Hàn và tháo linh kiện dán SMD bằng máy khò, mỏ hàn: nhiệt độ, các bước, lỗi hay gặp

Linh kiện dán (SMD, surface mount device) là linh kiện hàn thẳng lên mặt bo, không xuyên lỗ: điện trở, tụ cỡ 0603 và 0805, transistor SOT-23, IC SOIC, QFP, QFN và BGA. Tháo và hàn chúng cần hai dụng cụ chính: mỏ hàn có điều nhiệt (soldering station) cho linh kiện ít chân và để hàn sửa, máy khò (hot air rework station) để làm chảy cùng lúc mọi mối hàn. Phần lớn hỏng hóc khi sửa không do tay nghề kém mà do nhiệt sai: thiếu nhiệt thì giật bong pad, quá nhiệt hoặc nóng quá nhanh thì nứt tụ gốm, phồng IC, cháy bo. Bài này gom các giới hạn nhiệt do hãng công bố (Murata, TDK, Kyocera, TI, Kester, IPC/JEDEC J-STD-020) và kinh nghiệm của các diễn đàn sửa chữa Trung Quốc, rồi đi qua từng kiểu chân.

Nguyên lý: mối hàn, thiếc và nhiệt

Mối hàn là lớp thiếc nóng chảy thấm ướt (wetting) cả pad đồng trên bo và đầu cực linh kiện, rồi đông lại. Muốn tháo một linh kiện, mọi mối hàn của nó phải chảy lỏng cùng lúc. Muốn hàn tốt, cả pad và chân phải đủ nóng để thiếc bám, chứ không chỉ thiếc chảy rồi "đậu" lên trên.

Hai loại thiếc gặp trên bo gia dụng:

Hợp kim	Thành phần	Nhiệt độ nóng chảy (theo datasheet)	Gặp ở đâu
Thiếc chì Sn63Pb37	63% thiếc, 37% chì	183°C, điểm eutectic (chảy ngay ở một nhiệt độ)	Bo đời cũ, thiếc thợ hay dùng
Thiếc không chì SAC305	96,5% thiếc, 3% bạc, 0,5% đồng	Bắt đầu chảy 217°C, chảy hết 220°C	Hầu hết bo sản xuất sau khi áp dụng RoHS

Số liệu trên lấy từ bảng hợp kim của Indium (Indalloy 106 và 256) và datasheet SAC305 của AIM. Thiếc không chì chảy ở nhiệt độ cao hơn khoảng 35°C và thấm ướt kém hơn, nên bo không chì khó tháo hơn, dễ bị thợ tăng nhiệt quá tay.

Có ba giới hạn nhiệt cần phân biệt:

1. Nhiệt đặt trên máy (nhiệt mũi hàn hoặc nhiệt gió ở miệng vòi khò). Đây là con số bạn vặn.
2. Nhiệt thực tại mối hàn, luôn thấp hơn nhiều vì bo, mặt đồng và linh kiện hút nhiệt. Ví dụ quy trình mẫu của TI (SLVA439) đặt gió ở 370°C trong giai đoạn chảy thiếc, nhưng đó là nhiệt khí ở vòi, không phải nhiệt thân IC.
3. Nhiệt tối đa thân linh kiện chịu được. Với IC nhựa, đây là nhiệt phân loại theo IPC/JEDEC J-STD-020 (bảng bên dưới). Với tụ gốm, hãng còn giới hạn cả chênh lệch nhiệt (ΔT) giữa mũi hàn và linh kiện.

Vì sao nóng nhanh lại nguy hiểm. Tụ gốm nhiều lớp (MLCC, multilayer ceramic capacitor) giòn. Khi một đầu bị nung đột ngột, phần nóng nở ra trước phần lạnh và gốm nứt bên trong, mắt thường không thấy. Murata, Kyocera và TDK đều yêu cầu sấy nóng trước (preheat) bo và linh kiện để giảm sốc nhiệt (thermal shock). Với IC nhựa, hơi ẩm ngấm trong vỏ gặp nhiệt sẽ hóa hơi và làm tách lớp, nứt vỏ (hiệu ứng "bỏng ngô", popcorn). TI khuyến cáo sấy khô bo và linh kiện trước khi tháo, theo J-STD-033.

Nhận biết kiểu chân và cỡ linh kiện

Mã cỡ điện trở, tụ dán. Mã thông dụng tính bằng inch: 0603 nghĩa là khoảng 0,06 x 0,03 inch. Hãng Nhật hay ghi theo mét: 1608 (1,6 x 0,8 mm). Đừng nhầm "0603 inch" với "0603 mét" (0,6 x 0,3 mm, tương đương 0201 inch).

Mã inch	Mã mét	Kích thước gần đúng	Mã cỡ trong part number Murata GRM
0402	1005	1,0 x 0,5 mm	15
0603	1608	1,6 x 0,8 mm	18
0805	2012	2,0 x 1,25 mm	21
1206	3216	3,2 x 1,6 mm	31
1210	3225	3,2 x 2,5 mm	32

Cột cuối quan trọng vì Murata chia giới hạn nhiệt hàn theo mã cỡ: nhóm đến 31 (1206) và nhóm từ 32 (1210) trở lên khác nhau.

