EN
LIÊN KẾT NHANH
Thị trường X-quang hình ảnh đã kể toàn bộ câu chuyện, thế nhưng chẳng ai định xem xét kỹ. Một bo mạch của người tiêu dùng—một mô-đun dày được phát triển xung quanh chip BGA có bước chân 0,5 mm—thực tế đã quay trở lại reflow với tỷ lệ lỗi lần đầu là 9%. Các mối nối hỏng không bị thiếu hụt. Chúng quá mỏng. Ảnh X-quang cho thấy các mối nối hàn trông như vừa trải qua chế độ ăn kiêng: chỉ được điền đầy một phần, thiếu hụt lượng hàn, và một vài mối nối rõ ràng ở ngưỡng mở mạch.
Chúng tôi đã kiểm tra các nguyên nhân thường gặp. Khẩu độ stencil đã được xác định—tốt. bột hàn thể tích keo hàn nằm trong thông số kỹ thuật—tốt. Hồ sơ nung chảy khớp với khuyến nghị của nhà sản xuất keo hàn—tốt.
Sau đó, một kỹ sư lật ngược bo mạch và nhận thấy điều gì đó ở mặt dưới. Ngay bên dưới khu vực BGA, các lỗ thông (vias) đều đầy hàn. Không phải một chút. Đầy ắp, giống như những chiếc ống kim loại nhỏ.
Phong cách thiết kế đã đặt các lỗ thông (vias) thẳng vào các pad -- via-in-pad, phương pháp định dạng cho phép bố trí BGA dày đặc khả thi -- và chưa ai thực sự định nghĩa rõ ràng thông qua việc chèn lỗ. Trong quá trình hàn chảy, thiếc nóng chảy làm điều mà thiếc nóng chảy luôn làm khi gặp một lỗ hở: tràn vào bên trong. Các mối nối phía trước phải chịu hậu quả.
Đây là cơ chế, được giản lược về những yếu tố cơ bản nhất. Khi kem hàn nóng chảy trong lò hàn chảy, nó trở thành chất lỏng. Thiếc lỏng làm ẩm đồng — đó chính là điều khiến việc hàn có thể thực hiện được. Một lỗ xuyên hở ở giữa lớp pad là một ống lót đồng hướng thẳng xuống dưới vào trong bảng mạch. Thiếc đã hóa lỏng không cần bị đẩy. Hiện tượng mao dẫn kéo nó vào bên trong lòng lỗ xuyên, tương tự như nước leo lên dọc theo một tấm khăn giấy.
Lượng thiếc hàn mà một lỗ thông (via) xuyên qua có thể hút vào không phải là điều nhỏ nhặt. Hãy xem xét một cấu hình phổ biến: lỗ thông đường kính 0,25 mm trên miếng đệm BGA có khoảng cách 0,4 mm. Một lỗ thông đường kính 0,25 mm trên bảng mạch dày 1,6 mm có thể tích bên trong khoảng 0,08 milimét khối. Một khuôn in (stencil) tiêu chuẩn cho miếng đệm này sẽ đặt xuống lượng kem hàn từ 0,1 đến 0,15 milimét khối — trong khi kem hàn chỉ chiếm khoảng một nửa thể tích là bột thiếc thép sau khi cháy hết chất mang. Nói cách khác, một lