QFN và DFN là nhóm linh kiện có hai loại mối hàn với vai trò hoàn toàn khác nhau: chân bên hông để nối tín hiệu, và đế kim loại bên dưới vừa nối đất vừa dẫn nhiệt. Một sản phẩm có thể đạt ở nhóm mối hàn này nhưng lỗi ở nhóm kia, và mắt thường không phân biệt được.
Bài viết này hướng dẫn đọc mặt cắt hai nhóm mối hàn của QFN/DFN, cách đánh giá void dưới đế và bốn lỗi thường gặp.
1. Vì sao QFN/DFN khó đánh giá?
- Chân bên hông rất ngắn: lượng thiếc hình thành fillet ít, dễ bị kết luận sai là thiếu thiếc.
- Đế tản nhiệt nằm hoàn toàn bên dưới: không nhìn thấy, không kiểm tra được bằng mắt.
- Void dưới đế không biểu hiện ra ngoài: sản phẩm vẫn hoạt động trong thời gian đầu.
- Hai nhóm mối hàn có tiêu chí khác nhau: cùng một mặt cắt, kết luận cho hai nhóm có thể trái ngược.
2. Hai nhóm mối hàn, hai bộ tiêu chí
| Tiêu chí | Chân bên hông | Đế tản nhiệt bên dưới |
|---|---|---|
| Vai trò chính | Dẫn tín hiệu | Nối đất và dẫn nhiệt |
| Đặc điểm cần đánh giá | Chiều cao và chiều rộng fillet, độ thấm ướt | Mức bao phủ thiếc, void, độ dày lớp hàn |
| Ảnh hưởng khi không đạt | Lỗi tín hiệu, mối hàn yếu | Quá nhiệt cục bộ, trở kháng nối đất cao |
| Mức độ nghiêm trọng khi có void | Thấp, nếu void nhỏ | Cao, đặc biệt ở vùng trung tâm đế |
| Cách kiểm tra chính | Kiểm tra thị giác, AOI, mặt cắt | X-ray, mặt cắt |
Vì hai nhóm có tiêu chí khác nhau, báo cáo mặt cắt cho QFN/DFN phải tách riêng kết luận cho từng nhóm, không gộp chung thành “mối hàn đạt” hay “không đạt”.
3. Đọc mặt cắt chân bên hông
- Độ thấm ướt: thiếc có lan đều lên cạnh chân và lên pad hay bị co cụm.
- Chiều cao fillet: đo từ bề mặt pad lên theo cạnh chân, ghi rõ mốc tính.
- Chiều rộng tiếp xúc: phần thiếc nằm giữa chân và pad có liên tục hay có khoảng hở.
- Void trong fillet: nếu có, ghi kích thước và vị trí.
Một lưu ý thực tế: với QFN/DFN, tiêu chí thường tập trung vào việc có liên kết kim loại ở mặt phân cách chứ không đòi hỏi fillet dày. Vì vậy đừng kết luận lỗi chỉ vì fillet thấp.
4. Đọc mặt cắt đế tản nhiệt
| Thông số | Cách xác định | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Mức bao phủ thiếc | Tỷ lệ chiều rộng vùng có thiếc trên tổng chiều rộng đế trong mặt cắt | Cho biết thiếc có lan đều dưới toàn bộ đế hay chỉ tập trung một phía |
| Void | Ghi tỷ lệ diện tích, kích thước lớn nhất và vị trí | Void ở vùng trung tâm quan trọng hơn void ở mép |
| Chiều dày lớp hàn | Đo tại nhiều điểm dọc theo đế | Lớp quá mỏng làm tăng trở kháng nhiệt |
| Liên kết hai đầu | Kiểm tra cả phía pad và phía đế linh kiện | Đảm bảo không có khoảng hở ở mặt phân cách |
5. Vì sao void dưới đế lại nguy hiểm?
Đế tản nhiệt là đường thoát nhiệt chính của linh kiện. Khi có void lớn, nhiệt không thoát được xuống bo mạch mà tích lại trong linh kiện, dẫn tới:
- Nhiệt độ điểm nối cao hơn thiết kế, làm giảm tuổi thọ linh kiện.
- Trở kháng nối đất tăng, ảnh hưởng tới tính năng cao tần.
- Chu kỳ nhiệt làm void lan rộng dần theo thời gian, mối hàn xấu đi nhanh hơn.