Các kiểu chân thường gặp trên bo gia dụng:

Kiểu	Hình dạng	Ví dụ trên bo	Cách tháo hợp lý
Chip 2 đầu (0402 đến 1206)	Khối chữ nhật, hai đầu mạ thiếc	Điện trở, tụ gốm, cuộn cảm, cầu chì dán	Khò nhỏ, hoặc mỏ hàn mũi dao, hoặc kẹp hàn hai mũi
SOT-23, SOT-223, SOD	3 chân nhỏ hoặc 2 đầu, thân nhựa đen	Transistor, diode, ổn áp nhỏ	Khò, hoặc mỏ hàn gom thiếc cả ba chân
DPAK, D2PAK (TO-252, TO-263)	Có tấm tản nhiệt lớn hàn xuống bo	MOSFET, ổn áp trên bo nguồn, bo inverter	Khò gió lớn kèm sấy đáy
SOIC, SOP, TSSOP	Chân cánh chim (gull wing) hai bên, SOIC bước 1,27 mm	IC nguồn, EEPROM 24Cxx, opto, IC driver	Khò hoặc mỏ hàn kéo thiếc
QFP, LQFP	Chân cánh chim bốn cạnh, bước nhỏ	Vi điều khiển bo điều hòa, máy giặt, tủ lạnh inverter	Khò vòi lớn, đều bốn cạnh
QFN, DFN	Không chân, pad ở mép đáy và một pad tản nhiệt lớn giữa bụng	IC nguồn DC-DC, driver, chip Wi-Fi	Chỉ khò (kèm sấy đáy), không tháo bằng mỏ hàn
BGA	Bi thiếc dàn dưới bụng	SoC và RAM trên mainboard tivi, module Wi-Fi	Trạm khò có sấy đáy hoặc máy BGA

Trên bo gia dụng có hai thứ hay làm khó thợ:

• Keo đỏ dưới linh kiện mặt dưới. Bo hàn sóng (wave soldering) thường dán linh kiện mặt dưới bằng keo trước khi qua bể thiếc. Thiếc chảy rồi mà linh kiện vẫn dính chặt. Phải xoay nhẹ bằng nhíp khi thiếc đang chảy cho keo bung ra, không kéo thẳng lên.
• Lớp phủ bảo vệ (conformal coating, 三防漆). Bo máy giặt, dàn nóng điều hòa, bếp từ hay phủ một lớp sơn trong hoặc keo. Lớp này cản nhiệt và cản thiếc thấm ướt. Cạo hoặc dùng dung môi làm sạch quanh vùng hàn trước.

Dụng cụ cần có

• Mỏ hàn có điều nhiệt và hiển thị nhiệt độ. Mũi dao (knife), mũi dẹt (chisel) và mũi nhọn nhỏ. Murata yêu cầu mũi có đường kính tối đa 3 mm khi hàn sửa tụ gốm. Mũi lõm kiểu móng ngựa (hoof, mũi "mã đề") dùng để kéo thiếc chân IC.
• Máy khò có chỉnh riêng nhiệt và lưu lượng gió, kèm bộ vòi: vòi tròn nhỏ cho linh kiện 2 đầu, vòi lớn hoặc vòi vuông bao quanh IC.
• Bàn sấy đáy (preheater) hoặc bàn nhiệt gốm. Với QFN, BGA và bo nhiều lớp, đây gần như bắt buộc.
• Kính lúp đèn hoặc kính hiển vi soi nổi. Murata khuyên dùng kính hiển vi khi làm linh kiện từ 0603 trở xuống, đặt trên tay đòn để chừa chỗ cho máy sấy.
• Nhíp đầu mảnh (Murata khuyên đầu dày dưới 0,1 mm cho bo mật độ cao), nhíp cong, cây nạy mỏng, hút chân không (vacuum pen) cho IC.
• Flux (chất trợ hàn): loại dạng gel cho khò, dạng bút cho hàn sửa. Biết loại flux mình dùng là không cần rửa (no-clean), tan trong nước hay gốc nhựa thông (rosin), vì cách làm sạch khác nhau.
• Bấc hút thiếc (desoldering braid, solder wick) nhiều cỡ bản rộng.
• Thiếc dây đường kính nhỏ. Murata yêu cầu dây tối đa 0,5 mm khi hàn sửa tụ gốm. TI dùng dây không chì 0,2 mm để tráng pad QFN.
• Kem thiếc (solder paste) và lưới in thiếc (stencil) nếu làm QFN, BGA.
• Hợp kim thiếc nhiệt độ thấp dạng Chip Quik để tháo IC nhiều chân khi không có trạm khò tốt.
• Băng keo chịu nhiệt (kapton) hoặc lá nhôm để che linh kiện bên cạnh.
• Cồn IPA, bàn chải lông cứng, tăm bông để làm sạch.
• Dây điện từ (dây êmay) 0,1 mm và keo hoặc mực phủ UV để sửa đường mạch.
• Vòng đeo tay chống tĩnh điện (ESD), thảm chống tĩnh điện, hút khói hàn.
• Đồng hồ vạn năng đo thông mạch và đo chập sau khi hàn.

Nhiệt độ và luồng gió theo khuyến cáo hãng

Các diễn đàn Trung Quốc hay ghi theo "nấc" trên núm vặn của máy khò (ví dụ nhiệt nấc 2 đến 3, gió nấc 1 đến 2 cho linh kiện nhỏ). Con số này không dùng chung được vì mỗi máy một kiểu. Dưới đây là các giới hạn do hãng ghi trong tài liệu. Chúng là trần không được vượt, không phải giá trị phải đặt.

Mỏ hàn

Nguồn	Nội dung
Kester (TDS dây thiếc 331)	Nhiệt mũi hàn thường dùng 315 đến 343°C với Sn63Pb37, 371 đến 400°C với thiếc không chì. Làm nóng cả pad và chân trước rồi mới đưa dây thiếc vào chỗ tiếp giáp, không đưa thiếc thẳng vào mũi hàn
Murata (tụ gốm GRM, mục hàn sửa)	Cỡ 03 đến 31 (0201 đến 1206): mũi hàn tối đa 350°C, sấy trước tối thiểu 150°C, ΔT tối đa 190°C. Cỡ 32, 43, 55 (1210 trở lên): mũi hàn tối đa 280°C, sấy trước tối thiểu 150°C, ΔT tối đa 130°C. Hàn càng nhanh càng tốt, để nguội tự nhiên
Kyocera (tụ gốm)	Sấy tụ và bo từ 150°C trở lên và giữ nhiệt đó trong lúc hàn. Mũi hàn dưới 350°C. Mũi hàn không chạm trực tiếp vào đầu cực tụ. Thiếc không chì làm tăng nguy cơ nứt so với thiếc chì
TDK (FAQ tụ gốm)	Không khuyến khích dùng mỏ hàn cho MLCC; nếu phải dùng thì dùng hai mỏ hàn cho hai đầu. Mỏ hàn và kẹp hàn 200 đến 300°C. Sấy bo một mặt bằng bàn nhiệt 150°C. Có thể bỏ sấy khi dùng kẹp hàn nếu nhiệt dưới 315°C

