Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10894-1:2015 về Công nghệ gắn kết bề mặt - tiêu chuẩn áp dụng kỹ thuật linh kiện

• Số hiệu: TCVN10894-1:2015
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2015

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10894-1:2015

IEC 61760-1:2006

CÔNG NGHỆ GẮN KẾT BỀ MẶT - PHẦN 1: PHƯƠNG PHÁP TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG CHO QUY ĐỊNH KỸ THUẬT CỦA LINH KIỆN GẮN KẾT BỀ MẶT

Surface mounting technology - Part 1: Standard method for the specification of surface mounting components (SMDs)

Lời nói đầu

TCVN 10894-1:2015 hoàn toàn tương đương với IEC 61760-1:2006;

TCVN 10894-1:2015 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E3 Thiết bị điện tử dân dụng biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 10894 (IEC 61760), Công nghệ gắn kết bề mặt, gồm các phần sau:

...

...

...

- TCVN 10894-2:2015 (IEC 61760-2:2007), Phần 2: Điều kiện vận chuyển và bảo quản các linh kiện gắn kết bề mặt - Hướng dẫn áp dụng

- TCVN 10894-3:2015 (IEC 61760-3:2010), Phần 3: Phương pháp tiêu chuẩn áp dụng cho quy định kỹ thuật linh kiện để dùng trong hàn nóng chảy lại lỗ xuyên

CÔNG NGHỆ GẮN KẾT BỀ MẶT - PHẦN 1: PHƯƠNG PHÁP TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG CHO QUY ĐỊNH KỸ THUẬT CỦA LINH KIỆN GẮN KẾT BỀ MẶT

Surface mounting technology - Part 1: Standard method for the specification of surface mounting components (SMDs)

1. Phạm vi áp dụng và mục đích

1.1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này đưa ra một tập hợp các điều kiện về quá trình và các điều kiện thử nghiệm liên quan sẽ được sử dụng khi biên soạn các quy định kỹ thuật linh kiện của các linh kiện điện tử được thiết kế để sử dụng trong công nghệ gắn kết bề mặt.

1.2. Mục đích

...

...

...

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

TCVN 7699-2-21 (IEC 60068-2-21), Thử nghiệm môi trường - Phần 2-21: Các thử nghiệm - Thử nghiệm U: Độ bền chắc của các đầu dây và các linh kiện lắp tích hợp

TCVN 7699-2-45:2007 (IEC 60068-2-45:1980), Thử nghiệm môi trường - Phần 2-45: Các thử nghiệm - Thử nghiệm XA và hướng dẫn: Ngâm trong dung môi làm sạch

TCVN 7699-2-58 (IEC 60068-2-58), Thử nghiệm môi trường - Phần 2-58: Các thử nghiệm - Thử nghiệm Td: Phương pháp thử nghiệm khả năng bám thiếc hàn, khả năng chống chịu hòa tan của lớp phun phủ kim loại và khả năng chịu nhiệt hàn của các linh kiện gắn kết bề mặt (SMD)

TCVN 10894-2 (IEC 61760-2), Công nghệ gắn kết bề mặt - Phần 2: Điều kiện vận chuyển và bảo quản các linh kiện gắn kết bề mặt (SMD) - Hướng dẫn áp dụng.

IEC 60062:2004, Marking codes for resistors and capacitors (Mã ghi nhãn điện trở và tụ điện)

IEC 60068 (tất cả các phần), Environmental testing (Thử nghiệm môi trường)

IEC 60068-2-77, Environmental testing - Part 2-77: Tests - Body strength and impact shock (Thử nghiệm môi trường - Phần 2-77: Các thử nghiệm - Độ bền của thân và xóc va đập)

...

...

...

IEC 60194, Printed board design, manufacture and assembly - Terms and definitions (Thiết kế, chế tạo và lắp ráp tấm mạch in - Thuật ngữ và định nghĩa)

IEC 60286-3, Packaging for components for automatic handling - Part 3: Packaging of surface mount components on continuous tapes (Đóng gói linh kiện dùng cho nâng chuyển tự động - Phần 3: Đóng gói các linh kiện gắn kết bề mặt trên băng truyền liên tục)

IEC 60286-4, Packaging of components for automatic handling - Part 4: Stick magazines for electronic components encapsulated in packages of form E and G (Đóng gói linh kiện dùng cho nâng chuyển tự động - Phần 4: Máng trữ cho các linh kiện điện tử được đóng gói trong các bao gói dạng E và G)

IEC 60286-5, Packaging of components for automatic handling - Part 5: Matrix trays (Đóng gói linh kiện dùng cho nâng chuyển tự động - Phần 5: Khay chất nền)

IEC 60286-6, Packaging of components for automatic handling - Part 6: Bulk case packaging for surface mounting components (Đóng gói linh kiện dùng cho nâng chuyển tự động - Phần 6: Đóng gói trong hộp hàng rời các linh kiện gắn kết bề mặt)

IEC 60749, Semiconductor devices (all parts) - Mechanical and climatic test methods (Thiết bị bán dẫn (tất cả các phần) - Phương pháp thử nghiệm cơ khí và khí hậu)

IEC 61340-5-1, Electrostatics - Part 5-1: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena - General requirements (Tĩnh điện học - Phần 5-1: Bảo vệ thiết bị điện tử khỏi các hiện tượng tĩnh điện - Yêu cầu chung)

IEC 61340-5-3, Electrostatics - Part 5-3: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena - Test methods for packagings intended for electrostatic discharge sensitive devices (Tĩnh điện học - Phần 5-3: Bảo vệ thiết bị điện tử khỏi các hiện tượng tĩnh điện - Phương pháp thử các bao bì dùng cho các thiết bị nhạy với phóng điện tĩnh điện)

IEC 62090, Product package labels for electronic components using bar code and two dimensional symbologies (Nhãn bao gói sản phẩm dùng cho các linh kiện điện tử bằng cách sử dụng mã vạch và ký hiệu hai chiều)

...

