Như đã đề cập ở bài trước, chất trợ hàn (Flux) là bí mật của các nhà sản xuất và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn. Trong bài viết này Điện tử Hatakey sẽ cùng các bạn đi tìm hiểu sâu hơn về thành phần chất trợ hàn trong kem hàn.
1. Giới thiệu về chất trợ hàn trong kem hàn
Chất trợ hàn trong kem hàn là hợp chất hóa học dạng keo được sử dụng chủ yếu kết hợp với bột kim loại hàn theo tỷ lệ (50/50 về thể tích) để tạo thành kem hàn. Sau khi kết hợp lại chúng ta sẽ thu được hỗn hợp dạng kem màu xám.
Chất trợ hàn trong kem hàn có ba công dụng chính bao gồm:
- Loại bỏ sự oxy hóa trên bề mặt pad hàn
- Tạo môi trường kín khí để ngăn ngừa quá trình oxy hóa xảy ra trong quá trình hàn
- Cải thiện đặc tính làm ướt của chất hàn lỏng giúp thúc đẩy quá trình kết hợp giữa chất hàn, pad hàn, và chân linh kiện
2. Thành phần hóa học chất trợ hàn
Chất trợ dung hàn có thành phần hóa học rất phức tạp. Nó có thể bao gồm:Dung môi – chất lỏng được sử dụng làm môi trường trơ để kết hợp các thành phần hoạt tính, chẳng hạn như nước
Nhựa thông/ Nhựa Resin – hóa chất chịu được nhiệt độ cao, không bay hơi, thường là dạng glycol
Chất hoạt động bề mặt – chất tẩy rửa được sử dụng để giảm góc tiếp xúc của chất trợ dung với bề mặt được áp dụng, cho phép phủ rộng hơn
Chất hoạt hóa – hóa chất phá vỡ/hòa tan oxit kim loại, thường là axit có độ ăn mòn khác nhau
Chất điều chỉnh lưu biến – bất kỳ hợp chất nào trong số nhiều hợp chất cho phép chất lỏng thể hiện các đặc tính phi Newton; nghĩa là thay đổi độ nhớt khi áp suất thay đổi
Chất trợ hàn gần như trơ ở nhiệt độ phòng nhưng trở nên khử mạnh khi nhiệt độ tăng lên. Điều này ngăn ngừa sự hình thành oxit kim loại trên pad hàn và chân linh kiện. Nó cũng ngăn ngừa sự hình thành hạt của chất hàn, tạo điều kiện để dính ướt và lan đêu khắp bề mặt.Chất trợ hàn trong kem hàn khác với chất trợ hàn thông thường về cả hình dạng định hình và mức độ hoạt động. Chất trợ dung kem hàn thường chứa 60-80% theo trọng lượng thành phần hoạt tính, so với chất trợ dung dạng lỏng là 2-25%.
Theo trọng lượng, kem hàn hỗn hợp thường bao gồm 90% kim loại. Tuy nhiên, các thành phần không phải kim loại của chất trợ dung, do mật độ thấp hơn, dẫn đến việc chúng chiếm gần một nửa thể tích kem.
2.1. Thành phần dung môi trong chất trợ hàn
Dung môi không chỉ là phương tiện để lưu trữ, bảo quản, hòa tan hợp chất gốc, đảm bảo các thành phần trong kem hàn không bị tách lớp hoặc kết tủa. Dung môi còn giúp đảm bảo các tính chất quan trọng sau:Giúp kem hàn dễ được in lên bề mặt PCB, đặc biệt là kem hàn sử dụng trong tuýp hoặc các ứng dụng yêu cầu kem hàn có kích thước hạt type 5 trở lên.
Kết hợp với hợp chất gốc tạo lớp phim bảo vệ sau khi khô
Giảm thiểu hiện tượng bắn thiếc (do cấu trúc không đồng nhất) và đảm bảo độ kết dính ướt trong khi mối hàn đang hình thành.
