ngừa quá trình oxy hóa nhanh đầu mỏ hàn và độ bám dính thiếc kém.
  4. Tránh hàn nguội: Đảm bảo các linh kiện được phủ kín hoàn toàn bằng thiếc hàn để tránh bề mặt bị sần sùi hoặc mối hàn không hoàn chỉnh.

III. Bảo quản thiếc hàn và chất trợ hàn 

  1. Kiểm soát môi trường: Nên bảo quản kem hàn trong tủ lạnh ở nhiệt độ từ 2 độ C đến 5 độ C. Cần làm ấm kem hàn đến nhiệt độ phòng ít nhất 4 giờ trước khi sử dụng.
  2. Loại kiểm tra: Chọn vật liệu hàn đạt tiêu chuẩn (có chì hoặc không chì) theo yêu cầu hàn.