BGA là loại linh kiện mà toàn bộ mối hàn nằm dưới thân, không thể nhìn thấy bằng mắt và cũng không thể kiểm tra bằng đầu dò. Vì vậy mọi đánh giá về BGA đều phải đi qua hai cửa: X-ray để khoanh vùng, và cross section để xác nhận cấu trúc.
Bài viết này hướng dẫn chọn hàng bi để cắt, đọc mặt cắt bi BGA, đo void đúng cách, nhận diện head-in-pillow và những giới hạn phải nêu khi kết luận.
1. Vì sao BGA khó đánh giá hơn mối hàn thường?
- Không nhìn thấy: mối hàn nằm hoàn toàn dưới thân linh kiện.
- Không kiểm tra được từng mối: số lượng bi lớn, không thể dò từng điểm.
- Khuyết tật hay nằm ở mặt phân cách: chỗ khó quan sát nhất lại là nơi lỗi thường xảy ra.
- Sửa chữa tốn kém: tháo và hàn lại BGA là công đoạn rủi ro cao, dễ làm hỏng cả bo mạch.
2. Chọn hàng bi để cắt
| Vị trí cắt | Mục đích | Lưu ý |
|---|---|---|
| Hàng bi ngoài cùng (rìa package) | Đánh giá mối hàn ở vùng chịu ứng suất uốn lớn nhất | Thường là nơi xuất hiện lỗi sớm nhất |
| Hàng bi dưới tâm package | Đánh giá vùng chịu nhiệt và chịu lực nén | Vùng này hay có void tập trung |
| Hàng bi gần vùng mật độ cao | Kiểm tra ảnh hưởng của lân cận và quá trình dàn nhiệt | Dễ bị ảnh hưởng bởi linh kiện xung quanh |
| Hàng bi có điện trở cao (nếu biết) | Xác nhận lỗi cụ thể | Đối chiếu với dữ liệu đo điện |
Cách làm hiệu quả: cắt vuông góc với hàng bi để mặt phẳng cắt đi qua tâm nhiều bi nhất. Cắt xiên làm ảnh méo và mọi con số đo được đều không còn đại diện cho đường kính thật của bi.
3. Bốn đặc điểm đọc trên mặt cắt bi BGA
| Đặc điểm | Dấu hiệu bình thường | Dấu hiệu cần lưu ý |
|---|---|---|
| Hình dạng bi sau hàn | Dẹt đều hai đầu, thân phình đối xứng | Bi bị kéo lệch, dẹt không đều, thân méo |
| Liên kết với pad và với package | Không có khoảng hở ở cả hai đầu | Khe hở, ranh giới rõ rệt, dấu hiệu không thấm ướt |
| Void bên trong bi | Void nhỏ, phân bố rải rác | Void lớn một bên hoặc cụm void ở vùng chịu lực |
| Ranh giới giữa bi và kem hàn | Chuyển tiếp liền mạch | Ranh giới rõ như hai vật liệu tách rời — dấu hiệu head-in-pillow |
4. Đo void trong bi BGA
Có ba thông số cần ghi, thay vì chỉ một:
- Tỷ lệ diện tích void trên tổng diện tích mặt cắt của bi.
- Kích thước void lớn nhất — quyết định mức tập trung ứng suất.
- Vị trí void — nằm ở vùng tiếp giáp pad, ở giữa bi hay ở phía package.
| Phương pháp | Cho biết gì | Không cho biết gì |
|---|---|---|
| X-ray | Tỷ lệ void trên hình chiếu của toàn bộ bi, kiểm tra được nhiều bi | Vị trí void theo chiều sâu; tình trạng liên kết ở mặt phân cách |
| Cross section | Vị trí void theo chiều sâu, tình trạng liên kết, hình dạng bi | Tỷ lệ void của toàn bộ hàng bi, chỉ áp dụng cho bi đã cắt |
Vì hai phương pháp cho hai loại thông tin khác nhau, tỷ lệ void báo bằng X-ray và tỷ lệ void báo bằng mặt cắt sẽ không trùng khớp — điều này không có nghĩa là một trong hai sai.
5. Head-in-pillow: dấu hiệu nhận biết
Head-in-pillow là tình trạng bi hàn đã nóng chảy nhưng kem hàn trên pad không nóng chảy hoàn toàn, khiến hai phần tiếp xúc cơ học mà không hình thành liên kết kim loại. Trên mặt cắt, đặc điểm nhận biết gồm:
- Ranh giới rõ rệt giữa phần bi và phần kem hàn, gần như hai khối riêng biệt.
- Bề mặt tiếp xúc cong đều theo hình dạng ban đầu của bi, không bị dẹt theo pad.
- Không thấy dải liên kim ở mặt phân cách.
