Bản dịch tiếng Việt của cuốn sách có tựa là “Getting Started with Soldering” nhằm giúp cộng đồng người Việt tham khảo thuận lợi, không nhằm mục đích thương mại. Cuốn sách nguyên bản tiếng Anh được đăng ký bản quyền năm 2017 thuộc về tác giả Marc de Vinck. Sách do Maker Media, Inc. xuất bản.

Hàn chì nâng cao

Cho đến thời điểm này, chúng ta đã học được cách hàn linh kiện điện tử có hai hoặc nhiều chân cắm vào PCB. Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu tiếp về hàn các thiết bị dán bề mặt (SMD), là kỹ thuật hàn linh kiện nằm trực tiếp trên PCB và có thể có hoặc không có bất kỳ chân dây dẫn nào. Kiểu hàn này được gọi là công nghệ dán bề mặt (SMT) và thường được thực hiện với các công cụ cao cấp hơn, và hầu hết

là hàn bằng máy. Nhưng điều đó không có nghĩa là bạn không có thể làm bằng tay, và đó là nội dung của chương này.

Có một vài lý do mà bạn muốn sử dụng một SMD. Điều đầu tiên đó là linh kiện bạn muốn sử dụng chỉ có loại dán bề mặt. Hiện nay các thiết bị điện tử liên tục được thu nhỏ kích thước, và mặc dù có rất nhiều người làm điện tử nghiệp dư bên ngoài thường muốn dùng linh kiện kích thước lớn hơn, nhưng đôi khi không còn sự lựa chọn nào khác. Điều này chủ yếu là đối với các cảm biến cao cấp và mạch tích hợp (IC), tuy nhiên hiện vẫn còn nhiều loại linh kiện có chân cắm xuyên lỗ như đèn LED, điện trở và IC, có các chân dài để dễ dàng hàn vào PCB. Một lý do khác có thể là bạn muốn thu nhỏ thiết bị của bạn xuống một chút. Tôi vẫn thường sử dụng đèn LED dán bề mặt vì chúng nhỏ và dễ hàn. Và thành thật mà nói, đôi khi nhìn chúng rất xinh xắn. (Xem Hình 5-1.)

Bạn sẽ tự hỏi rằng liệu bạn thực sự có thể hàn một SMD bằng một mỏ hàn thông thường không. Câu trả lời là có, nhưng với một điều kiện. Các linh kiện mà bạn muốn hàn phải có các chân tiếp xúc. Các linh kiện không thấy chân đòi hỏi một kỹ thuật phức tạp hơn.

Thông thường, chúng được hàn bằng cách sử dụng trạm hàn khí nóng hoặc máy hàn buồng nhiệt. (Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các trạm hàn khí nóng, hãy xem sidebar: “Hàn dán bề mặt Hoặc Trạm hàn khí nóng dành cho bạn”) Những kỹ thuật này nằm ngoài phạm vi của cuốn sách này. Điều may mắn là, có rất nhiều linh kiện nhìn thấy chân, mà loại này thì dễ dàng hàn bằng tay với mỏ hàn thông thường.

Có rất nhiều điều cần tìm hiểu khi nói đến SMT và tôi thì không thể nói hết một cách chi tiết trong cuốn sách này, theo kiểu viết thành một chương riêng có đặt tên, đánh số và trình bày theo đúng hình thức của cuốn sách này được. Tuy nhiên, tôi có thể chỉ cho bạn những điều cơ bản nhất và cung cấp cho bạn một số lời khuyên và thủ thuật. Tôi muốn bạn học được những thứ mà tôi đã tốn rất nhiều thời gian để nghiên cứu và tìm ra, bạn có thể dễ dàng hàn nhiều loại SMD khác nhau chỉ bằng một chiếc mỏ hàn thông thường!

CÔNG CỤ

Như tôi đã đề cập, bạn có thể hàn các linh kiện dán bề mặt bằng mỏ hàn thông thường, và điều này là hoàn toàn đúng, nhưng cần phải trang bị thêm một số công cụ và vật liệu cho bàn làm việc của mình để giúp xử lý công việc dễ dàng hơn.

Phần khó nhất khi học cách hàn các linh kiện dán bề mặt là kích thước vật lý của các linh kiện đó, một số SMD chỉ to bằng hạt gạo! Đó là lý do tại sao bạn sẽ cần kính phóng đại để có thể hàn được các linh kiện này, và đồng thời sau đó dùng nó để kiểm tra lại các mối hàn có bị ngắn mạch hay bị bắt cầu do thừa chì hàn hay không. Trong Hình 5-2, bạn có thể thấy hai loại kính phóng đại mà tôi đang sử dụng. Tôi sử dụng cặp kính bên phải với dây đeo màu xám cho những lúc tôi ngồi hàn lâu. Nó ổn đối với tôi, nhưng nó không thoải mái bằng cặp kính có khung đen bên trái. Bạn có thể sử dụng kính lúp đơn giản hoặc kính lúp của thợ kim hoàn, nhưng những thứ đó thường cần có thêm một cánh tay thứ ba, vì bạn sẽ phải dùng cả hai tay của mình để hàn các linh kiện nhỏ này.

Trước đây, tôi hay sử dụng kính hiển vi hai tròng để hàn các linh kiện dán bề mặt, nhưng sau đó nó bị hỏng và không sửa được nữa, tôi bắt đầu tìm kiếm một giải pháp thay thế với giá cả phải chăng hơn. Một chiếc kính hiển vi hai tròng đã qua sử dụng cũng có giá hàng trăm đô la, và tôi nghĩ rằng cần phải có một lựa chọn tốt hơn. Có một giai đoạn tôi đã dùng kính hiển vi có cổng USB, nó có giá chỉ khoảng 30USD, nhưng không phải lúc nào nó cũng kết nối được với máy tính. Sau đó, tôi phát hiện ra loại kính hiển vi kỹ thuật số hoạt động độc lập, như trong hình 5-3, và từ đó kinh nghiệm hàn của tôi đã cải thiện đáng kể. Nó rất dễ sử dụng và có pin sạc bên trong, đèn có thể điều chỉnh độ sáng và hệ thống lấy nét đơn giản. Thậm chí có thể chụp ảnh và lưu trữ chúng trên thẻ nhớ SD. Điều thực sự mà tôi muốn đề cập là mức giá của nó, bạn có thể mua chúng trực tuyến với giá khoảng 60USD. Có một số công ty bán các loại kính này, nhưng tất cả các loại đều có cùng thông số kỹ thuật và trông cũng giống nhau. Tôi đã chọn cái của tôi dựa trên giá cả và phương thức vận chuyển, và nó thật đáng để đầu tư. Tôi thường hay sử dụng nó, và không chỉ để hàn.

Như chúng ta đã thảo luận, việc xử lý các linh kiện công nghệ dán bề mặt nhỏ (SMT) có thể là một thách thức, đó là lý do tại sao bạn lại cần ít nhất một cặp nhíp loại tốt, tương tự như các công cụ trong Hình 5-4. Những loại nhíp này có đầu thẳng hoặc cong, và cả hai loại đều sử dụng tốt như nhau. Hãy chắc chắn rằng chúng là loại chống tĩnh điện an toàn (ESD) và không có từ tính để không làm hỏng các linh kiện của bạn. Sử dụng một cặp nhíp loại tốt để gắp các linh kiện nhỏ sẽ giúp bạn tiết kiệm được nhiều thời gian.

Khi làm việc với SMT, rất có thể bạn sẽ không sử dụng cánh tay thứ ba nhiều như khi sử dụng cho các linh kiện có chân xuyên lỗ thông thường. Hầu hết mọi người đều đặt bảng mạch in lên trên bàn làm việc của mình, vì không có chân nào để cắm xuyên qua các lỗ của bảng mạch in. Vì lý do này, bạn nên đầu tư vào một tấm lót silicon chất lượng cao (xem Hình 5-5). Nó không chỉ bảo vệ bề mặt bàn làm việc của bạn khỏi bị nóng lên do nhiệt độ quá cao mà còn giúp giữ tất cả các linh kiện của bạn được nằm ngay ngắn. Nếu bạn chỉ có ý định sử dụng mỏ hàn, tấm lót silicon là không cần thiết, nhưng nếu bạn có ý định sẽ thực hiện hàn khí nóng, thì nó cần thiết cho bàn làm việc của bạn. Khi chọn tấm lót, hãy chắc chắn rằng nó là loại chuyên dùng dành riêng cho hàn, vì nó cần có khả năng chịu được nhiệt cao.

Một trong những công cụ SMT yêu thích của tôi là một cái PCB làm Thước đo (“One PCB to Ruler Them All”) của Adafbean Industries (xem Hình 5-6 và 5-7). Thước đo hai mặt nhỏ gọn tiện dụng này có kích thước chân linh kiện SMT (“dạng chân”) của hầu hết các SMT, ví dụ như QFN, TDFN, SOIC, SOP và những loại khác nữa. Tôi sẽ không đi vào chi tiết mà chỉ trình bày một cách cơ bản nhất, nội dung chi tiết sẽ được đề cập ở một cuốn sách khác, nói về dạng chân do nhà sản xuất linh kiện cung cấp. Nó cũng có một số chức năng hữu ích khác như có bảng thông tin kích cỡ dây, và tất nhiên nó có thể được dùng như một cây thước đo dài 6 inch tiện dụng. Tôi thường hay sử dụng nó để đo các linh kiện. Đôi khi, sẽ rất tốt nếu có một máy hút chân không bằng tay loại nhỏ (được minh họa trong Hình 5-8) để đặt một SMD cỡ lớn hơn vào PCB. Nếu bạn chịu trả thêm một vài đô la (thực sự chỉ một vài đô la), thì hãy trang bị thêm một cái vào bộ đồ nghề của bạn. Nếu không thì bạn cũng có thể làm với một cái nhíp loại tốt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CÁC VẬT TƯ

 

Ngoài các vật tư thông thường dùng để hàn, còn có một số vật tư khác mà bạn sẽ cần có khi học hàn SMD. Bạn cũng sẽ dùng các loại chì hàn mà chúng ta đã đề cập ở phần trước. Bạn cũng cần có một cây thước đo loại mỏng nhưng không có cũng không sao. Hầu hết các loại vật tư cần có thêm là do SMD có kích thước nhỏ, đồng thời khi hàn SMD thì phải làm theo một cách riêng nên trong đó có một số loại thực sự là cần thiết. Các vật tư không đắt tiền lắm và hầu hết là còn có thể sử dụng chúng cho những việc khác trong xưởng của bạn.

Trong hàn xuyên lỗ thông thường, bạn không cần thiết phải có bút nhựa thông, nhưng khi hàn SMD, bạn sẽ cần một cái để làm cho mối hàn chắc hơn. Sử dụng bút nhựa thông (minh họa trong hình 5-10) cùng với chì hàn lõi nhựa thông sẽ giúp chì hàn thấm dễ dàng hơn. Vì các pad nhỏ, nên dù nó chỉ bị oxy hóa một chút thôi cũng đủ làm cho việc hàn khó khăn hơn. Ngoài ra, do kỹ thuật áp dụng làm cho chì hàn nóng chảy trong thời gian lâu hơn, nên điều này có thể sẽ gây ra thêm quá trình oxy hóa.