Nếu dung môi khô quá nhanh, lớp phim rosin bảo vệ sẽ cứng hơn và rất khó có thể bị phá vỡ bởi thiếc hàn. Nếu dung môi khô quá chậm, lớp phim bảo vệ bề mặt sẽ vẫn còn dung môi, dung môi sẽ bốc hơi qua quá trình hàn và gây ra hiện tượng bắn tóe thiếc. Quá trình bay hơi dung môi bản thân đã là một quá trình phức tạp, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố rất khó kiểm soát như công thức phối trộn dung môi, tương tác hóa học của các thành phần, nhiệt độ, áp suất bay hơi, vân vân. Do đó, việc phối trộn dung môi và thử nghiệm nhiều lần là rất quan trọng.Không chỉ thế, dung môi cũng ảnh hưởng tới độ dính cũng như độ nhớt của kem hàn, từ đó ảnh hưởng đến mức độ đồng nhất và khả năng in của kem hàn. Dung môi phổ biến bao gồm butyl carbitol, dibutyl carbitol, glycols và polyhydroxy aliphatic,aryl alcohols
2.2. Chất kích hoạt trong chất trợ hàn
Alkyl và aryl carboxylic được sử dụng rộng rãi với vai trò chất kích hoạt trong các loại flux “ không làm sạch” và flux rửa được với nước (water soluble). Nhiều loại flux bao gồm axit adipic, axit succinic và axit glutaric. Nhưng hiện nay, axit malic là loại chất kích hoạt được sử dụng nhiều nhất trong các loại flux rửa được với nước.2.3. Chất chống oxi hóa
Chất chống oxi hóa phổ biến nhất là benzotriazoles, cho hiệu quả tốt với đồng và các hợp kim của đồng.2.4. Chất làm dày và hỗ trợ độ lưu biến
Chất hỗ trợ độ lưu biến đóng vai trò quan trọng nhất trong việc quyết định chất lượng của kem hàn. Độ lưu biến ảnh hưởng tới tuổi thọ kem hàn, hiệu năng in kem hàn, độ sụt lạnh (khi in) và độ sụt nóng (khi hàn). Dễ hiểu hơn, với đặc trưng cấu tạo và độ lưu biến, chất hỗ trợ này khiến cho kem hàn có đặc tính như một chất lỏng phi Newton.Khi các dao quét kem hàn kéo kem hàn thành lớp rất mỏng và dính lên trên bản mạch PCB, độ nhớt của phần kem hàn trên PCB, phần kem hàn dính trên dao và phần kem hàn còn thừa trên khung đều thay đổi. Đặc biệt là phần kem hàn trên PCB và phần kem hàn dính trên dao, sẽ thay đổi rất nhiều. Nếu chất hỗ trợ không đủ thích hợp, các phần kem hàn này sẽ mất tính đồng nhất nhanh chóng, dễ bị tách rời, mất tính kết dính (hay thường gọi là bị khô). Phần kem hàn trên PCB sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn, trong khi phần kem hàn dính trên dao sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng làm việc liên tục và gây thất thoát kem hàn.
2.5. Nhựa thông/ Nhựa Resin
Như đã đề cập trong bài 1, hợp chất gốc sẽ phối hợp với dung môi để làm sạch bề mặt kim loại trên PCB và tạo ra một lớp phim bảo vệ bề mặt kim loại trong quá trình hình thành mối hàn. Trước đây, hợp chất gốc phổ biến nhất là rosin. Các loại rosin phổ biến là gum rosin (chất rắn, thu được từ chưng cất nhựa thông sống), wood rosin (nhựa thông sống) và tall oil rosin (rosin lỏng, sản phẩm phụ của chu trình Kraft, biến đổi từ gỗ thành bột gỗ).Một số loại rosin tổng hợp cũng được sử dụng như resin dimer hóa, resin xà phòng hóa. Nhìn chung, các loại roisn đều có tính acid, chỉ số axit nhỏ nhất là tall oil rosin. Việc phân loại flux thường được căn cứ dựa trên tính chất của hợp chất gốc, là tan trong nước, không làm sạch được, hay tan trong dung môi hữu cơ (resin).
3. Kết luận
Như vậy, bài viết đã cung cấp cấu tạo cơ bản của flux trong kem hàn. Bài viết tiếp theo sẽ làm rõ về các loại flux và ưu nhược điểm của chúng, giúp người dùng lựa chọn flux phù hợp cho ứng dụng.Trong trường hợp các bạn cần tư vấn về loại kem hàn phù hợp khi đặt gia công mạch tại Hatakey xin vui lòng liên hệ để được hỗ trợ!
English