- Có thể có khe hở vi mô giữa hai phần.
Các yếu tố thường liên quan tới head-in-pillow: biến dạng nhiệt của package hoặc bo mạch làm mối hàn tách ra trong lúc nóng chảy, kem hàn bị oxy hoá, hoặc profile nhiệt không đủ để cả hai phần cùng đạt trạng thái nóng chảy ở cùng thời điểm.
6. Bốn lỗi khác thường gặp trên mặt cắt BGA
- Bi bị dẹt lệch một phía: gợi ý lực nén không đều hoặc pad bị lệch.
- Cầu thiếc giữa hai bi lân cận: xác nhận cầu thiếc mà X-ray chỉ gợi ý.
- Thiếu liên kết phía package: dấu hiệu vấn đề ở pad trên package hoặc lớp phủ của package.
- Nứt ở cổ bi: thường liên quan tới ứng suất cơ học sau hàn.
7. Quy trình năm bước khi có khiếu nại về BGA
- Thu thập dữ liệu X-ray của lô và của mẫu bị lỗi để khoanh vùng vị trí nghi vấn.
- Đối chiếu dữ liệu điện nếu có: lỗi ở chân nào, bo mạch nào.
- Chọn vị trí cắt theo vị trí nghi vấn, kèm một hàng bi đối chứng đạt.
- Cắt và đọc mặt cắt theo bốn đặc điểm ở mục 3.
- Kết luận tách theo từng khả năng: void, head-in-pillow, cầu thiếc, hay lỗi cơ học — không gộp chung thành “lỗi mối hàn”.
8. Câu hỏi thường gặp
X-ray đã thấy void lớn, có cần cắt nữa không?
Nên cắt nếu void nằm ở vùng chịu lực hoặc nếu cần kết luận nguyên nhân. X-ray xác nhận có void; mặt cắt cho biết void nằm ở đâu và liên kết xung quanh còn tốt hay không.
Có bao nhiêu bi thì mới đủ để kết luận?
Không có con số cố định. Ít nhất nên có một hàng bi ở rìa và một hàng ở vùng tâm, cộng với hàng bi đối chứng.
Head-in-pillow có chẩn đoán được bằng X-ray không?
Khó, vì hình dạng bên ngoài của mối hàn vẫn có thể bình thường. Ngay cả trên mặt cắt, cần quan sát kỹ mặt phân cách mới nhận ra.
Có nên cắt tất cả bi trong một hàng không?
Tùy mục tiêu. Nếu đánh giá tính đồng nhất theo hàng, nên cắt dọc theo một hàng để thấy tất cả bi trong hàng đó và so sánh với nhau.
Bi hàn bị xốp có bị coi là lỗi không?
Không tự động. Cần xét kích thước, vị trí và tiêu chuẩn áp dụng. Void rải rác nhỏ thường được chấp nhận; void lớn tập trung ở vùng chịu lực là vấn đề.
9. Kết luận
Đánh giá BGA cần cả X-ray và cross section: X-ray để biết chỗ nào cần xem, mặt cắt để biết thực tế ở chỗ đó có gì. Mặt cắt cho thông tin theo chiều sâu mà X-ray không cung cấp, nhưng chỉ áp dụng cho hàng bi đã cắt.
Bốn việc nên làm: cắt vuông góc với hàng bi; chọn cả hàng bi rìa và hàng bi tâm; ghi void theo ba thông số thay vì một tỷ lệ; và tách kết luận theo từng dạng khuyết tật cụ thể.
Nguồn tham khảo
- IPC-7095 — Thiết kế và lắp ráp BGA, nội dung về void và khuyết tật mối hàn.
- IPC-A-610 — Tiêu chí chấp nhận của lắp ráp điện tử.
- J-STD-001 — Yêu cầu đối với mối hàn điện và lắp ráp điện tử.
- IPC-TM-650 Phương pháp 2.1.1 — Microsectioning.
Bài viết liên quan
- Nứt thành lỗ (barrel crack) sau lắp ráp
- Cross section mối hàn: góc thấm ướt, độ ngấm chân và lớp liên kim
- Cross section QFN/DFN: void dưới đế tản nhiệt và chân hàn
- IPC-7095: tiêu chí void cho BGA theo từng mức
- Cross Section khác gì X-ray, AOI và siêu âm?
Trao đổi thêm
Miễn trừ trách nhiệm
Bài viết này là nội dung diễn giải do chúng tôi tự biên soạn; không phải tư vấn pháp lý. Doanh nghiệp cần đối chiếu nguyên văn văn bản/tiêu chuẩn liên quan trước khi áp dụng cho sản phẩm cụ thể.
Xem thêm: Chính sách bản quyền & Miễn trừ trách nhiệm của ticforall.com.