Vật dụng hữu ích nhất cần có khi bạn học hàn SMD là một mạch giao tiếp. (Xem Hình 5-11.) Các mạch này có bán sẵn, như vậy có nghĩa là bạn không cần thiết phải thiết kế riêng mạch cho mình để sử dụng với một bộ linh kiện dán bề mặt. Mạch giao tiếp sẽ giúp bạn dễ dàng hàn các linh kiện vào đúng chỗ, và sau đó bạn có thể hàn các dây dẫn “giao tiếp” với các chân của SMD. Bạn phải biết chắc chắn rằng bạn đang sử dụng loại SMT nào để mua mạch giao tiếp phù hợp, có rất nhiều dạng chân linh kiện khác nhau.

Chip Quik là một chất trợ hàn và là loại hợp kim đặc biệt cho phép bạn tháo linh kiện SMD mà không làm hỏng chúng. (Xem Hình 5-12.) Theo cách truyền thống, bạn sẽ gặp khó khăn trong việc tháo một linh kiện với mỏ hàn thông thường. Theo cách truyền thống, khi tháo linh kiện, bạn sẽ cần phải có một hệ thống hàn khí nóng. Nhưng Chip Quik có thể giúp thực hiện quá trình này dễ dàng, với một cái mỏ hàn thông thường. Tôi sẽ trình bày trình tự các bước trong phần sau của chương này, “Khi mọi thứ bị lỗi, hãy sửa chữa và tháo các linh kiện ra”.

CÁCH HÀN LINH KIỆN DÁN BỀ MẶT ĐƠN GIẢN

Hàn SMD rất khác so với hàn linh kiện xuyên lỗ. Chúng ta sẽ bắt đầu bằng cách hàn một đèn LED 0805, dù không thấy chân của nó, nhưng vẫn dễ dàng hàn nó vào đúng chỗ. Thuật ngữ 0805 dùng để chỉ kích thước, khoảng 0,08″x 0,05″. Nó là loại có kích thước nhỏ, nhưng vẫn lớn hơn kích thước của con 0201! (Xem hình 5-13.) Bước tiếp theo là đảm bảo bạn đã chọn đúng linh kiện cần dùng nhé. Một đèn LED xuyên lỗ thông thường có một chân dài và một chân ngắn. Chân dài là chân dương (+). Cách mà các nhà sản xuất SMD đánh dấu cho các linh kiện của họ rất khác nhau. Trên đèn LED, thường sẽ có một dấu hiệu nào đó, hoặc một vạch in trên nhựa để biểu thị cực, nhưng bạn sẽ cần phải tham khảo bảng dữ liệu linh kiện để biết chắc chắn hơn, vì mỗi nhà sản xuất đánh dấu một kiểu.

Đầu tiên, bắt đầu bằng cách bôi bút nhựa thông lên các pad của PCB ở chỗ điểm hàn. Điều này sẽ giúp giảm quá trình oxy hóa và giúp chì hàn thấm nhanh hơn. Tiếp theo, hãy đảm bảo mỏ hàn của bạn đủ nóng và mũi hàn sạch sẽ. Sau đó nung chảy một lượng nhỏ chì hàn bằng mũi hàn của bạn và đặt nó lên miếng pad chỗ bạn đặt linh kiện vào và giữ nó ở đó trong 1 – 2 giây. Một lượng nhỏ chì hàn sẽ chảy ra từ mỏ hàn vào pad của PCB, như trong Hình 5-14.

Tiếp theo, đặt linh kiện lên miếng pad đã được mạ chì sẵn và làm nóng mối hàn bằng mỏ hàn. Chì hàn sẽ chảy ra và linh kiện sẽ dính chặt vào PCB. Giảm nhiệt độ xuống. Điều này sẽ giữ linh kiện nằm đúng vị trí trong bước tiếp theo. (Xem hình 5-15.)