Mâu thuẫn cần biết. Kester ghi 371 đến 400°C cho thiếc không chì, trong khi Murata giới hạn 350°C với tụ gốm nhỏ, 280°C với tụ từ 1210 trở lên. Kester nói về thiếc, Murata nói về linh kiện. Khi hai con số khác nhau, theo giới hạn của linh kiện. Muốn hàn ở nhiệt thấp mà thiếc vẫn chảy tốt: dùng mũi hàn to hơn để giữ nhiệt, thêm flux, và sấy đáy bo.

Máy khò

Nguồn	Nội dung
Murata (tụ gốm, hàn sửa bằng khò)	Miệng vòi cách linh kiện tối thiểu 5 mm, thổi nghiêng 45°, nhiệt gió ở miệng vòi tối đa 400°C. Thời gian thổi dưới 10 giây với cỡ 1206 trở xuống, dưới 30 giây với cỡ 1210 trở lên
TDK (FAQ tụ gốm)	Khò dạng bút (hot air pencil) 315 đến 400°C. Bo hai mặt sấy bằng gió 150 đến 175°C
TI (SSZT583, mẹo hàn QFN)	Sấy đáy bằng bàn nhiệt gốm khoảng 150°C, đến 200°C với bo từ 8 lớp trở lên. Thân IC không được vượt 260°C
TI (SLVA439, tháo linh kiện dán)	Sấy bo 90°C trong 15 đến 20 phút trước khi tháo. Ví dụ quy trình trên trạm khò: ngâm nhiệt 225°C 90 giây, tăng 335°C 30 giây, chảy thiếc 370°C 65 giây với gió 20 đến 25%. TI ghi rõ đây chỉ là ví dụ, phụ thuộc máy và bo
MPS (AN075, tháo hàn TQFN)	Tăng nhiệt 0,5 đến 2,0°C mỗi giây, ngâm 150 đến 180°C, thời gian trên 230°C khoảng 30 đến 40 giây, đỉnh tối đa 260°C

Nhiệt tối đa thân IC theo J-STD-020

Bảng phân loại nhiệt đỉnh thân linh kiện (peak body temperature) của IPC/JEDEC J-STD-020, trích lại theo tài liệu TI SNOA549. Thể tích vỏ không tính chân, bi.

Linh kiện không chì:

Độ dày vỏ	Thể tích dưới 350 mm³	350 đến 2000 mm³	Trên 2000 mm³
Dưới 1,6 mm	260°C	260°C	260°C
1,6 đến 2,5 mm	260°C	250°C	245°C
Trên 2,5 mm	250°C	245°C	245°C

Linh kiện có chì (SnPb):

Độ dày vỏ	Thể tích dưới 350 mm³	Từ 350 mm³
Dưới 2,5 mm	235°C	220°C
Từ 2,5 mm	220°C	220°C

Thời gian trong khoảng 5°C dưới đỉnh tối đa 30 giây (không chì) và 20 giây (có chì). TI nhắc linh kiện không được vượt nhiệt đỉnh ghi trên nhãn MSL của hộp. Nghĩa là: IC càng to, càng dày thì mức nhiệt đỉnh cho phép càng thấp, và khò lâu ở một chỗ là cách nhanh nhất để vượt giới hạn này.

Đặt máy thực tế ra sao

Không có nguồn hãng nào cho một con số "đặt máy khò bao nhiêu độ" dùng được cho mọi máy. Cách làm an toàn:

1. Bắt đầu từ nhiệt và gió thấp, tăng dần cho tới khi thiếc chảy trong khoảng thời gian hãng cho phép (ví dụ dưới 10 giây với tụ 1206).
2. Đo thử nhiệt thực bằng cặp nhiệt điện (thermocouple) loại K dán lên bo phế, nếu có. Murata và TI đều đo nhiệt bằng cặp nhiệt điện khi xây quy trình.
3. Ghi lại nấc nhiệt, nấc gió, vòi và khoảng cách cho từng loại bo của mình.
4. Bo nhiều lớp, bo có mặt đồng lớn (bo nguồn, bo inverter) cần sấy đáy thay vì tăng nhiệt gió.

Các bước tháo và hàn theo từng kiểu chân

Bước chuẩn bị chung

1. Rút điện, xả tụ lọc lớn trên bo nguồn (xem phần an toàn).
2. Chụp ảnh vùng sẽ làm, đánh dấu chân số 1 và chiều linh kiện (vạch trên diode, chấm tròn trên IC).
3. Tháo pin dự phòng, pin cúc áo, màn LCD, đầu cắm nhựa gần đó nếu tháo được. Bài tổng hợp trên 搜狐 về sửa bo điện thoại nhắc pin dự phòng gặp khò có thể nổ.
4. Che linh kiện nhựa, tụ hóa, đầu cắm bên cạnh bằng băng keo chịu nhiệt hoặc lá nhôm.
5. Làm sạch keo phủ, bụi bẩn quanh mối hàn. Mối hàn đã ôxy hóa đen thì cạo nhẹ, chấm flux, tráng lại thiếc trước.
6. Bo có hơi ẩm (bo dàn nóng, máy giặt để lâu) nên sấy khô trước. TI ghi điều kiện sấy chung cho linh kiện dán là 8 đến 24 giờ ở 105 đến 125°C theo J-STD-033. Ở tiệm sửa, mức này khó áp dụng nguyên văn vì bo có linh kiện nhựa, tụ hóa không chịu được 125°C; ít nhất hãy sấy nhẹ bằng bàn sấy trước khi khò IC.