...

...

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các định nghĩa dưới đây cũng như các định nghĩa trong IEC 60194.

CHÚ THÍCH: Không nên sử dụng thuật ngữ “chip” để chỉ linh kiện gắn kết bề mặt. Chỉ nên sử dụng các thuật ngữ “SMD” hoặc “linh kiện gắn kết bề mặt” trong các tài liệu IEC.

3.1. Keo dính (adhesive)

Chất giống như keo hoặc chất gắn dùng để gắn các đối tượng với nhau

CHÚ THÍCH: Trong công nghệ gắn kết bề mặt, nhiều hệ thống gắn kết khác nhau được sử dụng.

- Keo dính không dẫn điện (chỉ để kết nối cơ)

- Keo dính dẫn điện (để kết nối điện và cơ)

- Keo dính dẫn nhiệt (để kết nối nhiệt và cơ)

...

...

...

Đa số các keo dính là các hợp chất lưu hóa nhiệt nhưng cũng có các hệ thống lưu hóa UV được sử dụng.

3.2. Lực định tâm (centring force)

Lực cần thiết đối với công cụ nhấc để định tâm một linh kiện gắn kết bề mặt ở đúng vị trí của nó trên lớp nền.

3.3. Tính đồng phẳng (coplanarity)

Khoảng cách về độ cao giữa các dây dẫn vào thấp nhất và cao nhất khi linh kiện ở trên mặt phẳng tựa của nó.

3.4. Không bám thiếc (dewetting)

Tình trạng tạo ra khi chất hàn nóng chảy phủ lên một bề mặt và sau đó rút đi để lại các ụ có hình dạng không đều chất hàn được phân cách bởi các ụ được phủ bởi lớp màng mỏng chất hàn và với kim loại gốc không bị hở ra.

3.5. Hòa tan lớp phủ kim loại (dissolution of metallization)

Quá trình hòa tan kim loại hoặc hợp kim bọc kim loại, thường bằng cách nhúng vào hóa chất. Đối với mục đích của tiêu chuẩn này, việc hòa tan lớp phủ kim loại cũng bao gồm việc hòa tan do tác dụng của chất hàn nóng chảy.

...

...

...

Chọn tư thế cho một đối tượng khi ngâm trong bể hàn.

3.7. Linh kiện không chì (lead-free component)

Linh kiện mà hàm lượng chì tính theo trọng lượng trong các vật liệu bằng hoặc nhỏ hơn 0,1 % đối với từng vật liệu được sử dụng.

3.8. Nghị định thư Montreal (Montreal protocol)

Thỏa thuận của các nước công nghiệp hóa tại cuộc họp tổ chức tại Montreal, Canada, để loại bỏ các chlorofluorocarbon khỏi tất cả các quá trình vào năm 1995.

3.9. Lực nhấc (pick-up force)

Lực động lực tác dụng lên thân linh kiện - thường là từ bên trên - và lên mặt phẳng tựa của linh kiện trong quá trình nhấc linh kiện (ví dụ từ băng hoặc khay); Thường tính đến mức lớn nhất.

3.10. Lực đặt (placement force)

Lực động lực tác dụng lên thân linh kiện - thường là từ bên trên - và mặt phẳng tựa của nó

...

...

...

3.11. Khả năng chịu nhiệt hàn (resistance to soldering heat)

Khả năng của linh kiện chịu ảnh hưởng của nhiệt phát sinh từ quá trình hàn.

3.12. Mặt phẳng tựa (seating plane)

Mặt phẳng mà linh kiện tựa vào.

3.13. Khả năng hàn (solderability)

Khả năng kim loại bám thiếc bằng cách làm nóng chảy chất hàn.

3.14. Bề mặt khum chất hàn (solder meniscus)

Bề mặt bao của hình dạng chất hàn, do tác dụng của các lực căng bề mặt xảy ra trong quá trình bám thiếc.

3.15. Khoảng hở (stand off)

...

...

...

3.16. Lớp nền (substrate)

Vật liệu nền tạo nên kết cấu đỡ của một mạch điện tử.

3.17. Linh kiện gắn kết bề mặt (surface mounting component)

Linh kiện điện tử được thiết kế để gắn kết lên các tấm đệm đầu nối hoặc các tuyến dẫn điện trên bề mặt của lớp nền.

3.18. Bám thiếc (wetting)

Hiện tượng vật lý trong đó sức căng bề mặt của chất lỏng, thường là khi tiếp xúc các chất rắn, được giảm tới mức chất lỏng khuếch tán và tiếp xúc chặt với toàn bộ bề mặt lớp nền ở dạng một lớp mỏng.

4. Yêu cầu đối với thiết kế linh kiện và quy định kỹ thuật linh kiện

4.1. Yêu cầu chung

Quy định kỹ thuật linh kiện dùng cho các linh kiện gắn kết bề mặt, ngoài các yêu cầu được liệt kê từ 4.2 đến 4.10 dưới đây, phải bao gồm các quy định kỹ thuật của các thử nghiệm liên quan và các yêu cầu trong Điều 7.

...

...

...

Thông tin về dạng bao gói gồm kích thước bao gói và các dữ liệu về khoảng hở bên trong bao gói phải được đưa vào trong quy định kỹ thuật của linh kiện.

Quy định kỹ thuật của linh kiện phải yêu cầu rằng, việc bao gói đối với các ứng dụng SMD trong các băng, cuộn, máng thanh, trên khay, hộp hàng rời, hoặc khối rời phải phù hợp với quy định kỹ thuật liên quan của bộ IEC 60286 (IEC 60286-3, IEC 60286-4, IEC 60286-5, IEC 60286-6).

Các linh kiện cần đưa vào môi trường sản xuất được bảo vệ khỏi ESD phải được bao gói tương ứng phù hợp với IEC 61340-5-1 và IEC 61340-5-3.

Các linh kiện nhạy với ẩm cần được bao gói đặc biệt phù hợp với IEC 60749.

Các linh kiện có định hướng hoặc phân cực cụ thể phải được đặt trong bao gói với một định hướng cố định (ví dụ xem Hình 1).

4.3. Ghi nhãn bao gói sản phẩm

Ghi nhãn bao gói sản phẩm phải phù hợp với IEC 62090.

Theo IEC 62090, bao gói sản phẩm phải bao gồm các hạng mục sau đây:

a) Nhận diện hàng hóa (ví dụ như số hiệu linh kiện của khách hàng hoặc số hiệu linh kiện của nhà chế tạo hoặc cả hai);

...

...

...

c) Số lượng.

Ngoài các yêu cầu của IEC 62090, tiêu chuẩn này quy định rằng bao gói sản phẩm đối với các linh kiện nhạy với ẩm cần bao gồm những hạng mục sau đây:

d) Mức độ nhạy với ẩm (MSL) theo tiêu chuẩn IEC 60749;

e) Mã ngày tháng (ISO 8601 và IEC 60062);

f) Mã nhận dạng nhà chế tạo;

g) Mô tả về cực tính của linh kiện, nếu thuộc phạm vi áp dụng.

Hình 1 - Ví dụ về linh kiện có ghi nhãn định hướng cụ thể đặt vào băng và khay

4.4. Ghi nhãn linh kiện

...

...

...

Chân số 1 (xem Hình 1) phải được ghi nhãn rõ ràng trên một linh kiện nhiều chân (ví dụ SO-IC, QFP).

4.4.2. Ghi nhãn linh kiện có phân cực

Đối với các linh kiện có phân cực, cực tính của linh kiện phải được ghi nhãn rõ ràng trên linh kiện (ví dụ các tụ điện điện phân).

4.4.3. Độ bền ghi nhãn linh kiện

Quy định kỹ thuật phải yêu cầu việc ghi nhãn linh kiện được quy định phải duy trì được tính dễ đọc sau khi thực hiện thử nghiệm quy định ở 7.5.2. Thử nghiệm này phải được thực hiện sau khi hoàn tất thử nghiệm liên quan về khả năng chịu nhiệt hàn hoặc tính dễ hàn, như quy định trong quy định kỹ thuật linh kiện.

4.5. Bảo quản và vận chuyển

Quy định kỹ thuật linh kiện phải tham khảo IEC 61760-2 về các điều kiện bảo quản và vận chuyển.

Quy định kỹ thuật linh kiện phải chứa thông tin về thời gian bảo quản tối đa. Trong khoảng thời gian này, linh kiện phải phù hợp với quy định kỹ thuật của nó.

4.6. Hình bao và thiết kế linh kiện

...

...

...

Hình chiếu đảo chiều của linh kiện thể hiện tất cả các kích thước và dung sai của thân và các chân phải là một phần của quy định kỹ thuật linh kiện. Hình vẽ phải bao gồm tham chiếu vị trí thân và các chân linh kiện trên mẫu nền dán lắp.

Khi cần thiết (ví dụ trong trường hợp các linh kiện được cố định bằng cơ khí với độ dài bao lớn hơn 25 mm), quy định kỹ thuật chi tiết phải bao gồm dữ liệu về giãn nở nhiệt, ít nhất theo các trục X và Y.

4.6.2. Yêu cầu về bề mặt nhấc

Thiết kế của linh kiện phải tính đến yêu cầu phải có thể giữ linh kiện bằng cách hút và vận chuyển nó đến vị trí đặt chính xác trên lớp nền. Phải có thể tạo ra độ chân không đủ mạnh để cố định linh kiện ở đúng vị trí của nó dưới ống hút. Trong toàn bộ quá trình thao tác, có thể có kiểm tra quang học, linh kiện phải được giữ nguyên chính xác ở vị trí của nó dưới ống hút, cho đến khi linh kiện được đặt vào vị trí.

Tâm của vùng hút phải khớp với trọng tâm và tâm hình học.

Miệng của ống hút (Y), kích thước (L) của linh kiện hoặc bề mặt nhấc (X) của nó và các dung sai về vị trí của linh kiện bên trong khoang của bao gói với kích thước chiều dài (A₀) và kích thước chiều rộng (B₀) phải khớp với nhau theo cách sao cho có thể tạo ra độ chân không cần thiết để nhấc. Phải có khả năng đặt độ chân không, không phụ thuộc vào vị trí của linh kiện trong khoang của nó.

Đối với những yêu cầu bổ sung liên quan đến vị trí của linh kiện bên trong bao gói, xem IEC 60286-3 về bao gói trên băng truyền và IEC 60286-5 về các khay ma trận.

CHÚ THÍCH: Kích thước L có thể là chiều dài hoặc chiều rộng của linh kiện tùy theo trường hợp áp dụng.

Yêu cầu: X - Y > Z

...

...

...

Z = (Z₁ + Z₂) = (B₀ - L)

Hình 2 - Ống hút chân không, bề mặt nhấc và khoang linh kiện: Ví dụ đối với một linh kiện có bề mặt phẳng

4.6.3. Yêu cầu về bề mặt đáy

Trong các trường hợp linh kiện cần được gắn vào lớp nền bằng keo dính, bề mặt bên dưới của nó (ngoại trừ các chân) phải có khả năng giữ lại keo dính đặt vào.

Khoảng hở giữa bề mặt dưới của linh kiện được dán và mặt phẳng tựa phải được quy định. Quy định kỹ thuật chi tiết phải nêu rõ khoảng hở tối đa. Thông thường, không nên vượt quá giá trị 0,3 mm.

Đối với các linh kiện được cố định bởi một keo dính cố định bổ sung hoặc trong trường hợp sử dụng quy trình làm sạch, thì khoảng hở tối thiểu phải được đưa vào trong quy định kỹ thuật linh kiện, bởi vì với việc sử dụng keo dính cố định bổ sung, tất cả các chân đều phải ở bên trong vật liệu để cho kết nối điện (kem hàn hoặc keo dính dẫn điện).

4.6.4. Yêu cầu về các chân

4.6.4.1. Tính đồng phẳng

...

...

...

Hình 3 - Tính đồng phẳng của các chân

4.6.4.2. Bố trí các chân

Các chân phải được bố trí sao cho đảm bảo tựa ổn định trong kem hàn hoặc keo dính và tránh bị nghiêng (xem các Hình 4, 5 và 6).

Hình 4 - Linh kiện được tựa ổn định

Hình 5 - Linh kiện được tựa không ổn định

CHÚ THÍCH: Hình mẫu nền của linh kiện và các tiếp điểm của nó cần được phân tích bằng máy đặt vị trí. Các chân tốt nhất nên được sắp xếp ngoại biên hoặc đối xứng. Sắp xếp không đối xứng các chân có thể gây ra các rắc rối, bởi vì các thuật toán nhận dạng không phải lúc nào cũng có thể nhận diện các cấu trúc không đối xứng. Đối với các linh kiện kích cỡ nhỏ, các chân đối xứng là cần thiết để tránh bị chìm.

...

...

...

Hình 6 - Các chân được sắp xếp ngoại biên thành hai hàng

4.6.4.3. Nhận diện bằng quang học

Sự tương phản quang học giữa bề mặt đáy chân và bề mặt đáy linh kiện phải đủ cao để cho phép việc nhận biết quang học vị trí của các chân, nhìn từ phía đáy. Tốt nhất là bề mặt đáy của chân phải có tính phản quang (xem Hình 7).

Hình 7 - Sự tương phản tốt đối với thân linh kiện và xung quanh

4.6.4.4. Hình dạng các chân

Hình dạng tiếp điểm phải phù hợp với hình dạng được xác định trong quy định kỹ thuật linh kiện. Dây lẽ ra phải tròn nhưng lại đập bẹt là một ví dụ về hình dạng không phù hợp với quy định kỹ thuật.

4.6.4.5. Độ cứng của các chân

Chân phải đủ cứng để đảm bảo duy trì hình dạng của nó không bị thay đổi trong quá trình đặt.

...

...

...

Khi quy định kỹ thuật để hàn nóng chảy lại hai mặt, các lực bề mặt của chất hàn nóng chảy ảnh hưởng tới diện tích có thể bám thiếc của các chân của linh kiện, ít nhất phải lớn gấp đôi trọng lực gây ra bởi trọng lượng của linh kiện. Điều này nhằm đảm bảo linh kiện vẫn bám vào lớp nền trong lần hàn nóng chảy lại thứ hai.

4.6.4.7. Thông tin vật liệu

Đối với các linh kiện được thiết kế để dán bằng keo dính, cần cung cấp thông tin thành phần vật liệu. Cần cung cấp các chi tiết về thành phần cấu tạo, độ dày và cấu trúc lớp của các bề mặt sẽ được dán bằng keo.

4.6.4.8. Độ sạch của bề mặt

Đối với các linh kiện được thiết kế để dán bằng keo dính, cần cung cấp thông tin về độ sạch của các bề mặt. Tính bám dính của keo dính có thể bị ngăn ngừa bởi một lớp mỏng vật liệu hữu cơ trên bề mặt, ví dụ bởi một lớp mỏng dầu silic. Do đó điều quan trọng là bề mặt của các linh kiện/chân phải sạch, không có chất cặn. Bởi vậy, độ sạch của bề mặt phải được xác định bằng phân tích (ví dụ bởi ESCA (tán xạ electron dùng cho phân tích hóa học)) hoặc bằng một thử nghiệm dán.

4.6.5. Chiều cao linh kiện

Chiều cao linh kiện bị giới hạn bởi độ dài của ống hút và không gian đi ngang qua giữa nhấc lên và đặt vào vị trí. Cần có một khoảng hở thích hợp cho độ dài của ống hút và độ cao linh kiện để di chuyển ngang qua từ chỗ nhấc lên tới chỗ đặt vào vị trí.

Chiều cao linh kiện và khoang linh kiện của bao gói phải khớp với nhau để cho phép ống hút nhấc linh kiện lên một cách an toàn. Nếu việc đóng gói tiêu chuẩn hóa phù hợp với bộ tiêu chuẩn IEC 60286 được sử dụng, chiều cao linh kiện phải liên quan tới các kích thước bao gói quy định trong tài liệu đó.

4.6.6. Trọng lượng linh kiện

...

...

...

Hình 8 - Trọng lượng linh kiện/lực hút của ống hút

4.7. Ứng suất cơ

Các linh kiện cần phải chịu được các ứng suất tác dụng bởi máy đặt và việc uốn lớp nền. Để đảm bảo yêu cầu này, quy định kỹ thuật của linh kiện phải phù hợp với các thử nghiệm và các phương pháp thử nghiệm sau. Tính năng quy định kỹ thuật phải được quy định phù hợp với quy định kỹ thuật của phần hoặc quy định kỹ thuật chung liên quan.

- lực nhấc/lực tác động             IEC 60068-2-77

- Lực định tâm                           IEC 60068-2-77

- Lực đặt                                   IEC 60068-2-77

- Ứng suất uốn                          IEC 60068-2-21

Phương tiện cố định cơ khí (ví dụ như chốt dẫn hướng, hãm) nên được tránh càng nhiều càng tốt.

...

...

...

Yêu cầu và phương pháp thử nghiệm liên quan để xác định tính năng dài hạn của linh kiện phải là một phần của quy định kỹ thuật của linh kiện. Phải áp dụng các phương pháp thử nghiệm sử dụng các linh kiện gắn kết lớp nền. Các phương pháp thử nghiệm phải được ưu tiên chọn từ bộ IEC 60068.

Quy định kỹ thuật của linh kiện phải nêu rõ dải nhiệt độ làm việc. Có thể áp dụng việc giảm thông số danh định. Dải nhiệt độ làm việc phải phù hợp với tính năng dài hạn của linh kiện.

Duy trì độ tin cậy của một số linh kiện có thể yêu cầu hạn chế việc lựa chọn quá trình hàn và các tham số của nó. Cần lưu ý rằng các linh kiện có thể phải chịu tới ba quá trình hàn nóng chảy lại liên tiếp. Khi xác định các thay đổi tham số và cơ học cho phép về sức chịu đựng đối với nhiệt hàn, phải cân nhắc tới việc hàn nhiều lần này. Số các bước hàn nóng chảy lại cho phép phải được quy định trong quy định kỹ thuật chi tiết.

4.9. Yêu cầu bổ sung về tính tương thích với hàn không chì

Trong quy định kỹ thuật của linh kiện phải xác định tính tương thích của các chân với chất hàn được sử dụng. Điều này là quan trọng đối với các chân không chì liên quan tới các chất hàn không chứa chì cũng như liên quan tới các chất hàn có chứa chì.

5. Quy định kỹ thuật các điều kiện quá trình lắp ráp

5.1. Tổng quan

5.1.1. Gắn kết bằng cách hàn

Các bước trong quy trình sản xuất phụ thuộc vào phương pháp lắp được sử dụng. Hình 8 cho thấy một lưu đồ điển hình.

...

...

...

Hình 9 - Các bước quy trình hàn

5.1.2. Gắn kết bằng keo dán

Các bước trong một quy trình sản xuất phụ thuộc vào phương pháp gắn kết được sử dụng. Hình 10 cho thấy một lưu đồ điển hình.

Hình 10 - Các bước trong quy trình dán keo

5.2. Cố định linh kiện trên lớp nền trước khi hàn

Các linh kiện phải được giữ chặt trên chất nền trước khi hàn bằng việc sử dụng keo dính hoặc hoặc bằng cách áp kem hàn.

Xử lí nhiệt được dùng để lưu hóa keo dính, ví dụ, 120 °C trong 30 min ở một quá trình theo lô, hoặc 150 °C trong 120 s trong một quá trình liên tục.

Các thời gian và nhiệt độ sấy khô sơ bộ kem hàn phụ thuộc vào loại kem hàn được sử dụng.

...

...

...

Một số phương pháp có thể được dùng để gắn kết các linh kiện lên lớp nền. Danh sách dưới đây là chưa đầy đủ.

5.3.1. Hàn nóng chảy lại

a) Nóng chảy lại pha hơi

Phương pháp này liên quan đến việc hàn trong hơi bão hòa và cũng được gọi là hàn ngưng tụ. Quá trình này có thể được sử dụng như một hệ thống theo lô (với hai khu vực hơi) hoặc như là một hệ thống liên tục với một khu vực hơi duy nhất. Cả hai hệ thống này cũng có thể yêu cầu gia nhiệt sơ bộ các cụm lắp ráp lấy để ngăn ngừa hiện tượng sốc nhiệt và các ảnh hưởng không mong muốn khác.

Các đường cong nhiệt độ/thời gian điển hình của quá trình đầy đủ được thể hiện trên Hình 11 đối với hàn bằng chất hàn SnPb có chì và trên Hình 12 đối với hàn bằng chất hàn SnAgCu không chì. Thiết bị cụ thể được sử dụng có ảnh hưởng đối với đường cong kết quả, đặc biệt là dạng gia nhiệt sơ bộ và liệu công suất gia nhiệt hơi có kiểm soát có được sử dụng hay không.

b) Hàn nóng chảy lại đối lưu không khí cưỡng bức

Đây là phương pháp hàn nóng chảy lại chiếm ưu thế theo đó hầu hết năng lượng để gia nhiệt cụm lắp ráp đến từ khí (không khí hay khí trơ, hoặc hỗn hợp của cả hai). Một tỷ lệ nhỏ của năng lượng này có thể đến từ nguồn từ bức xạ hồng ngoại trực tiếp. Không tiếp xúc với các cụm lắp ráp trong quá trình gia nhiệt.

Các tham số dưới đây ảnh hưởng đến nhiệt độ của linh kiện, dẫn đến chênh lệch nhiệt độ giữa các linh kiện khác nhau trên một lớp nền và giữa các phần của các ảnh hưởng (ví dụ như giữa chân và bề mặt trên của linh kiện):

- thời gian và đầu vào công suất nhiệt;

...

...

...

- kích thước linh kiện;

- kích thước lớp nền;

- mật độ đóng gói và hiệu ứng màn chắn;

- phổ bước sóng của nguồn bức xạ;

- hệ số hấp thụ của các bề mặt;

- tỷ lệ giữa năng lượng bức xạ và năng lượng đối lưu.

Cảnh báo: Các linh kiện nhỏ có xu hướng nóng lên nhiều hơn so với các linh kiện lớn trong cùng các điều kiện quá trình như nhau và điều này có thể dẫn đến vượt quá độ bền đối với các điều kiện nhiệt hàn.

Đường cong nhiệt độ/thời gian điển hình cho quá trình đầy đủ được thể hiện trên Hình 13 đối với hàn bằng các chất hàn SnPb có chứa chì và trên Hình 14 đối với hàn bằng chất hàn SnAgCu không chứa chì (xem chú thích). Đường cong điển hình thể hiện nhiệt độ của chân của một linh kiện cỡ trung. Nhiệt độ chân lạnh nhất trên một lớp nền đã lắp ráp phải cao hơn đường giới hạn dưới của quá trình để đảm bảo các mối hàn tốt.

CHÚ THÍCH: Kinh nghiệm về hàn bằng SnAgCu đang gia tăng nhanh chóng ở thời điểm viết của tiêu chuẩn này. Do đó dự kiến có thể những thay đổi về đường cong điển hình này.

...

...