Bây giờ một mặt của mạch đã được hàn xong, làm nóng mặt có linh kiện và pad bằng mỏ hàn. Trong khi đang làm nóng lên, hãy cho thêm một ít chì hàn vào mối hàn. Một lượng nhỏ chì hàn chảy dọc theo. Kết quả sau khi hàn thì cũng tương tự như đối với linh kiện xuyên lỗ là linh kiện phải giữ nguyên hình dáng ban đầu của nó, với mối hàn sáng bóng, che phủ phần dưới chân của linh kiện. (Xem Hình 5-16.) Bây giờ, quay lại và đảm bảo rằng mặt bên kia cũng đã được phủ chì hàn đầy đủ. Nếu chưa, bạn cần cho thêm nhựa thông và chì hàn vào. Trong hầu hết các trường hợp, bạn không cần cho thêm chì hàn nữa, vì để hàn các linh kiện của SMD chỉ cần một lượng nhỏ chì hàn. Bước cuối cùng là làm sạch nhựa thông còn dính lại bằng cồn. Tôi sử dụng loại khăn đóng gói sẵn chuyên dùng cho việc này.

CÁCH HÀN SMD NHIỀU CHÂN

Một số SMT sử dụng linh kiện có chân nhỏ, giống như trong hình 5-17. Để hàn loại nhiều chân này, bạn có thể

mạ chì các pad trên PCB trước, nhưng linh kiện cũng có thể không nằm đúng vị trí một khi chì hàn đang nóng chảy. May mắn thay, có một cách dễ dàng và hiệu quả hơn để hàn loại này.

Bắt đầu bằng cách bôi nhựa thông vào tất cả các pad chuẩn bị hàn linh kiện vào. Tiếp theo, đặt linh kiện lên PCB, căn chỉnh các chân linh kiện ngay ngắn với các pad. Hãy chắc chắn rằng bạn đã chọn đúng linh kiện; Nếu bạn chưa chắc chắn, hãy kiểm tra bảng dữ liệu của linh kiện. Bây giờ, cho thêm một lượng nhỏ chì hàn vào mũi hàn sạch. Tiếp theo, trong khi giữ SMD đúng chỗ, làm nóng một chân của linh kiện. Cuối cùng, giảm nhiệt xuống khi chì hàn đã chảy vào trong và dưới chân đó của SMD, chỉ mất 1-2 giây, tùy thuộc vào nhiệt độ của mỏ hàn. Bây giờ thì linh kiện đã được đặt vào đúng vị trí và bạn sẵn sàng cho các chân còn lại.

Sau khi đã cố định linh kiện đúng vị trí trên PCB, hãy đảm bảo rằng nó được chỉnh đúng với tất cả các pad. Nếu chưa, bạn có thể thêm một ít nhựa thông, làm nóng chân linh kiện đã được hàn và nhẹ nhàng điều chỉnh linh kiện vào đúng vị trí.

Bây giờ, bắt đầu với phía chưa được hàn của SMD, cho chì hàn vào và hàn một chân. Ngay khi chì hàn bắt đầu tan chảy, kéo rê mũi hàn và chì hàn dọc theo tất cả các chân ở phía đó của linh kiện (như trong Hình 5-18). Đây được gọi là kỹ thuật hàn kéo rê. Đừng lo lắng nếu có những mối hàn bắt cầu, vì điều đó chắc chắn sẽ xảy ra. Quan trọng là phải có đủ chì hàn và làm thấm đều vào các pad và chân linh kiện. Lặp lại quy trình này trên tất cả các mặt của SMD.

Chắc chắn là sẽ có chì hàn dư dính trên chân linh kiện, và có thể có một hoặc hai mối hàn bắt cầu. (Xem Hình 5-19.) Số lượng mối hàn bắt cầu bao nhiêu phụ thuộc phần lớn vào số lượng chân linh kiện nhiều hay ít và khoảng cách giữa chúng. Mối hàn bắt cầu có thể chạy trên một hoặc hai chân hoặc cũng có thể là chạy trên tất cả các chân của linh kiện. Đừng hoảng hốt; Sẽ ổn thôi và cũng dễ sửa. Thực ra, nên để dư một ít chì hàn vẫn tốt hơn trong trường hợp này. Vì như vậy các mối hàn chắc chắn sẽ thấm đủ chì hàn hơn.

