Quy trình sản xuất SMT bao gồm nhiều bước, mỗi bước đều rất quan trọng để đảm bảo việc đặt và hàn các linh kiện điện tử lên PCB một cách chính xác. Dưới đây là tổng quan chi tiết về từng bước trong quy trình SMT.
 

Bước 1: In kem hàn

Bước đầu tiên trong quy trình sản xuất SMT là bôi kem hàn lên mạch in (PCB). Kem hàn là một chất dính được làm từ các hạt thiếc nhỏ trộn với chất trợ hàn. Nó được bôi lên các khu vực trên PCB nơi các linh kiện sẽ được gắn, thường là lên các miếng kim loại.

Quy trình in kem hàn:

• Căn chỉnh khuôn mẫu: Một khuôn mẫu kim loại có các đường cắt tương ứng với vị trí các điểm hàn trên mạch in được đặt lên trên bo mạch. Khuôn mẫu đóng vai trò như một lớp mặt nạ để đảm bảo rằng kem hàn chỉ được bôi vào các khu vực mong muốn.
• Ứng dụng keo hàn: Dụng cụ gạt hoặc tương tự sẽ trải đều keo hàn lên khuôn, ép keo qua các lỗ nhỏ xuống mạch in bên dưới. Độ dày và độ đồng đều của lớp keo rất quan trọng để đảm bảo việc gắn linh kiện và hàn đúng cách.
• Gỡ bỏ khuôn mẫu: Khuôn mẫu được cẩn thận nhấc ra, để lại lớp kem hàn được đặt chính xác trên các điểm tiếp xúc của mạch in.

Việc sử dụng kem hàn đúng cách rất quan trọng vì nó quyết định chất lượng của các mối hàn và độ tin cậy tổng thể của cụm lắp ráp. 

Bước 2: Kiểm tra kem hàn (SPI)

Sau khi bôi lớp kem hàn, bước tiếp theo là Kiểm tra Kem Hàn (SPI) . Bước này rất quan trọng để đảm bảo kem hàn được phủ đều lên mạch in (PCB).

Quy trình SPI:

• Kiểm tra tự động: Máy SPI sử dụng camera và cảm biến để quét PCB và đo thể tích, chiều cao, diện tích và vị trí của các lớp keo hàn.
• Kiểm soát chất lượng: Dữ liệu kiểm tra được phân tích để phát hiện bất kỳ khuyết tật nào, chẳng hạn như lượng keo hàn không đủ, lượng keo hàn thừa hoặc các mối hàn không đều. Những khuyết tật này có thể dẫn đến các mối hàn kém chất lượng, lắp đặt linh kiện sai vị trí hoặc đoản mạch.
• Vòng phản hồi: Nếu phát hiện lỗi, có thể điều chỉnh thiết lập máy in kem hàn hoặc các thông số quy trình để khắc phục sự cố. Vòng phản hồi này đảm bảo chất lượng kem hàn được ứng dụng cao.

 

Bước 3: Gắn chip

Sau khi kiểm tra và xác nhận lớp kem hàn, bước tiếp theo là gắn chip , hay còn gọi là đặt linh kiện.

Quy trình gắn chip:

• Chuẩn bị linh kiện: Các linh kiện SMT, hay SMD, được cung cấp dưới dạng cuộn, khay hoặc ống và được đưa vào máy gắp và đặt.
• Máy gắp và đặt linh kiện: Máy gắp và đặt linh kiện sử dụng cánh tay robot được trang bị vòi hút chân không để gắp các linh kiện từ bộ cấp liệu và đặt chúng lên các điểm hàn trên mạch in. Độ chính xác cao của máy đảm bảo các linh kiện được định vị chính xác theo thiết kế mạch in.
• Căn chỉnh và đặt vị trí: Máy sử dụng hệ thống thị giác và thuật toán căn chỉnh để đảm bảo mỗi linh kiện được đặt chính xác. Tốc độ và độ chính xác của các máy gắp và đặt hiện đại cho phép sản xuất năng suất cao.

Việc gắn chip là một bước cực kỳ quan trọng vì bất kỳ sự sai lệch hoặc đặt sai vị trí nào cũng có thể dẫn đến bo mạch bị lỗi, đòi hỏi phải sửa chữa tốn kém hoặc phải loại bỏ.
 

Bước 4: Kiểm tra trực quan + Lắp ráp linh kiện bằng tay

Sau khi các linh kiện được đặt tự động, thường cần phải có bước kiểm tra trực quan và đặt một số linh kiện bằng tay.

Quy trình kiểm tra trực quan và đặt vị trí thủ công:

Kiểm tra bằng mắt thường : Các kỹ thuật viên lành nghề sẽ kiểm tra bằng mắt thường các bo mạch để phát hiện các linh kiện bị lệch, thiếu linh kiện hoặc bất kỳ khuyết tật rõ ràng nào mà máy móc có thể bỏ sót. Bước này thường được thực hiện bằng cách sử dụng các dụng cụ phóng đại hoặc kính hiển vi.

• Lắp đặt linh kiện thủ công: Một số linh kiện, đặc biệt là những linh kiện không tiêu chuẩn, kích thước lớn hoặc nhạy cảm, có thể cần được lắp đặt thủ công. Điều này có thể bao gồm các đầu nối, máy biến áp hoặc các linh kiện có hình dạng bất thường mà máy móc tự động không thể xử lý hiệu quả.
• Điều chỉnh: Nếu phát hiện các linh kiện bị đặt sai vị trí hoặc thiếu, người vận hành có thể điều chỉnh hoặc thêm các linh kiện này bằng tay để đảm bảo tất cả các bộ phận được đặt đúng vị trí trước khi hàn.

Bước này giúp đảm bảo rằng mọi lỗi từ quy trình tự động đều được phát hiện sớm, giảm thiểu các khuyết điểm tiềm ẩn trong sản phẩm cuối cùng. 

Bước 5: Hàn chảy lại

Sau khi tất cả các linh kiện được đặt đúng vị trí, quá trình lắp ráp PCB sẽ chuyển sang công đoạn hàn chảy lại (Reflow Soldering ), nơi chất hàn được làm tan chảy để tạo thành các kết nối điện và cơ khí vĩnh viễn.

Quy trình hàn chảy lại:

• Khu vực làm nóng sơ bộ: Mạch in (PCB) được làm nóng dần trong lò nung chảy để loại bỏ hơi ẩm và đưa bo mạch cùng các linh kiện đến nhiệt độ ngay dưới điểm nóng chảy của chất hàn.
• Khu vực ngâm: Nhiệt độ được duy trì để kích hoạt chất trợ dung trong keo hàn, giúp làm sạch bề mặt kim loại và chuẩn bị chúng cho quá trình hàn.
• Vùng nung chảy lại: Nhiệt độ được tăng nhanh lên trên điểm nóng chảy của kem hàn, làm cho các hạt thiếc tan chảy và tạo thành các mối hàn giữa các linh kiện và các điểm tiếp xúc trên mạch in.
• Khu vực làm mát: Cụm linh kiện được làm mát từ từ để làm cứng các mối hàn, đảm bảo kết nối cơ học và điện chắc chắn.

Quá trình hàn chảy lại rất quan trọng vì nó quyết định chất lượng của các mối hàn, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị điện tử cuối cùng.
 

Bước 6: Kiểm tra quang học tự động (AOI)

Sau khi hàn chảy lại, cụm linh kiện sẽ trải qua quá trình kiểm tra quang học tự động (AOI) để phát hiện bất kỳ lỗi nào trong việc bố trí hoặc hàn các linh kiện.

Quy trình AOI:

• Chụp ảnh độ phân giải cao: Máy AOI sử dụng camera độ phân giải cao để chụp ảnh chi tiết cụm PCB từ nhiều góc độ.
• Phân tích hình ảnh: Máy so sánh các hình ảnh thu được với một hình ảnh tham chiếu tốt đã biết, tìm kiếm các sai lệch như thiếu linh kiện, cực tính không chính xác, cầu nối hàn hoặc hiện tượng "tombstoning" (linh kiện đứng trên một đầu).
• Phát hiện lỗi: Hệ thống AOI sẽ đánh dấu bất kỳ lỗi nào cần xem xét. Các bo mạch có lỗi được phát hiện sẽ được gửi đi sửa chữa hoặc đánh dấu để kiểm tra thêm.