Chip 2 đầu: điện trở, tụ 0603, 0805, 1206

Tháo bằng khò:

1. Chấm một ít flux lên hai đầu.
2. Gắn vòi tròn nhỏ, gió thấp vừa đủ để không thổi bay linh kiện bên cạnh.
3. Sấy vùng xung quanh trước vài giây bằng cách lượn vòng, sau đó đưa vòi lại gần (Murata: không gần hơn 5 mm với tụ gốm).
4. Kẹp nhíp hờ ở hai cạnh bên. Khi cả hai đầu thiếc sáng bóng và linh kiện "trôi" nhẹ thì nhấc lên, không giật khi còn một đầu chưa chảy.

Tháo bằng mỏ hàn: dùng mũi dao áp lên cả hai đầu cùng lúc (với 0603, 0805), hoặc dùng kẹp hàn hai mũi. TDK khuyên hai mỏ hàn cho hai đầu nếu phải dùng mỏ hàn với tụ gốm. Bài tổng hợp trên 博客园 cũng khuyên tụ không chịu nhiệt (tụ màng, tụ polyester) thì dùng hai mỏ hàn, không khò.

Hàn lại:

1. Làm phẳng pad bằng bấc hút thiếc, để lại lớp thiếc mỏng đều.
2. Tráng một chút thiếc lên một pad.
3. Kẹp linh kiện bằng nhíp, đặt đúng vị trí, chạm mỏ hàn vào pad đã tráng cho thiếc chảy, linh kiện nằm xuống. Bỏ nhíp khi thiếc đông.
4. Hàn đầu thứ hai: chạm mỏ hàn vào chỗ tiếp giáp pad và đầu cực, đưa dây thiếc vào chỗ tiếp giáp. Không ấn đầu thứ hai xuống, vì đầu thứ nhất đã cứng và sẽ làm nứt tụ hoặc bong mối.
5. Quay lại sửa đầu thứ nhất nếu cần thêm thiếc.

Lượng thiếc vừa đủ: Murata yêu cầu thiếc bò lên mặt đầu cực của tụ, mặt mối hàn hơi lõm. Thiếc quá nhiều làm tăng nguy cơ nứt khi bo bị uốn, quá ít thì tụ dễ bong khỏi bo.

Tụ gốm tháo ra không dùng lại. Nó đã chịu thêm một lần sốc nhiệt và có thể có vết nứt ẩn. Thay tụ mới cùng điện dung, điện áp, chất điện môi (X7R, C0G...) và cỡ.

SOT-23 và diode dán

1. Chấm flux. Khò đều cả ba chân, hoặc dùng mỏ hàn mũi to gom một giọt thiếc phủ cả ba chân rồi nhấc ra.
2. Khi hàn, theo kinh nghiệm trên 博客园: hàn một chân để định vị, kiểm tra thẳng hàng rồi hàn các chân còn lại.
3. Ghi nhớ mã in trên thân (ví dụ mã 2 đến 3 ký tự) để mua đúng linh kiện, vì SOT-23 cùng hình dạng có thể là transistor NPN, PNP, MOSFET hoặc ổn áp.

DPAK, D2PAK (MOSFET, ổn áp có tấm tản nhiệt)

1. Tấm tản nhiệt hàn xuống mặt đồng lớn, hút nhiệt rất mạnh. Sấy đáy bo hoặc khò mặt dưới tại vị trí tấm tản nhiệt.
2. Cắt chân nhỏ sát thân (nếu linh kiện đã hỏng chắc chắn) để chỉ còn phải làm chảy tấm tản nhiệt, rồi gỡ từng chân bằng mỏ hàn. Cách này giảm thời gian khò.
3. Hàn mới: tráng thiếc mặt đồng, đặt linh kiện, khò tấm tản nhiệt cho đến khi thiếc tràn quanh mép, rồi hàn các chân bằng mỏ hàn.

SOIC, SOP và QFP (chân cánh chim)

Tháo bằng khò (cách phổ biến):

1. Phết flux dọc các hàng chân. Bài trên 搜狐 nhấn mạnh flux giúp tránh "khò khô" và giúp mối hàn chảy đều.
2. Chọn vòi lớn hoặc vòi vuông vừa thân IC, sấy đáy nếu có.
3. Lượn vòng đều quanh cả bốn cạnh, không dừng ở một góc. Wikipedia và các diễn đàn cùng cảnh báo: nung một góc rồi nạy lên là cách dễ kéo bong đường mạch ở những chân chưa đủ nóng.
4. Thử bằng nhíp chạm cạnh IC: khi IC trượt nhẹ cả khối, nhấc thẳng lên bằng nhíp hoặc bút hút chân không. Không nạy khi còn cảm giác dính.
5. Theo 博客园, IC hai hàng chân (TSOP) có thể làm từng cạnh: kẹp nhíp nhấc nhẹ một cạnh, khò dọc hàng chân đó cho tách ra, rồi làm cạnh còn lại.

Tháo khi không có khò tốt: phủ hợp kim nhiệt độ thấp (kiểu Chip Quik) quanh toàn bộ chân bằng mỏ hàn. Hợp kim này trộn với thiếc cũ thành hỗn hợp chảy ở nhiệt thấp và lâu đông, cho đủ thời gian nhấc IC. Sau đó phải làm sạch thật kỹ pad bằng bấc hút thiếc, vì sót hợp kim này làm mối hàn mới yếu.