Để khắc phục tình trạng mối hàn bắt cầu và loại bỏ chì hàn dư, bạn nên sử dụng sợi dây bện đồng.

Đặt dây bện đồng dọc theo tất cả các chân cùng một bên của linh kiện rồi làm nóng lên từ phía trên bằng mỏ hàn. Điều này sẽ giúp hút hết chì hàn dư, để lại một mối hàn sạch đẹp. Bạn có thể thấy ở bên trái của Hình 5-20 rằng tất cả các chân linh kiện đã được làm sạch. Ở bên phải là đang trong quá trình loại bỏ chì dư. Chỉ mất vài giây làm nóng để loại bỏ chì hàn dư và nó sẽ làm cho các mối hàn trông đẹp hơn và quan trọng nhất là nó sẽ chạy tốt.

Chỉ có vậy thôi! Đơn giản; và bạn có thể thấy trong Hình 5-21 rằng nó giống như một PCB chuyên nghiệp được hàn bởi thiết bị hàn SMD chuyên dùng. Tôi ước rằng trước đây tôi có thể biết được việc sử dụng các SMT cho các dự án dễ dàng như thế nào.

KHI LÀM SAI – HÃY KHẮC PHỤC VÀ THÁO CHÌ LINH KIỆN

Bạn có thể tự hỏi mình “Điều gì xảy ra nếu tôi mắc lỗi? Thật khó mà hàn các linh kiện vào đúng vị trí. Làm thế nào tôi có thể tháo chì các linh kiện SMD nhiều chân chỉ bằng một cái mỏ hàn?” Nó không khó như bạn tưởng đâu và bạn cũng chẳng cần đến trạm hàn khí nóng, bạn chỉ cần một ít Chip Quik và một mỏ hàn thông thường. Chip Quik là một hợp kim đặc biệt, nó làm cho chì hàn chảy lâu hơn (xem Hình 5-22). Điều này sẽ giúp làm nóng tất cả các chân linh kiện chỉ bằng một cái mỏ hàn thông thường, sau đó gắp linh kiện ra khỏi chỗ miếng pad bằng cái nhíp. Bắt đầu bằng việc cho một ít chất trợ hàn Chip Quik vào tất cả các chân của linh kiện, như trong Hình 5-22. Tiếp theo, hãy để hợp kim đặc biệt này chảy vào tất cả các chân bạn muốn tháo ra, như trong hình 5-23. Tiếp theo, quay lại làm nóng tất cả các chân linh kiện một lần nữa bằng mỏ hàn. Hãy nhớ rằng hợp kim Chip Quik sẽ ở trong trạng thái tan chảy lâu hơn so với chì hàn thông thường. Bây giờ thì nhanh chóng gắp linh kiện ra khỏi PCB bằng cái nhíp. (Xem hình 5-24.)

Bước cuối cùng là làm sạch chì hàn còn sót lại bằng dây bện đồng và lau PCB bằng miếng gạt tẩm cồn kèm theo bộ Chip Quik. Đây là một giải pháp tuyệt vời để tháo các linh kiện mà không cần đến một trạm hàn khí nóng.

LỜI KẾT

Chúng ta đã vừa đề cập đến những điều rất cơ bản của hàn linh kiện dán bề mặt, tuy nhiên vẫn còn nhiều điều chưa thể nói hết, như mặt nạ bôi kem hàn, máy hàn buồng nhiệt, và nhiều cái khác nữa. Để nói về những điều này thì tôi phải viết trong một hoặc thậm chí là hai cuốn sách! Hy vọng rằng cuốn sách này sẽ giúp bạn khởi đầu đúng hướng và sẽ là nguồn cảm hứng để bạn tìm hiểu nhiều hơn nữa về hàn chì. Chúc bạn hàn thành công!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *