Mối hàn xuyên lỗ (through-hole) là loại mối hàn chịu ứng suất cơ học lớn nhất trên bo mạch: chân linh kiện truyền lực từ thân linh kiện xuống bo mạch, trong khi thành lỗ mạ phải chịu sự khác biệt giãn nở giữa kim loại và vật liệu nền. Vì vậy đây cũng là nơi nứt xuất hiện sớm nhất.
Bài viết này hướng dẫn đọc mặt cắt mối hàn xuyên lỗ, phân biệt các dạng nứt theo vị trí, và cách xác định lỗi thuộc quá trình hàn, bo mạch hay lắp ráp.
1. Vì sao mối hàn xuyên lỗ dễ nứt?
| Nguồn ứng suất | Cơ chế | Vị trí nứt điển hình |
|---|---|---|
| Khác biệt giãn nở nhiệt | Vật liệu nền và kim loại giãn nở khác nhau theo nhiệt độ | Thành lỗ mạ, gần mặt bo mạch |
| Lực cơ học từ chân linh kiện | Cắm, rút, rung lắc truyền lực qua chân | Gót mối hàn, vùng chuyển tiếp giữa thiếc và pad |
| Uốn bo mạch | Bo mạch bị uốn khi lắp ráp hoặc khi vận hành | Mối hàn lớn, lỗ gần mép |
| Hàn lại nhiều lần | Nhiệt lặp lại làm giòn lớp liên kim và mạ | Mặt phân cách giữa thiếc và lớp mạ |
2. Cấu trúc cần đọc trên mặt cắt
| Thành phần | Đánh giá điều gì | Dấu hiệu cần lưu ý |
|---|---|---|
| Lớp mạ thành lỗ | Tính liên tục và chiều dày | Nứt, mỏng cục bộ, tách khỏi thành lỗ |
| Thiếc trong thân lỗ | Mức lấp và mức thấm ướt | Thiếc không lấp hết, có khoảng trống lớn |
| Fillet trên mặt bo mạch | Hình dạng và độ thấm ướt | Fillet lõm sâu, nứt ở gót |
| Vòng tiếp xúc quanh lỗ | Độ dư vật liệu quanh lỗ | Thiếu vật liệu, lệch lỗ |
3. Các dạng nứt và vị trí của chúng
- Nứt thành lỗ (barrel crack): đường nứt chạy theo chiều dọc hoặc vòng quanh thành lỗ mạ. Đây là dạng nghiêm trọng nhất vì làm mất kết nối điện giữa hai mặt bo mạch.
- Nứt ở góc (corner crack): xuất hiện tại vùng chuyển tiếp giữa lớp mạ thành lỗ và pad trên bề mặt.
- Tách lớp mạ khỏi thành lỗ (barrel-wall separation): lớp mạ còn nguyên nhưng tách khỏi vật liệu nền.
- Nứt ở gót mối hàn: đường nứt xuất phát từ mép ngoài fillet, thường do ứng suất cơ học.
- Nứt giữa thiếc và chân linh kiện: dấu hiệu vấn đề ở bước hàn hoặc ở lớp phủ chân linh kiện.
4. Phân biệt nguồn gốc lỗi
| Dấu hiệu | Nguồn gốc có khả năng cao | Cần kiểm tra thêm |
|---|---|---|
| Nứt xuất hiện sau thử sốc nhiệt, chưa có trước đó | Khác biệt giãn nở nhiệt giữa vật liệu nền và mạ | So sánh với mẫu cùng lô chưa qua thử |
| Nứt ở gót, kèm biến dạng cơ học quanh đó | Ứng suất lắp ráp hoặc thao tác | Kiểm tra công đoạn cắm/rút, kẹp giữ bo mạch |
| Lớp mạ mỏng cục bộ, có lỗ hổng | Lỗi mạ trong sản xuất bo mạch | Đo chiều dày mạ nhiều vị trí khác nhau |
| Nhiều mối hàn cùng khu vực bị nứt | Vấn đề nhiệt cục bộ hoặc thiết kế vùng chịu lực | Đối chiếu bản vẽ bố trí linh kiện |
| Nứt chỉ xuất hiện ở mối hàn đã hàn lại | Nhiệt lặp lại làm giòn mối hàn | Kiểm tra số lần hàn lại và profile nhiệt |
Nguyên tắc: kết luận nguồn gốc phải dựa trên ít nhất hai nguồn dữ liệu — ảnh mặt cắt và dữ liệu quá trình hoặc dữ liệu thử nghiệm. Ảnh mặt cắt một mình chỉ cho biết hình thái khuyết tật.
5. Độ ngấm thiếc trong thân lỗ
Độ ngấm thiếc trong lỗ được đánh giá theo mức lấp của thân lỗ. Cần ghi rõ:
- Mốc tính: theo chiều dày bo mạch hay theo chiều dài lỗ thực tế.
- Vị trí đo: ở tâm lỗ hay ở vùng gần miệng lỗ.
- Tình trạng hai mặt: thiếc có lên đều cả hai mặt bo mạch hay chỉ một mặt.
Với bo mạch nhiều lớp, thiếc còn có thể lấp vào các lớp trong. Trường hợp này cần quan sát toàn bộ chiều dài lỗ thay vì chỉ nhìn hai mặt ngoài.
6. Kiểm tra bổ sung nên kết hợp
- Đo điện trở lỗ: phát hiện nứt chưa biểu hiện thành hở mạch hoàn toàn.
- Thử sốc nhiệt hoặc chu trình nhiệt: tạo ứng suất theo chu kỳ để phát hiện xu hướng nứt.
- Thử rung và thử uốn: đánh giá ảnh hưởng của ứng suất cơ học.
- Kiểm tra chéo với nhà cung cấp bo mạch: đối chiếu chiều dày mạ công bố và thực tế.
7. Câu hỏi thường gặp
Nứt thành lỗ có nhìn thấy bằng X-ray không?
Có thể thấy nhưng khó định lượng, đặc biệt khi vết nứt nhỏ hoặc nằm lệch khỏi hướng chiếu. Mặt cắt cho thông tin rõ ràng hơn về vị trí và chiều dài vết nứt.
Nứt thành lỗ có thể do quá trình hàn sóng gây ra không?
Có, khi nhiệt độ hoặc thời gian tiếp xúc không phù hợp. Tuy nhiên cần phân biệt với nứt do ứng suất nhiệt trong quá trình sử dụng, vì hai nguyên nhân này dẫn tới hành động khắc phục khác nhau.
Có nên cắt mẫu trước hay sau khi thử sốc nhiệt?
Nên làm cả hai: cắt trước để có ảnh nền, cắt sau để so sánh. Không có ảnh nền thì không thể khẳng định vết nứt do thử nghiệm hay đã có từ trước.
Lỗ khoan có ba via thì xử lý thế nào?
Ghi nhận ba via như một khuyết tật riêng, đánh giá ảnh hưởng tới độ phủ mạ và độ bám thiếc. Ba via lớn thường kéo theo lớp mạ không liên tục ở vùng chuyển tiếp.
Bo mạch dày có khó cắt mẫu xuyên lỗ không?
Có, vì chiều dài lỗ lớn đòi hỏi mặt phẳng cắt chính xác hơn. Nên dùng giá kẹp phù hợp và cắt từ hai phía nếu lỗ quá dài.
8. Kết luận
Mối hàn xuyên lỗ chịu nhiều loại ứng suất cùng lúc, nên các dạng nứt cũng đa dạng và nằm ở những vị trí rất khác nhau. Mặt cắt là công cụ chính để nhận diện vị trí và hình thái vết nứt, nhưng kết luận nguồn gốc phải đi kèm dữ liệu quá trình hoặc dữ liệu thử nghiệm.
Bốn việc nên làm: chụp toàn bộ chiều dài lỗ chứ không chỉ hai mặt bo mạch; ghi rõ mốc tính độ ngấm thiếc; luôn có ảnh nền trước khi thử nghiệm; và tách kết luận theo từng loại ứng suất thay vì gộp thành “lỗi mối hàn”.
Nguồn tham khảo
- IPC-A-610 — Tiêu chí chấp nhận của lắp ráp điện tử, phần mối hàn xuyên lỗ.
- J-STD-001 — Yêu cầu đối với mối hàn điện và lắp ráp điện tử.
- IPC-6012 — Yêu cầu kỹ thuật cho bo mạch in cứng, phần chất lượng mạ lỗ.
- IPC-TM-650 Phương pháp 2.1.1 — Microsectioning.
Bài viết liên quan
- Vì sao mối hàn nứt sau thử sốc nhiệt? Đọc dấu vết trên mặt cắt
- Nứt thành lỗ (barrel crack) sau lắp ráp: nguyên nhân và cách chứng minh
- Cross section mối hàn: góc thấm ướt, độ ngấm chân và lớp liên kim
- Cross Section là gì? Vì sao phải cắt mẫu mới đánh giá được mối hàn và bo mạch?
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.