Hàn lại bằng mỏ hàn kéo thiếc (drag soldering):

1. Làm sạch và làm phẳng pad bằng bấc hút thiếc và flux. Kiểm tra chân IC thẳng, đều. Chân cong thì nắn bằng lưỡi dao mỏng.
2. Đặt IC đúng chiều chân số 1, căn chân trùng pad dưới kính lúp.
3. Hàn chết hai chân ở hai góc chéo nhau. Kiểm tra lại cả bốn cạnh, lệch thì làm lại ngay lúc này.
4. Phết flux dày dọc một hàng chân. Dùng mũi móng ngựa có một giọt thiếc, kéo chậm dọc hàng chân theo hướng chân chìa ra. Giọt thiếc sẽ bám vào từng chân nhờ sức căng bề mặt.
5. Nếu có cầu thiếc giữa hai chân: thêm flux, kéo lại bằng mũi sạch, hoặc đặt bấc hút thiếc có flux lên chỗ dính và áp mỏ hàn.
6. Làm sạch flux, soi từng chân dưới kính lúp, dùng kim gẩy nhẹ từng chân để phát hiện chân hở.

Tài liệu trên 博客园 còn một mẹo: khi thêm thiếc cho mối hàn nhỏ, lấy thiếc lên mũi hàn rồi chạm vào mối hàn, không đặt dây thiếc lên mối hàn rồi nung, vì dễ ra quá nhiều thiếc và dính chân. Mẹo này khác cách Kester khuyên cho mối hàn thường (đưa dây thiếc vào chỗ tiếp giáp, không vào mũi hàn). Với chân IC bước nhỏ, kinh nghiệm thực tế là dùng flux và lượng thiếc rất nhỏ trên mũi; với mối hàn to hơn, theo cách của Kester.

QFN, DFN (không chân)

QFN có pad tản nhiệt lớn dưới bụng, thường nối mass và nối xuống lớp đồng bên trong qua nhiều lỗ. Không thể làm chảy pad này bằng mỏ hàn từ bên ngoài.

Tháo:

1. Phết flux quanh IC. Sấy đáy bo (TI: khoảng 150°C).
2. Khò từ trên, vòi vừa thân IC, lượn đều. Pad giữa chảy chậm nhất.
3. Nhấc lên khi IC trôi được. MPS cảnh báo nếu nhấc lúc thiếc chưa chảy hết sẽ bong pad, còn nung quá lâu thì hỏng cấu trúc bên trong IC và linh kiện xung quanh.

Làm sạch chỗ hàn (site redress): dùng mỏ hàn và bấc hút thiếc để lại lớp thiếc mỏng, phẳng. MPS lưu ý chọn bản bấc và mũi hàn vừa cỡ, quá to dễ làm rách lớp phủ xanh và giật bong pad. Rửa pad bằng dung môi.

Hàn mới:

1. Tráng lớp thiếc mỏng lên các pad, gồm cả pad tản nhiệt. Pad giữa đừng tráng dày, thiếc nhiều sẽ nâng IC lên và các chân mép bị hở.
2. Phết flux, đặt IC đúng chiều.
3. Sấy đáy, khò từ trên. Khi thiếc chảy, IC sẽ tự căn vào giữa nhờ sức căng bề mặt (TI mô tả hiện tượng này). Có thể chạm nhẹ cạnh IC để kiểm tra nó "nổi", không đè mạnh.
4. Tắt khò, để nguội tự nhiên, không thổi gió lạnh.

Bài tổng hợp trên 博客园 nhắc riêng loại IC công suất có pad lớn dưới bụng: phải khò cho pad bụng hàn ngấu rồi mới xử lý chân xung quanh, nếu không IC sẽ nóng và chạy bất thường vì không tản nhiệt được.

BGA (giới thiệu)

Trên đồ gia dụng, BGA chủ yếu gặp ở mainboard tivi (SoC, RAM) và module Wi-Fi. Làm BGA cần trạm khò có sấy đáy, lưới làm bi (stencil, 植锡板), kem thiếc hoặc bi thiếc đúng cỡ. Quy trình tóm tắt:

1. Đánh dấu vị trí và chiều IC trên bo nếu không có vạch in sẵn.
2. Nếu có keo chèn dưới bụng (underfill), phải xử lý keo trước. 博客园 cảnh báo loại keo cứng nhiệt rắn nở ra khi nóng có thể giật bong pad trước cả khi thiếc chảy.
3. Sấy đáy và khò đều cho tới khi toàn bộ bi chảy, nhấc thẳng lên. Nhấc sớm sẽ làm tróc lớp mạ hoặc bong pad.
4. Làm phẳng pad trên bo và trên IC bằng bấc hút thiếc, rửa sạch.
5. Làm bi lại (reballing) bằng lưới và kem thiếc, khò cho kem thành bi đều.
6. Phết flux rất mỏng, đặt IC theo dấu, khò đều. IC sẽ tự căn khi bi chảy. Không đè IC, vì đè sẽ làm các bi dính vào nhau.

Việc "hấp" lại BGA (chỉ khò nóng cho bi chảy lại mà không làm bi mới) được nhiều thợ dùng cho mainboard tivi lỗi chập chờn. Nó không thay được bi đã nứt hay pad đã ôxy hóa, nên chỉ coi là cách thử để khoanh vùng, không phải sửa dứt điểm.

