Các Lỗi Thường Gặp Trong Quá Trình Lắp Ráp PCB Bạn Nên Biết

Những người thiết kế PCB là những kiến trúc sư đứng sau công nghệ cung cấp sức mạnh cho các thiết bị điện tử hiện đại của chúng ta, cân nhắc một loạt các yêu cầu, điều hướng qua một bố cục phức tạp mà vừa là nghệ thuật vừa là khoa học.  Tuy nhiên, ngay cả những bảng mạch in được thiết kế cẩn thận nhất cũng có thể gặp phải lỗi trong quá trình sản xuất và lắp ráp PCB.  Trong blog này, chúng ta sẽ xem xét tổng quan về những lỗi lắp ráp phổ biến nhất, một số lỗi có thể do thiết kế PCB ảnh hưởng và một số lỗi cụ thể liên quan đến quá trình lắp ráp.  Sau đó, chúng ta sẽ đi sâu vào một lỗi cụ thể, là sự cong vênh của PCB và các linh kiện và xem xét cách thiết kế PCB có thể ảnh hưởng đến lỗi này. Trong những blog tương lai, chúng ta sẽ xem xét những lỗi này từ góc độ khả năng sản xuất để giúp cầu nối giữa thiết kế PCB và lắp ráp.

Lỗi Lắp Ráp PCB Phổ Biến

Đóng Cầu Hàn/Mạch Ngắn: Lỗi này xảy ra khi hàn kết nối hai hoặc nhiều đặc tính dẫn điện, gây ra các kết nối điện không mong muốn. Điều này có thể xảy ra giữa các chân kề nhau, các pad hoặc các đường mạch.

Hàn Không Đủ: Hàn không đủ có thể dẫn đến các mối hàn không hoàn chỉnh hoặc yếu, từ đó dẫn đến kết nối điện kém. Điều này có thể biểu hiện dưới dạng kết nối gián đoạn hoặc mở.

Hạt Hàn: Hạt hàn là những chấm hàn nhỏ, không mong muốn có thể xuất hiện trong quá trình hàn reflow do việc nóng chảy và dòng chảy của kem hàn không hoàn chỉnh. Chúng có thể dẫn đến chập mạch nếu chúng nằm ở những khu vực nhạy cảm của PCB.

Hạt hàn xuất hiện khi kem hàn không được trộn lẫn hoặc được bảo quản không đúng cách. [Nguồn Hình Ảnh: Người dùng John U, stackexchange.com]

Lật Đá: Đây là khi một linh kiện gắn mặt đứng lên một đầu do sự mất cân bằng trong quá trình hàn reflow, dẫn đến kết nối điện kém. Lỗi này thường do sự chênh lệch nhiệt độ trong quá trình hàn reflow.

Pad Bị Bong hoặc Mất: Pad có thể bị tách ra trong quá trình lắp ráp dẫn đến linh kiện không hoạt động.

Lệch Linh Kiện: Các linh kiện gắn mặt có thể bị lệch hoặc nghiêng trong quá trình đặt dẫn đến lỗi mối hàn hoặc mất kết nối.

Mối Hàn Lạnh: Mối hàn lạnh là những kết nối yếu, giòn xảy ra khi hàn không chảy đúng cách trong quá trình reflow, thường do nhiệt độ không đủ hoặc kích hoạt chất lưu không đúng cách.

Vấn Đề Hàn BGA: Các linh kiện Ball grid array (BGA) có thể gặp phải lỗi hạt hàn, mất kết nối, hoặc khoảng trống hàn dưới linh kiện, có thể dẫn đến kết nối kém và vấn đề độ tin cậy.

Đảo Ngược Cực Linh Kiện: Lỗi trong việc đặt linh kiện hoặc hướng có thể dẫn đến cực bị đảo ngược, gây ra kết nối điện áp ngược và tiềm ẩn hư hỏng.

Quá Nhiều Kem Hàn: Áp dụng quá nhiều kem hàn trong quá trình in khuôn có thể gây ra chập mạch hàn và các lỗi liên quan đến hàn khác.

Kem Hàn Không Đủ: Kem hàn không đủ có thể dẫn đến kết nối hàn không hoàn chỉnh hoặc yếu, đặc biệt là đối với các linh kiện có khoảng cách chân nhỏ.

Kết Nối Hàn Không Đủ: Các mối hàn không hình thành đầy đủ xung quanh chân linh kiện hoặc pad dẫn đến kết nối yếu.

Dư Lượng Bóng Hàn: Bóng hàn còn lại trên bề mặt PCB sau khi tái lưu có thể gây ra mạch chập và các vấn đề khác.

