Tổng Quát Về Công Nghệ Đóng Gói Bề Mặt – SMT ( Phần II )

Kỹ thuật gắn chíp trong công nghệ đóng gói bề mặt SMT

Các hãng khác nhau sở hữu những bí quyết và độc quyền công nghệ khác nhau. Chúng khác biệt khi chế tạo các loại máy gắn chíp trên dây truyền SMT. Tuy vậy, những công đoạn từ lúc nạp liệu cho tới lúc thành phẩm thì khá giống nhau. Các công đoạn đó bao gồm:

1) Quét hợp kim hàn (kem hàn) lên bo mạch trần.

2) Gắn chíp, gắn IC .

3) Gia nhiệt – làm mát.

4) Kiểm tra và sửa lỗi.

Quét hợp kim hàn

Trên bề mặt mạch in không đục lỗ, người ta đã mạ các lớp vật liệu dẫn điện như thiếc-chì, bạc hoặc vàng. Những chi tiết này được gọi là chân hàn (lớp đệm hàn). Sau đó, kem hàn dưới dạng bột nhão là hỗn hợp của hợp kim hàn và các hạt vật liệu hàn. Chúng được quét lên trên bề mặt của mạch in.

Người ta sử dụng một dụng cụ đặc biệt là mặt nạ kim loại (metal mask – hoặc stencil) để tránh kem hàn dính lên trên những nơi không mong muốn. Chúng được làm bằng màng mỏng thép không gỉ.

Trên đó người ta gia công những vị trí tương ứng với nơi đặt chíp trên bo mạch. Bằng cách này, kem hàn sẽ được quét vào các vị trí mong muốn. Một phương pháp khác khi cần phải gắn linh kiện lên mặt còn lại của bo mạch. Đó là sử dụng một thiết bị điều khiển số để đặt các chấm vật liệu có tính bám dính cao vào vị trí đặt linh kiện. Giai đoạn cuối là khi kem hàn được phủ lên trên bề mặt. Lúc này bo mạch sẽ được chuyển sang máy đặt chíp (pick-and-place machine).

Gắn chíp, gắn IC

Các linh kiện SMDs kích thước nhỏ thường được chuyển tải tới dây truyền trên băng chứa. Chúng sẽ xoay quanh một trục nào đó. Trong khi đó IC lại thường được chứa trong các khay đựng riêng. Máy gắp chip được điều khiển số sẽ gỡ các chip trên khay chứa. Tiếp theo sẽ đặt chúng lên trên bề mặt PCB ở nơi được quét kem hàn.

Các linh kiện ở mặt dưới của bo mạch được gắn lên trước. Rồi các chấm keo được sấy khô nhanh bằng nhiệt hoặc bằng bức xạ UV. Sau đó bo mạch được lật lại và máy gắn linh kiện thực hiện nốt các phần còn lại trên bề mặt bo.

Gia nhiệt – làm mát

Sau khi quá trình gắn linh kiện hoàn tất, bo mạch sẽ được chuyển tới lò sấy. Đầu tiên các bo tiến vào vùng sấy sơ bộ. Tại đây nhiệt độ của bo và mọi linh kiện tương đối đồng đều. Chúng sẽ được nâng lên một cách từ từ. Việc này làm giảm thiểu ứng suất nhiệt khi quá trình lắp ráp kết thúc sau khi hàn.

Bo mạch sau đó tiến vào vùng với nhiệt độ đủ lớn để có thể làm nóng chảy các hạt vật liệu hàn trong kem hàn. Tiếp theo nó sẽ hàn các đầu linh kiện lên trên bo mạch. Sức căng bề mặt của kem hàn nóng chảy giúp cho linh kiện không lệch vị trí. Nếu như bề mặt địa lý của chân hàn được chế tạo như thiết kế. Sức căng bề mặt sẽ tự động điều chỉnh linh kiện về đúng vị trí của nó. .

Có nhiều kỹ thuật dùng cho việc gia nhiệt, ủ bo mạch sau quá trình gắp, gắn. Những kỹ thuật đó như sử dụng đèn hồng ngoại, khí nóng. Trường hợp đặc biệt người ta có thể sử dụng chất lỏng CF4 với nhiệt độ sối lớn. Kỹ thuật này được gọi là gia. Hiện nay người ta sử dụng nhiều khí nitơ hoặc khí nén giàu ni-tơ trong các lò ủ đối lưu. Dĩ nhiên, mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

Đầu tiên với phương pháp ủ dùng IR. Các kỹ sư phải bố trí linh kiện trên bo thấp hơn không rơi vào vùng của các linh kiện cao hơn. Thật dễ dàng nếu người thiết kế biết trước được các chu trình nhiệt hoặc quá trình hàn đối lưu. Với một số thiết kế, người ta phải hàn thủ công hoặc lắp thêm các linh kiện đặc biệt. Hoặc thêm nữa là tự động hóa bằng cách sử dụng các thiết bị hồng ngoại tập trung.

Sau quá trình hàn các bo mạch phải được “rửa” để gỡ bỏ phần vật liệu hàn trên đó. Các vật liệu hàn khác nhau được rửa bằng các hóa chất, dung môi khác nhau. Phần còn lại là dung môi hòa tan được rửa bằng nước sạch. Chúng sẽ được làm khô nhanh bằng không khí nén.

Kiểm tra và sửa lỗi

Bo mạch được đưa sang bộ phận kiểm tra quang học để phát hiện lỗi. Trong trường hợp cần thiết, chúng ta có thể lắp đặt thêm một số trạm kiểm tra quang học cho dây truyền công nghệ.

Ở công đoạn này chúng ta có thể sử dụng các máy AOI ( Automated Optical Inspection) quang học hoặc sử dụng X-ray. Các thiết bị này phát hiện các lỗi vị trí, lỗi tiếp xúc của các linh kiện và kem hàn trên bề mặt của mạch in.