Lỗi hay gặp khi hàn linh kiện dán

Lỗi	Biểu hiện	Nguyên nhân chính	Cách xử lý
Cầu thiếc (solder bridge)	Hai chân IC dính thiếc với nhau, đo chập	Thừa thiếc, thiếu flux, mũi hàn bẩn	Thêm flux, kéo lại bằng mũi sạch hoặc hút bằng bấc
Hàn nguội, hàn giả (cold joint)	Mối hàn xám, sần, có vệt nứt vòng quanh chân; chạy chập chờn	Pad hoặc chân không đủ nóng, rung khi thiếc đang đông, mối hàn bẩn	Thêm flux, hàn lại cho thiếc thấm ướt cả pad và chân
Thiếc không bám (non-wetting)	Thiếc vón thành giọt tròn trên pad	Pad ôxy hóa, flux đã cháy hết do nung lâu	Làm sạch, cạo nhẹ, flux mới, tráng lại
Bia mộ (tombstoning)	Chip 2 đầu dựng đứng một đầu	Hai đầu chảy không đều, thiếc hai pad lệch nhau	Làm phẳng pad, khò đều hai đầu hoặc hàn từng đầu bằng mỏ hàn
Bong pad, đứt đường mạch	Pad nhấc lên theo linh kiện hoặc theo bấc	Nhấc khi thiếc chưa chảy hết, nung quá lâu, kéo bấc khi đang dính	Sửa theo mục dưới. Phòng ngừa: chờ thiếc chảy hết, nhấc bấc cùng lúc với mỏ hàn
Nứt tụ gốm do sốc nhiệt	Tụ trông nguyên nhưng rò, chập hoặc mất điện dung; có khi nóng và cháy sau vài ngày	Mũi hàn quá nóng, không sấy, làm nguội nhanh, ấn mạnh đầu thứ hai	Thay tụ mới, hàn theo giới hạn Murata/Kyocera
IC phồng, nứt vỏ	Vỏ IC có bọt, nứt; IC hỏng sau khi hàn	Quá nhiệt đỉnh J-STD-020, hơi ẩm trong vỏ	Không khò lâu một chỗ, sấy khô trước, dùng sấy đáy
Bo phồng, trắng loang (measling)	Đốm trắng hoặc phồng dưới lớp phủ xanh quanh chỗ khò	Quá nhiệt cục bộ, bo ngậm ẩm	TI khuyên sấy bo 90°C trước. Bo đã phồng thì kiểm tra thông mạch các đường đi qua đó
Linh kiện bên cạnh bị xê dịch, chảy nhựa	Tụ, điện trở cạnh bị thổi lệch; đầu cắm, tụ hóa biến dạng	Gió quá mạnh, vòi quá to, không che chắn	Gió nhỏ hơn, che chắn, dùng vòi đúng cỡ
Cặn flux gây rò	Bo chạy sai sau khi sửa, nhất là mạch cảm biến trở kháng cao	Cặn flux, nhất là flux hoạt tính hoặc flux tan trong nước không rửa	Rửa bằng IPA hoặc theo hướng dẫn của flux

Sửa pad và đường mạch bị bong

Hai bài kỹ thuật trên 博客园 (một bài tổng hợp kỹ thuật hàn linh kiện dán và một bài riêng về bong pad) thống nhất ở mấy điểm: pad bong thường do nung quá lâu hoặc hàn đi hàn lại nhiều lần làm lá đồng giãn nở liên tục; pad đã bong gần như không phục hồi như cũ được; phải tìm xem pad nối đi đâu rồi nối lại bằng dây (飞线, dây nhảy).

1. Đánh giá. Pad còn dính một phần hay bong hẳn, đường mạch có rách không. Pad nhấc lên nhưng chưa đứt khỏi đường mạch thì có thể giữ lại.
2. Tìm đích nối. Dùng đồng hồ đo thông mạch từ pad bong đến chân linh kiện khác, lỗ xuyên (via) gần nhất. Bo nhiều lớp mà pad nối xuống lớp trong thì 博客园 hướng dẫn dùng kim nhỏ cạy lộ phần đồng bên dưới.
3. Cạo lớp phủ xanh (solder mask). Cạo nhẹ trên đường mạch gần nhất để lộ đồng, dừng ngay khi thấy cứng tay để không cạo rách đồng. Chấm flux, tráng thiếc.
4. Nối dây. Dùng dây êmay mảnh (博客园 nêu 0,1 mm cho dây nhảy, 0,06 đến 0,09 mm cho pad chân IC nhỏ). Tráng thiếc hai đầu dây, hàn một đầu lên đường mạch đã cạo, đầu kia lên chân linh kiện mới. Dây càng ngắn càng tốt, đi sát bo, tránh vùng tần số cao.
5. Cố định. Phủ mực phủ UV (UV solder mask) hoặc keo, chiếu đèn UV cho khô cứng, để dây không rung đứt và không chạm chập. Linh kiện có lực kéo (đầu cắm) cần thêm keo giữ thân.
6. Pad bị mất ở dưới IC. Nếu đường mạch đi ra ngoài thân IC, nối dây từ chân IC ra đó. Nếu đường mạch nằm dưới bụng IC, 博客园 gợi ý hàn trước một sợi dây vào đường mạch dưới bụng, luồn ra khe giữa các chân hoặc ra góc IC rồi mới hàn IC.
7. Chân không dùng. Trong một trao đổi trên diễn đàn TI E2E China, kỹ sư TI trả lời rằng pad của cổng chỉ dùng để nạp lại firmware bị mất thì không ảnh hưởng hoạt động. Chân không kết nối (NC) cũng vậy. Tra datasheet IC trước khi mất công nối.

IPC-7721 là tiêu chuẩn mô tả các phương pháp sửa pad và đường mạch (dán pad thay thế, nối đường mạch), còn IPC-7711 mô tả quy trình tháo và hàn lại linh kiện. Hai tài liệu này là chuẩn tham chiếu cho xưởng sửa chữa chuyên nghiệp; thợ gia dụng có thể học theo tinh thần của chúng: sạch, đủ nhiệt, có cố định cơ khí.

Kiểm tra sau hàn

1. Soi bằng kính lúp hoặc kính hiển vi. Mối hàn tốt bóng (thiếc không chì hơi mờ hơn thiếc chì là bình thường), thấm ướt đều cả pad và chân, mép mối hàn hơi lõm và vuốt nhẹ lên chân.
2. Gẩy nhẹ từng chân IC bằng kim để phát hiện chân hở (博客园).
3. Đo chập giữa các chân kề nhau, nhất là chân nguồn và mass của IC.
4. Đo thông từ chân IC tới linh kiện ngoài để chắc đường mạch còn liền.
5. Kiểm tra linh kiện xung quanh xem có bị thổi lệch hay chảy nhựa.
6. Rửa flux và để khô hoàn toàn trước khi cấp điện, nhất là bo dùng điện lưới.
7. Cấp điện thử có bảo vệ. Bo nguồn cấp qua bóng đèn nối tiếp; bo điều khiển cấp từ nguồn một chiều có giới hạn dòng.