Thiếu Linh Kiện: Linh kiện bị bỏ sót trong quá trình đặt do lỗi của thiết bị hoặc người vận hành.

Linh Kiện Bị Cong Vênh hoặc Bị Bẻ: Các linh kiện SMT có thể bị cong vênh hoặc bị bẻ trong quá trình tái lưu, ảnh hưởng đến việc đặt linh kiện và chất lượng mối hàn.

• Tìm hiểu thêm về các lỗi SMT phổ biến
• Tìm hiểu thêm về các phương pháp DFA tốt nhất

Sự cong vênh cao trên PCB có thể dẫn đến sự cong vênh của gói SMT. [Nguồn Hình Ảnh]

Giảm Thiểu Rủi Ro Cong Vênh

Các nhà thiết kế PCB có thể áp dụng một số biện pháp để giảm thiểu sự cong vênh của linh kiện và PCB, điều này có thể gây ra các lỗi như hình thành bóng hàn trong quá trình lắp ráp PCB.  Dưới đây là một số cách thiết kế bảng mạch in có thể ảnh hưởng và có khả năng ngăn chặn sự cong vênh:

Vị trí và Kích thước Chân Linh kiện

• Chọn lựa cẩn thận vị trí và hướng của linh kiện để giảm thiểu áp lực.  
• Tránh đặt linh kiện nặng ở các khu vực nhạy cảm.
• Sử dụng linh kiện có chân bằng phẳng hoặc đồng mặt phẳng, thường gây ra ít áp lực lên bảng mạch.
• Thiết kế kích thước chân linh kiện phù hợp để chứa đựng sự giãn nở và co lại nhiệt độ khi hàn.
• Đảm bảo rằng các pad linh kiện đủ lớn để cung cấp độ ổn định cơ học và sức mạnh của mối hàn.
• Đối với linh kiện nặng hoặc cao, cân nhắc các phương pháp cố định cơ học bổ sung như vít hoặc đế để cung cấp sự ổn định và ngăn chặn sự cong vênh.
• Hướng tới một bố cục bảng mạch đối xứng, phân bổ linh kiện và các tính năng một cách đồng đều để ngăn chặn áp lực ở các vị trí cụ thể.
• Nếu sử dụng các lớp đồng, thêm các kết nối giảm nhiệt cho linh kiện có kết nối đất hoặc nguồn lớn để ngăn chặn bảng mạch bị cong vênh trong quá trình hàn lại.

Cấu trúc Bảng Mạch

• Cấu trúc PCB nên cân bằng sự phân bố đồng ở cả hai mặt của bảng mạch để giảm thiểu sự cong vênh.
• Chọn cấu trúc cân bằng với trọng lượng đồng và độ dày điện môi đối xứng qua cấu trúc.
• Chọn vật liệu bảng mạch in có độ ổn định kích thước tốt và hệ số giãn nở nhiệt thấp (CTE).
• Xem xét sử dụng vật liệu được thiết kế cho các ứng dụng chịu nhiệt độ cao nếu thiết kế của bạn yêu cầu.

Xem xét Nhiệt

• Hãy chắc chắn rằng các thành phần phát ra nhiệt đáng kể có giải pháp quản lý nhiệt đúng cách.  Tản nhiệt, vias, hoặc các lớp đồng dành riêng có thể giúp với việc này.
• Phân bố các thành phần phát ra nhiệt đều khắp bảng để tránh nhiệt độ tập trung và cong vênh.
• Tránh đặt tản nhiệt hoặc kết nối có mật độ cao gần trung tâm của PCB.  Những điều này có thể tạo ra lực không đều và góp phần vào việc cong vênh.

Tôi sẽ kết thúc blog này với một lời khuyên.  Quan trọng là phải tương tác với cả quá trình sản xuất và lắp ráp trong quá trình thiết kế. Có rất nhiều ví dụ về các yếu tố đơn giản như màu sắc của lớp chống hàn ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất, ảnh hưởng đến giá cả và thời gian dẫn.  Kết hợp thiết kế, sản xuất và lắp ráp để hợp tác và giao tiếp xuyên suốt quá trình sản xuất sẽ thiết lập một thiết kế với cơ hội thành công ngay từ lần đầu tiên tốt nhất.

Khi bạn sẵn sàng để tạo bố cục PCB của mình với các phương pháp DFA tốt nhất cho lắp ráp SMT, hãy sử dụng các công cụ thiết kế và bố cục trong Altium Designer^®. Để thực hiện sự hợp tác trong môi trường đa ngành nghề ngày nay, các công ty đổi mới đang sử dụng nền tảng Altium 365™ để dễ dàng chia sẻ dữ liệu thiết kế và đưa dự án vào sản xuất.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.