Xu hướng tự động hóa ảnh hưởng như thế nào đến quá trình hàn tay, làm lại và sửa chữa

Xu hướng tự động hóa ảnh hưởng như thế nào đến quá trình hàn tay, làm lại và sửa chữa

Joshua Edberg, Giám đốc Tiếp thị Toàn cầu tại OK International, công ty mẹ của Metcal, nhà cung cấp các hệ thống hàn để bàn.

Được đăng lại từ Tạp chí hàn (tháng 9 năm 2021) với sự cho phép của Hiệp hội hàn Hoa Kỳ (AWS).

Sự phát triển của thiết bị và điện tử phải bắt kịp nhịp độ để đáp ứng những thách thức của nhà điều hành ngày nay.

Sự phát triển của thiết bị và điện tử phải bắt kịp nhịp độ để đáp ứng những thách thức của nhà điều hành ngày nay. Khi công nghệ trong ngành công nghiệp điện tử tiến bộ nhanh chóng, các thiết bị điện tử ngày càng nhỏ hơn, nhanh hơn và nhiều chức năng hơn. Các bảng mạch in tiên tiến (PCB) hiện nay có hai mặt với nhiều lớp xếp chồng lên nhau. Do đó, chúng phức tạp hơn nhiều so với các thiết kế PCB thông thường và chứa nhiều thành phần hơn trong không gian chật hẹp hơn, tạo ra các cấu hình PCB kết nối mật độ cao (HDI).
Việc sử dụng ngày càng nhiều tự động hóa
Quy trình lắp ráp tự động và thiết bị tự động hóa được sử dụng trong công nghệ gắn trên bề mặt (SMT) - chẳng hạn như robot chọn và đặt cũng như hàn sóng và hàn nóng lại - đã cho phép sự phát triển nhanh chóng trong ngành công nghiệp điện tử hướng tới HDI PCB và thu nhỏ các thành phần. Việc sử dụng tự động hóa ngày càng tăng đã cải thiện hiệu quả và giảm chi phí sản xuất. Nó cũng đang chuyển ngành sản xuất lắp ráp điện tử đến gần hơn với Công nghiệp 4.0, nơi dữ liệu được ghi lại đầy đủ, để truy xuất nguồn gốc đầy đủ, với sản xuất tắt đèn.

Bất chấp sự chuyển động liên tục này, hàn tay vẫn cần thiết và vẫn đóng vai trò then chốt trong sản xuất các thiết bị điện tử. Một số thành phần đặc biệt, không thường xuyên hoặc nhạy cảm với nhiệt phải được hàn thủ công. Với việc tự động hóa hoàn thành phần lớn các hoạt động lắp ráp điện tử, các hoạt động hàn tay còn lại trở nên khó khăn hơn, đòi hỏi kỹ thuật viên hàn có tay nghề cao hơn, điều khiển quy trình được cải thiện và các công cụ và thiết bị hàn tay tiên tiến.
Mặc dù các quy trình lắp ráp SMT tự động cho phép bố trí chính xác các thành phần, nhưng các quy trình này không có sai sót. Các vấn đề như bắc cầu, hầm mộ, sụt, kết hạt hàn, không đủ chất hàn và các thành phần bị hư hỏng cần phải làm lại thủ công để sửa chữa hoặc thay thế chúng. Trên PCB mật độ cao, các thành phần không chỉ cực kỳ nhỏ mà còn cực kỳ gần nhau. Việc sửa chữa các kết nối điện hoặc loại bỏ và thay thế các gói chip quy mô nhỏ phải được thực hiện trong không gian rất nhỏ mà không làm hỏng các thành phần xung quanh. Cần phải có các công cụ chuyên dụng như đầu hàn siêu mịn hiệu suất cao, nhíp và mảnh tay cho loại gia công lại có độ chính xác cao này, thường cần được thực hiện dưới kính hiển vi hoặc với sự hỗ trợ của máy ảnh để giúp đặt chính xác, hàn và sửa chữa các thành phần có độ mịn nhỏ.
Đối mặt với những thách thức mới
Các thiết bị điện tử công nghiệp công suất lớn và các thiết bị viễn thông tần số cao ngày nay cung cấp các ứng dụng thách thức bổ sung, các ứng dụng này cần được hoàn thiện bởi các nhà khai thác sử dụng phương pháp hàn tay. Các thiết bị này có xu hướng sử dụng nhiều kim loại hơn trong thiết kế của chúng vì nhiều lý do.
Ví dụ, các mặt phẳng tiếp đất bằng đồng nhiều lớp cung cấp tính toàn vẹn của tín hiệu bằng cách giảm nhiễu xuyên âm bên trong và các tấm tản nhiệt lớn bằng kim loại giúp tản nhiệt ra khỏi các thành phần nhạy cảm với nhiệt. Các thiết bị điện tử bên trong các trạm sạc xe điện, bộ chuyển đổi dòng điện xoay chiều / dòng điện một chiều, Wi-Fi và radar là những ví dụ về các cụm điện tử được kim loại hóa cao. PCB được kim loại hóa cao tạo ra nhu cầu nhiệt cao (HTD) trong quá trình hàn tay vì hàm lượng kim loại cao dẫn nhiệt ra khỏi đầu hàn. HTD này gây khó khăn cho việc duy trì nhiệt độ đầu hàn cần thiết để làm chảy vật hàn và tạo ra mối hàn tốt. Kỹ thuật viên có thể bù đắp bằng cách kéo dài thời gian dừng (thời gian họ giữ đầu nóng của mỏ hàn vào khớp hàn) hoặc bằng cách tăng nhiệt độ ở đầu mỏ hàn. Các phương pháp bù này không chỉ làm giảm tuổi thọ của đầu hàn mà còn dẫn đến hỏng bảng mạch và các thành phần nhạy cảm với nhiệt. Hình 1-Sep-03-2021-01-16-15-99-PMFig. 1 - Hình ảnh nhiệt của PCB HTD cho thấy đường dẫn nhiệt khi nhiệt được kéo ra khỏi đầu hàn.
Một phương pháp khác để bù đắp cho các thách thức HTD liên quan đến PCB được kim loại hóa cao là làm nóng bảng mạch và cố gắng hàn trong khi bảng đang nóng. Điều này tạo ra một vấn đề an toàn công thái học cho các kỹ thuật viên hàn. Cụ thể, việc làm nóng trước PCB làm tăng nguy cơ kỹ thuật viên bị bỏng trong quá trình hàn. Và bởi vì các thành phần khá nhỏ, các kỹ thuật viên có xu hướng đến gần PCB hơn để thấy rõ hơn công việc của chúng, càng làm tăng nguy cơ đó.
Những đổi mới trong ngành, được phát triển bởi các nhà sản xuất thiết bị hàn, đang giải quyết những thách thức này. Các giải pháp này bao gồm việc sử dụng hệ thống sưởi cảm ứng với nhiệt độ có thể điều chỉnh để cải thiện hiệu suất, hệ thống nhiệt độ cố định SmartHeat® cảm ứng để loại bỏ rủi ro liên quan đến việc người vận hành điều chỉnh nhiệt độ và phần mềm hàn chuyên dụng để giao tiếp với người vận hành để thông báo khi xác nhận kết nối hoặc hình thành hợp chất liên kim loại là hoàn thiện cho các mối hàn chất lượng cao.

Một lĩnh vực khác mà các nhà sản xuất thiết bị hàn tay cần giải quyết mối liên hệ với việc mất một số mức độ truy xuất nguồn gốc trong quá trình sản xuất