Kiểm tra	Bình thường	Có vấn đề
Hình dạng mối hàn	Bóng hoặc mờ đều, hơi lõm, thấm cả pad và chân	Sần xám, vón tròn, có vệt nứt quanh chân
Giữa hai chân IC kề nhau	Không có thiếc nối; đo không chập (trừ khi hai chân nối chung trong mạch)	Có cầu thiếc; đo gần 0 Ω
Chân IC khi gẩy bằng kim	Không nhúc nhích	Chân bật lên, có khe sáng dưới chân
Tụ gốm vừa thay	Không có vết nứt, đo không chập, không rò	Đo có điện trở thấp, nóng lên khi cấp điện
QFN, BGA	IC nằm phẳng, khe hở đều bốn cạnh	Một cạnh nhô lên, IC nghiêng
Vùng bo đã khò	Lớp phủ xanh nguyên màu	Phồng, trắng loang, cháy nâu

Hiện tượng hỏng sau khi sửa trên thiết bị thực tế

Bảng dưới tổng hợp từ kinh nghiệm sửa bo, không trích từ tài liệu của một hãng cụ thể. Dùng để định hướng chỗ cần soi lại, không thay cho sơ đồ mạch của máy.

Thiết bị	Hiện tượng	Nguyên nhân hay gặp	Cách kiểm tra
Bo dàn lạnh điều hòa	Thay vi điều khiển QFP xong máy không nhận remote, không chạy	Cầu thiếc giữa hai chân, chân hở, chưa nạp chương trình cho chip mới, sai chiều chân 1	Soi chân dưới kính, đo chập chân nguồn với mass, kiểm tra dao động thạch anh; hỏi nơi bán chip đã có chương trình chưa
Bo dàn nóng điều hòa inverter	Báo lỗi cảm biến hoặc giao tiếp sau khi thay linh kiện	Cặn flux gây rò ở mạch cảm biến, mối hàn lạnh trên opto, pad bong ở chân đầu cắm	Rửa flux, đo lại điện trở mạch cảm biến, gẩy chân
Bo máy giặt	Thay triac, opto dán xong thỉnh thoảng không cấp nước, không xả	Mối hàn nguội do lớp phủ bảo vệ chưa làm sạch, keo đỏ làm linh kiện không nằm sát pad	Cạo sạch lớp phủ, hàn lại có flux, đo thông chân
Bếp từ	Thay IC điều khiển hoặc MOSFET nguồn phụ xong bếp không lên	Quá nhiệt làm hỏng IC mới, pad tản nhiệt DPAK không ăn thiếc	Kiểm tra nhiệt độ linh kiện khi chạy thử, khò lại tấm tản nhiệt có sấy đáy
Nguồn tivi	Thay tụ gốm, MOSFET dán xong nguồn chạy vài ngày rồi chập	Tụ gốm nứt do sốc nhiệt khi hàn, hoặc tụ cũ tháo ra lắp lại	Đo rò tụ gốm, thay tụ mới, hàn có sấy
Mainboard tivi	Sau khi hấp hoặc làm lại BGA, máy lên hình rồi lại treo	Bi chưa chảy hết, bi dính nhau, IC nghiêng, RAM quá nhiệt	Kiểm tra độ phẳng IC, đo chập nguồn RAM, SoC; cân nhắc làm bi lại
Bo tủ lạnh inverter	Lỗi chập chờn ở đầu cắm cảm biến sau khi hàn	Pad đầu cắm bong một phần, đầu cắm nhựa bị chảy khi khò	Đo thông từ chân đầu cắm vào mạch, thay đầu cắm, nối dây và cố định keo

Chọn linh kiện thay thế và lưu ý khi hàn

• Đúng cỡ chân. Cùng giá trị nhưng khác cỡ (0603 thay 0805) có thể hàn được nhưng mối hàn lệch, dễ bia mộ. IC phải cùng kiểu vỏ và cùng bước chân.
• Tụ gốm: khớp điện dung, điện áp, chất điện môi (X7R không thay bằng Y5V), cỡ. Chi tiết đọc mã và cách đo xem bài cách kiểm tra tụ điện hỏng.
• Transistor, MOSFET dán: cùng sơ đồ chân, cùng loại kênh, cùng hoặc cao hơn thông số điện áp, dòng. Xem bài cách kiểm tra MOSFET và IGBT.
• Vi điều khiển: chip mới mua về thường trống, phải nạp chương trình của hãng. Nếu không có file, giữ chip cũ khi nó chưa hỏng chắc chắn.
• Linh kiện tháo từ bo khác: TI khuyến cáo không dùng lại linh kiện sau khi tháo, và chỉ nên thay một lần tại cùng vị trí. Với tụ gốm điều này càng đúng.
• Thiếc: bo không chì sửa bằng thiếc không chì là đúng nhất. Nhiều thợ thêm thiếc chì để mối hàn chảy ở nhiệt thấp hơn khi tháo; cách này làm mối hàn thành hợp kim pha, nên làm sạch bằng bấc hút thiếc trước khi hàn linh kiện mới.
• Flux: dùng loại phù hợp và rửa theo hướng dẫn. Kester ghi rõ dòng flux 331 là loại tan trong nước, rửa bằng nước nóng.
• Bảo quản IC chưa dùng: linh kiện nhạy ẩm để trong túi chống ẩm. Linh kiện để ngoài lâu cần sấy trước khi hàn (J-STD-033).

An toàn

• Rút điện và xả tụ trước khi hàn. Tụ lọc sau cầu diode trên bo nguồn, bo inverter, bếp từ có thể còn khoảng 311 V một chiều. Xả bằng điện trở có tay cầm cách điện, đo lại trước khi chạm.
• Không hàn bo đang cấp điện, kể cả bo chỉ có điện áp thấp. Mũi hàn, nhíp chạm chập hai chân là đủ làm hỏng IC.
• Pin, tụ hóa, đầu cắm nhựa: tháo hoặc che chắn khi khò. Pin cúc áo và pin dự phòng có thể nổ khi bị nung.
• Cháy: không để cồn, xăng thơm, dung môi gần miệng vòi khò. Tắt khò đúng cách để quạt thổi nguội đầu khò trước khi rút điện.
• Khói hàn và chì: dùng hút khói, làm ở nơi thoáng. Rửa tay sau khi làm với thiếc chì, không ăn uống tại bàn hàn.
• Tĩnh điện: đeo vòng chống tĩnh điện, nối đất mỏ hàn và thảm, đặc biệt khi làm IC CMOS, MOSFET.
• Bỏng: bo và linh kiện vừa khò còn rất nóng; nhíp kim loại dẫn nhiệt nhanh.
• Cấp điện lần đầu sau sửa: cấp qua bóng đèn nối tiếp hoặc nguồn có giới hạn dòng, đeo kính, đứng lệch khỏi tụ lớn.

Câu hỏi thường gặp

Mỏ hàn đặt bao nhiêu độ cho linh kiện dán?

Không có một con số chung. Kester ghi nhiệt mũi hàn thường dùng 315 đến 343°C với thiếc chì Sn63Pb37 và 371 đến 400°C với thiếc không chì. Nhưng với tụ gốm, Murata giới hạn mũi hàn 350°C (cỡ đến 1206) và 280°C (cỡ 1210 trở lên), kèm sấy bo từ 150°C. Khi hai mức khác nhau, theo giới hạn của linh kiện, dùng mũi to hơn và flux để bù nhiệt.

Máy khò đặt bao nhiêu độ, gió bao nhiêu?

Hãng chỉ cho giới hạn trên. Murata: gió ở miệng vòi tối đa 400°C, cách tụ tối thiểu 5 mm, thổi nghiêng 45°, dưới 10 giây với tụ 1206 trở xuống. TDK: khò dạng bút 315 đến 400°C. Thân IC không vượt nhiệt đỉnh J-STD-020 (260°C với hầu hết IC không chì mỏng). Nấc gió phụ thuộc máy: chỉnh nhỏ nhất mà thiếc vẫn chảy trong thời gian cho phép, không làm linh kiện bên cạnh xê dịch.

Tụ gốm tháo ra còn tốt có lắp lại được không?

Không nên. Tụ vừa chịu sốc nhiệt khi tháo có thể có vết nứt bên trong mà không nhìn thấy. TI cũng khuyến cáo không dùng lại linh kiện đã tháo. Một tụ mới rẻ hơn nhiều so với một lần bo nguồn chập vì tụ nứt.

Không có máy khò có tháo được IC chân cánh chim không?

Được, bằng hợp kim thiếc nhiệt độ thấp kiểu Chip Quik: phủ quanh toàn bộ chân bằng mỏ hàn, hỗn hợp lâu đông nên có thời gian nhấc IC. Cũng có cách luồn dây đồng mảnh dưới hàng chân rồi kéo ra trong lúc nung từng chân, nhưng chỉ dùng khi IC đã hỏng vì chân dễ cong. Sau đó phải làm sạch pad thật kỹ. QFN và BGA thì không làm được bằng mỏ hàn.

Vì sao QFN hàn xong chân ngoài đẹp mà mạch vẫn không chạy?

Thường do pad tản nhiệt dưới bụng không ăn thiếc hoặc tráng quá dày làm IC bị nâng lên, các chân mép bị hở. Một số IC dùng pad bụng làm chân mass nên thiếu mối hàn này là IC không chạy hoặc quá nhiệt. Tháo ra, làm phẳng pad, tráng mỏng và khò lại có sấy đáy.

Có nên trộn thiếc chì vào bo không chì?

Nhiều thợ thêm thiếc chì để mối hàn không chì chảy ở nhiệt thấp hơn khi tháo, nhờ đó giảm nhiệt lên bo và linh kiện. Nhược điểm là mối hàn trở thành hợp kim pha, không còn đúng thông số của cả hai loại. Nếu làm vậy, hút sạch thiếc cũ bằng bấc trước khi hàn linh kiện mới.

Pad bị bong có phải thay cả bo không?

Không. Phần lớn trường hợp chỉ cần tìm điểm nối khác (chân linh kiện, lỗ xuyên, đường mạch), cạo lớp phủ, nối dây êmay mảnh và phủ keo UV cố định. Chỉ khi đứt nhiều đường mạch ở lớp trong của bo nhiều lớp, hoặc vùng bo đã cháy than hóa, mới tính đến thay bo.

Flux không cần rửa (no-clean) có cần lau đi không?

Loại tan trong nước (như Kester 331) thì phải rửa. Loại no-clean dùng đúng lượng có thể để lại, nhưng khi sửa tay thợ thường dùng nhiều hơn mức sản xuất. Ở mạch cảm biến, mạch trở kháng cao hoặc bo đặt nơi ẩm (dàn nóng, máy giặt), nên lau sạch bằng IPA để tránh rò và bám bụi.

Đặt thợ sửa bo mạch trên Thuê Thợ 365

Thay một con tụ 0603 hay một IC QFP chỉ mất vài phút với người có máy khò, kính hiển vi, bàn sấy và đã quen tay. Thiếu những thứ đó, một lần tháo vội có thể làm bong pad, nứt tụ hoặc hỏng luôn vi điều khiển có chương trình riêng của hãng. Nếu bo điều hòa, máy giặt, bếp từ hay nguồn tivi của bạn cần thay linh kiện dán, hãy đặt thợ sửa chữa có kinh nghiệm sửa bo mạch gần bạn, hoặc đăng việc nhận báo giá để so sánh trước khi quyết định.

Đọc thêm trong loạt bài sửa linh kiện: cách kiểm tra tụ điện hỏng, quy trình đo kiểm sửa nguồn xung SMPS, và các bài khác ở chuyên mục kiến thức cho thợ.