AOI giúp duy trì chất lượng cao bằng cách đảm bảo chỉ những bo mạch không có lỗi mới được chuyển sang giai đoạn sản xuất tiếp theo.
 

Bước 7: AXI (Kiểm tra tia X tự động)

Đối với các linh kiện có mối hàn ẩn, chẳng hạn như các mảng lưới bi (BGA) , cần phải sử dụng hệ thống kiểm tra tia X tự động (AXI) để kiểm tra chất lượng mối hàn.

Quy trình AXI:

• Chụp ảnh X-quang: Máy AXI sử dụng tia X để xuyên qua mạch in và tạo ra hình ảnh các mối hàn ẩn bên dưới các linh kiện.
• Phân tích khuyết tật: Hình ảnh X-quang được phân tích để kiểm tra các khuyết tật như lỗ rỗng, cầu nối hàn hoặc độ phủ hàn không đủ, những khuyết tật này không thể nhìn thấy bằng phương pháp kiểm tra quang học.
• Đảm bảo chất lượng: Các bo mạch bị lỗi sẽ được đánh dấu để sửa chữa hoặc loại bỏ, tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng và khả năng sửa chữa.

AXI rất cần thiết để đảm bảo độ tin cậy của các linh kiện có mối hàn ẩn, vì các khuyết tật không được phát hiện có thể dẫn đến hỏng thiết bị.
 

Bước 8: Kiểm tra CNTT hoặc chức năng

Bước cuối cùng trong quy trình sản xuất SMT là Kiểm tra mạch tích hợp (ICT) hoặc Kiểm tra chức năng để đảm bảo rằng cụm PCB đáp ứng tất cả các thông số kỹ thuật về điện và chức năng.

Quy trình kiểm thử CNTT hoặc kiểm thử chức năng:

• Kiểm tra mạch tích hợp (ICT): Bài kiểm tra này kiểm tra từng linh kiện riêng lẻ trên bo mạch in (PCB), chẳng hạn như điện trở, tụ điện và IC, để đảm bảo chúng được đặt đúng vị trí và hoạt động bình thường. ICT cũng kiểm tra các lỗi ngắn mạch, hở mạch và các mối hàn chính xác.
• Kiểm tra chức năng: Trong thử nghiệm này, mạch in (PCB) được cấp nguồn và các chức năng cụ thể được kiểm tra để đảm bảo bo mạch hoạt động như mong đợi. Kiểm tra chức năng mô phỏng các điều kiện hoạt động thực tế mà mạch in sẽ gặp phải trong ứng dụng cuối cùng.
• Xác định lỗi và sửa chữa: Nếu phát hiện bất kỳ lỗi nào trong quá trình kiểm tra ICT hoặc kiểm tra chức năng, bo mạch sẽ được gửi lại để sửa chữa. Việc này có thể bao gồm thay thế linh kiện, hàn lại hoặc điều chỉnh cài đặt lắp ráp.

Kiểm thử CNTT và kiểm thử chức năng là những bước cuối cùng để đảm bảo chất lượng và chức năng của sản phẩm cuối cùng, giảm thiểu rủi ro sản phẩm lỗi đến tay khách hàng.
 

Kết luận

Quy trình sản xuất SMT bao gồm nhiều bước chính xác, từ in kem hàn đến kiểm tra chức năng cuối cùng. Mỗi bước đều rất quan trọng để đảm bảo chất lượng, độ tin cậy và hiệu suất của sản phẩm điện tử cuối cùng. Bằng cách hiểu rõ chi tiết từng bước trong quy trình SMT, các nhà sản xuất có thể tạo ra các sản phẩm điện tử chất lượng cao đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe hiện nay.

Xem thêm:

• Dây chuyền lắp ráp bản mạch điện tử
• Hệ thống lắp ráp tủ điện nhà máy
• Tổng quan về quy trình sản xuất điện tử
• Tự động hóa trong sản xuất điện tử - Xu hướng, Công nghệ và Lợi ích