...

c) Hàn nóng chảy lại đĩa nóng

Chủ yếu dùng cho việc sửa chữa.

d) Hàn laser

Đang trong giai đoạn xem xét.

e) Hàn thanh nóng

Đây là phương pháp hàn sử dụng các công cụ được kiểm soát nhiệt độ (thermode) để thực hiện các mối hàn.

5.3.2. Hàn sóng

Trong hàn sóng, trước tiên áp một lớp chất trợ dung và sấy khô. Sau đó các tấm mạch in được kéo theo một hướng qua các đỉnh của hai làn sóng chất hàn nóng chảy được làm đầy liên tục. Phương pháp này có thể được thực hiện trong môi trường khí trơ.

Hình 15 thể hiện đường cong nhiệt độ/thời gian điển hình của quá trình đầy đủ. Sự khác biệt đối với hàn không chì được chỉ ra trên Hình 15.

...

...

...

Phương pháp mỏ hàn.

Quá trình này khó kiểm soát. Nếu sử dụng, cần thận trọng để đảm bảo không ảnh hưởng bất lợi đến độ tin cậy.

5.3.4. Keo dẫn

Các quá trình dưới đây là điển hình cho việc gắn kết bằng keo dính có tính dẫn: trước tiên, keo dính được áp vào lớp nền bằng phương pháp in lưới, in giấy nến hoặc định lượng. Sau đó các linh kiện được đặt trong keo dính ướt. Keo dính sau đó được lưu hóa trong lò lưu hóa theo lô hoặc trong lò bố trí theo đường thẳng. Các điều kiện lưu hóa điển hình là nhiệt độ tới 150 °C và thời gian giữ tới 2 h ở nhiệt độ lưu hóa.

5.4. Làm sạch (trường hợp áp dụng)

Các phương pháp làm sạch sau đây có thể được sử dụng khi cần phải làm sạch lớp nền sau khi hàn/dán:

- lưu chất (sôi hoặc với dao động bằng siêu âm);

- chất lỏng (ngâm trong bồn và hơi);

- làm sạch bằng cách phun;

...

...

...

Tránh không sử dụng các vật liệu làm sạch bị cấm theo Nghị định thư Montreal.

Cộng hưởng do sóng siêu âm có thể tác động lên các linh kiện ở các mức ứng suất cao thái quá.

a) Lưu chất

Lớp nền được ngâm trong một lưu chất làm sạch. Xem chi tiết trong Bảng 1.

b) Làm sạch bằng siêu âm

Lớp nền được ngâm trong chất lưu làm sạch và cũng chịu tác động của dao động siêu âm. Xem chi tiết trong Bảng 1. Tham khảo các quy định kỹ thuật chi tiết liên quan để có thông tin liệu linh kiện có khả năng chịu được các quá trình làm sạch bằng sóng siêu âm hay không.

c) Hơi

Một chất hơi làm sạch ngưng tụ trên lớp nền. Xem chi tiết trong Bảng 1.

d) Phun tia

...

...

...

e) Làm sạch bằng plasma

Chất nền với các linh kiện đã được gắn kết được làm sạch bằng plasma (ví dụ plasma oxi) trong buồng chân không.

5.5. Tháo gỡ và/hoặc thay thế các linh kiện SMD

5.5.1. Tháo gỡ và/hoặc thay thế các linh kiện SMD đã hàn

Mục này xác định các quy trình tháo gỡ và thay thế các linh kiện SMD đã hàn.

Trình tự bình thường như sau:

- loại bỏ lớp phủ đồng hình (nếu cần);

- làm sạch (nếu cần);

- phủ chất trợ dung (và có thể áp kem hàn);

...

...

...

- tháo gỡ linh kiện;

- làm sạch (nếu cần);

- bổ sung kem hàn (nếu cần);

- đặt linh kiện mới vào;

- phủ chất trợ dung;

- hàn;

- làm sạch (nếu cần).

CHÚ THÍCH 1: Giảm thiểu lực cơ để tránh làm hỏng lớp nền trong khi tháo các linh kiện đã được dán/hàn.

CHÚ THÍCH 2: Linh kiện đã được tháo gỡ ra không nên sử dụng lại nếu không đảm bảo trước tiên quá trình tháo gỡ không làm suy giảm độ tin cậy của chất nền và linh kiện.

...

...

...

Mục này xác định các quy trình tháo gỡ và thay thế các linh kiện SMD được dán keo.

Trình tự bình thường như sau:

- làm nóng chất nền và/hoặc linh kiện tới nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh của keo dính;

- tháo gỡ linh kiện;

- làm mát lớp nền;

- làm sạch bề mặt hàn gắn kết lớp nền;

- định lượng keo dính;

- đặt linh kiện mới vào;

- lưu hóa keo dính;

...

...

...

CHÚ THÍCH: Linh kiện đã được tháo gỡ không nên sử dụng lại nếu không đảm bảo trước tiên quá trình tháo gỡ không làm suy giảm độ tin cậy của chất nền và linh kiện.

6. Điều kiện điển hình của quá trình

6.1. Quá trình hàn, đường cong nhiệt độ/thời gian

Các biểu đồ dưới đây nhằm giúp người sử dụng SMD và các nhà chế tạo linh kiện trong việc xác định các điều kiện điển hình của quá trình mà các linh kiện sẽ phải chịu trong một quá trình hàn cụ thể. Yêu cầu đối với các linh kiện và các quy định kỹ thuật của linh kiện liên quan đến khả năng phù hợp để sử dụng trong các quá trình gắn kết khác nhau được cho trong Điều 7.

Các Hình 11 đến 15 cho thấy các đường cong nhiệt độ/thời gian dùng cho năm quy trình hàn thường được sử dụng. Như đã mô tả ở 5.3.1, các đường cong thời gian/nhiệt độ dùng cho bề mặt của linh kiện thường khác với đường cong thời gian/nhiệt độ dùng cho chân của sản phẩm.

CHÚ THÍCH: Đơn vị Kelvin (K) được sử dụng trong trường hợp một khoảng nhiệt độ hoặc chênh lệch nhiệt độ.

6.1.1. Hàn pha hơi

CHÚ DẪN: Các đường này chỉ ra các giới hạn trên và dưới của các quá trình điển hình.

...

...

...

CHÚ DẪN: Các đường này chỉ ra các giới hạn trên và dưới của các quá trình điển hình.

Hình 12 - Hàn pha hơi SnAgCu không chì - Đường cong nhiệt độ/thời gian (nhiệt độ chân)

6.1.2. Hàn hồng ngoại, hàn nóng chảy lại đối lưu khí cưỡng bức

CHÚ DẪN:

Đường nét liền: quy trình điển hình (nhiệt độ chân);

Đường chấm chấm: các giới hạn của quá trình; giới hạn dưới của quá trình (nhiệt độ chân); giới hạn trên của quá trình (nhiệt độ bề mặt trên).

Hình 13 - Hàn bằng tia hồng ngoại, hàn nóng chảy lại đối lưu khí cưỡng bức - Đường cong nhiệt độ/thời gian dùng cho các chất hàn SnPb

...

...

...

CHÚ DẪN:

Đường nét liền: quy trình điển hình (nhiệt độ chân).

Đường chấm chấm: các giới hạn của quá trình; giới hạn dưới của quá trình (nhiệt độ chân); giới hạn trên của quá trình (nhiệt độ bề mặt trên).

Hình 14 - Hàn bằng tia hồng ngoại, hàn nóng chảy lại đối lưu khí cưỡng bức - Đường cong nhiệt độ/thời gian dùng cho các chất hàn SnAgCu không chì1

6.1.3. Hàn dạng sóng

CHÚ DẪN:

Đường nét liền: quá trình điển hình;

Đường chấm chấm: các giới hạn của quá trình

...

...

...

6.2. Điều kiện làm sạch điển hình dùng cho các cụm lắp ráp

Bảng 1 - Các quá trình cơ bản để làm sạch

Quy trình

Điều kiện

Phương tiện làm sạch^1)

Chất lỏng

Làm sạch

40 °C - 80 °C/ 4 min

Nước, rượu isopropyl (propan-2-ol), rượu etylic, terpenes

...

...

...

25 °C - 40 °C/ 2 min

10 W/L - 30 W/L

25 kHz - 40 kHz

Hơi

80 °C/ 30 s

Phun

45 °C /16 bar

Plasma

60 °C - 100 °C / 3 min

...

...

...

Ôxy

^1) Tránh không sử dụng các vật liệu làm sạch bị cấm theo Nghị định thư Montreal.

Chất lỏng làm sạch được phép có các chất phụ gia khác nhau. Sửa đổi 1 của IEC 60068-2-45:1993 quy định rượu isopropyl phải được sử dụng bất cứ khi nào có thể.

Cộng hưởng gây ra bởi dao động siêu âm có thể gây các ứng suất quá mức cho linh kiện.

7. Yêu cầu đối với linh kiện và quy định kỹ thuật linh kiện liên quan tới khả năng phù hợp với các quá trình gắn kết khác nhau

7.1. Yêu cầu chung

Quy định kỹ thuật đối với linh kiện riêng lẻ phải có thông tin về các phương pháp thử nghiệm và các yêu cầu đối với các thử nghiệm liên quan đến khả năng linh kiện phù hợp với các quy trình hàn và chất dán dẫn điện. Các phương pháp thử nghiệm, quy định kỹ thuật cụ thể và mức khắc nghiệt liên quan đến hàn phải phù hợp với TCVN 7699-2-58 (IEC 60068-2-58). Quy định kỹ thuật đối với linh kiện phải bao gồm các quy định kỹ thuật đối với các thử nghiệm từ 7.2 đến 7.5.

CHÚ THÍCH: Quy định kỹ thuật đối với linh kiện có thể là quy định kỹ thuật chung, quy định kỹ thuật từng phần hoặc quy định kỹ thuật chi tiết.

Trong trường hợp các điều kiện thao tác đặc biệt, ví dụ như ổn định trước, sấy khô sơ bộ linh kiện là cần thiết, nhà chế tạo phải đưa các điều kiện đó vào các quy định kỹ thuật này.

...

...

...

Các tiêu chí chấp nhận phải phù hợp với TCVN 7699-2-58 (IEC 60068-2-58).

Quy định kỹ thuật linh kiện phải quy định các chi tiết dưới đây theo TCVN 7699-2-58 (IEC 60068-2-58):

a) Ổn định trước (nếu cần thiết);

b) Phương pháp được sử dụng

Phương pháp bể hàn hoặc hàn nóng chảy lại trên lớp nền. Trong trường hợp bể hàn, khoảng thời gian ngâm, nhiệt độ bể hàn và tư thế ngâm phải được quy định. Hướng dẫn về mối quan hệ giữa quá trình hàn và các điều kiện ngâm có thể được lấy từ TCVN 7699-2-58 (IEC 60068-2-58). Trong trường hợp phương pháp hàn nóng chảy lại trên lớp nền, phải quy định quá trình nóng chảy lại chất hàn, thành phần chất hàn và chất trợ dung được sử dụng. Các chi tiết về kích thước của lớp nền và độ dày bồi lắng chất hàn phải được đưa ra trong quy định kỹ thuật linh kiện. Đối với phương pháp hàn nóng chảy lại không chì, phải quy định nhóm đường cong hàn.

c) Các chi tiết về quy trình loại bỏ chất trợ dung

d) Thử nghiệm khả năng bám thiếc

Thử nghiệm và các điều kiện phải được quy định phù hợp với TCVN 7699-2-58 (IEC 60068-2-58).

7.3. Khả năng chịu hòa tan của lớp phun phủ kim loại

...

...

...

7.4. Khả năng chịu nhiệt hàn

Phương pháp kiểm tra trực quan, kiểm tra bằng điện, và các tiêu chí chấp nhận phải được quy định trong quy định kỹ thuật linh kiện.

Đối với các linh kiện SMD bán dẫn được bao kín trong vỏ nhựa, quy định kĩ thuật linh kiện phải quy định các chi tiết và yêu cầu phù hợp với quy trình đã đưa ra trong Điều 5 của IEC 60749-20 hoặc phù hợp với TCVN 7699-2-58 (IEC 60068-2-58).

Đối với các linh kiện khác, quy định kỹ thuật linh kiện phải quy định các chi tiết dưới đây từ TCVN 7699-2-58 (IEC 60068-2-58):

a) Ổn định trước (nếu cần thiết)

b) Phương pháp được sử dụng

Phương pháp bể hàn hoặc phương pháp hàn nóng chảy lại trên lớp nền. Trong trường hợp phương pháp bể hàn, khoảng thời gian ngâm, nhiệt độ bể hàn và tư thế ngâm phải được quy định. Hướng dẫn về mối quan hệ giữa quá trình hàn và các điều kiện ngâm có thể được suy ra từ TCVN 7699-2-58 (IEC 60068-2-58). Trong trường hợp phương pháp hàn nóng chảy trên lớp nền, phải quy định quá trình nóng chảy lại chất hàn, thành phần chất hàn và chất trợ dung được dùng. Ngoài ra số các chu kỳ mà linh kiện có thể chịu được quá trình hàn nóng chảy lại phải được quy định cụ thể. Đối với phương pháp nóng chảy lại không chì, phải quy định nhóm đường cong hàn. Các chi tiết về kích thước lớp nền và độ dày của lớp bồi lắng chất hàn phải được đưa ra trong quy định kỹ thuật linh kiện.

c) Các chi tiết về quy trình loại bỏ chất trợ dung

d) Thời gian phục hồi và các điều kiện trước phép kiểm tra cuối cùng

...

...

...

Quy định kỹ thuật đối với linh kiện cần bao gồm thông tin về Thử nghiệm XA như mô tả trong TCVN 7699-2-45 (IEC 60068-2-45). Áp dụng các hướng dẫn thử nghiệm chi tiết sau:

7.5.1. Khả năng chịu dung môi của linh kiện

a) Dung môi sử dụng: xem 3.1.2 của TCVN 7699-2-45 (IEC 60068-2-45); khuyến cáo dùng rượu isopropyl.

b) Nhiệt độ dung môi: (23 ± 5) °C, nếu không có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan.

c) Điều kiện thử nghiệm: phương pháp 2 (không chà xát)

d) Thời gian phục hồi: 48 h, nếu không có quy định khác khác trong quy định kỹ thuật cụ thể.

7.5.2. Khả năng chịu dung môi của nhãn

a) Dung môi sử dụng: xem 3.1.2 của TCVN 7699-2-45 (IEC 60068-2-45); khuyến cáo dùng rượu isopropyl.

b) Nhiệt độ dung môi: (23 ± 5) °C, nếu không có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan.

...

...

...

d) Vật liệu chà xát: vải cotton.

e) Thời gian phục hồi: không áp dụng, nếu không có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan.

7.6. Đường cong hàn

Tiêu chuẩn này khuyến cáo sử dụng các đường cong như đưa ra ở Điều 6 khi khuyến cáo các đường cong hàn trong quy định kỹ thuật của linh kiện.

7.7. Thử nghiệm độ bền liên kết đối với thử nghiệm giao diện keo dán linh kiện

Một phương pháp thử nghiệm đối với độ bền cơ của một kết nối keo dính (ví dụ thử nghiệm lực cắt) và các tiêu chí chấp nhận đối với thử nghiệm này phải được quy định trong quy định kỹ thuật linh kiện. Nên sử dụng phương pháp thử nghiệm cắt phù hợp với TCVN 7699-2-21 (IEC 60068-2-21). Ngoài các yêu cầu của TCVN 7699-2-21 (IEC 60068-2-21), quy định kỹ thuật liên quan cần đưa ra thông tin về vật liệu lớp nền, loại keo dính, kích thước keo dính được áp (diện tích bám dính trên linh kiện và độ dày sau khi gắn với linh kiện), các điều kiện lưu hóa và lực cắt.

Có hai tiêu chí chấp nhận quan trọng đối với thử nghiệm lực cắt:

- các tiêu chí lực cắt (lực đối với từng diện tích tiếp nối mà tại đó linh kiện tách khỏi lớp nền).

- các tiêu chí kiểm tra trực quan (lượng keo dính trên linh kiện sau thử nghiệm lực cắt).

...

...

...

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 7699-1:2007 (IEC 60068-1:1988), Thử nghiệm môi trường - Phần 1: Quy định chung và hướng dẫn

[2] IEC 60068-2-20, Environmental testing - Part 2: Tests - Test T: Soldering (Thử nghiệm môi trường - Phần 2-20: Các thử nghiệm - Thử nghiệm T: Hàn thiếc)

IEC 60068-2-69, Environmental testing Part 2: Tests - Test Te: Solderability testing of electronic components for surface mount technology by the wetting balance method (Thử nghiệm môi trường Phần 2: Thử nghiệm - Thử nghiệm Te: Thử nghiệm khả năng hàn của linh kiện điện tử dùng cho công nghệ gắn kết bề mặt bằng phương pháp cân bằng lượng thiếc bám)

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

...

...

...

4. Yêu cầu đối với thiết kế linh kiện và quy định kỹ thuật linh kiện

5. Quy định kỹ thuật các điều kiện quá trình lắp ráp

6. Điều kiện điển hình của quá trình

7. Yêu cầu đối với linh kiện và quy định kỹ thuật linh kiện liên quan tới khả năng phù hợp với các quá trình hàn gắn kết khác nhau

1 Đường cong điển hình như được sử dụng tại thời điểm công bố. Kinh nghiệm về hàn bằng SnAgCu đang gia tăng nhanh chóng ở thời điểm viết tiêu chuẩn này. Do đó có thể có những thay đổi về đường cong điển hình này.