Đây là lý do void dưới đế thường được đánh giá nghiêm khắc hơn void trong mối hàn tín hiệu.
6. Bốn lỗi thường gặp
| Lỗi | Dấu hiệu trên mặt cắt | Nguyên nhân thường gặp |
|---|---|---|
| Thiếu thiếc ở chân hông | Thiếc không phủ hết cạnh chân, mặt phân cách có khoảng hở | Lượng kem hàn không đủ, độ mở stencil nhỏ, pad lệch |
| Void lớn dưới đế | Bọng khí lớn ở vùng trung tâm | Khí thoát không kịp, kem hàn ẩm, profile nhiệt chưa tối ưu |
| Thiếc tràn ra ngoài đế | Thiếc chảy ra khỏi vùng đế và chạm vùng lân cận | Lượng kem hàn dư, lực ép linh kiện khi hàn |
| Linh kiện bị nhấc một phía | Một bên đế có khoảng hở, bên kia tiếp xúc | Bo mạch cong, sai lệch độ phẳng trong quá trình hàn |
7. Cách cắt mẫu QFN/DFN đúng
- Cắt vuông góc với hàng chân để mặt cắt cắt ngang qua nhiều chân cùng lúc.
- Bảo đảm mặt cắt đi qua tâm đế để thấy được cả vùng trung tâm và hai mép đế.
- Chọn ít nhất hai linh kiện: một ở vị trí mép bo mạch, một ở vị trí giữa bo mạch, vì điều kiện nhiệt khác nhau.
- Ghi lại hướng cắt để đối chiếu với sơ đồ chân khi cần.
8. Câu hỏi thường gặp
X-ray cho thấy void dưới đế, có cần cắt không?
Nên cắt nếu void lớn hoặc nằm ở vùng trung tâm. X-ray cho biết tỷ lệ trên toàn bộ đế; mặt cắt cho biết void nằm ở lớp nào và mức độ bao phủ thực tế.
Fillet thấp có phải là lỗi?
Không tự động. Với QFN/DFN, tiêu chí chính là có liên kết kim loại ở mặt phân cách. Cần xác định liên kết trước khi kết luận lỗi.
Có tiêu chí chung cho void dưới đế không?
Ngưỡng phụ thuộc tiêu chuẩn áp dụng và yêu cầu tản nhiệt của thiết kế. Nên thống nhất ngưỡng nội bộ với khách hàng trước khi đánh giá.
Linh kiện DFN nhỏ có cắt được không?
Được, nhưng cần chuẩn bị mẫu cẩn thận vì vùng cần khảo sát nhỏ. Nên dùng đúc nguội và giảm lực ở bước đánh bóng.
Nên kiểm tra thêm gì ngoài mặt cắt?
Nên kèm kiểm tra nhiệt độ điểm nối trong quá trình hoạt động và đo trở kháng nối đất, vì đây là hai chỉ tiêu phản ánh ảnh hưởng thực tế của void dưới đế.
9. Kết luận
QFN/DFN có hai nhóm mối hàn với vai trò khác nhau, nên phải được đánh giá riêng. Chân bên hông cần xác nhận liên kết kim loại; đế tản nhiệt cần đánh giá mức bao phủ thiếc và void — vì đây là đường thoát nhiệt chính của linh kiện.
Bốn việc nên làm: cắt vuông góc với hàng chân và qua tâm đế; tách kết luận cho hai nhóm mối hàn; ghi void theo tỷ lệ, kích thước lớn nhất và vị trí; và thống nhất ngưỡng đánh giá với khách hàng trước khi bắt đầu.
Nguồn tham khảo
- IPC-A-610 — Tiêu chí chấp nhận của lắp ráp điện tử, phần linh kiện không chân và linh kiện dẹt.
- J-STD-001 — Yêu cầu đối với mối hàn điện và lắp ráp điện tử.
- IPC-TM-650 Phương pháp 2.1.1 — Microsectioning.
- Tài liệu hướng dẫn thiết kế và lắp ráp cho linh kiện có đế tản nhiệt của nhà sản xuất.
Bài viết liên quan
- Cross section BGA: đo void và nhận diện head-in-pillow
- Cross section mối hàn: góc thấm ướt, độ ngấm chân và lớp liên kim
- Cross section đèn LED và mô-đun công suất: lớp liên kim và vết nứt mối hàn
- Chọn vị trí cắt và gửi mẫu: sai một bước là mất cả bộ dữ liệu
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.
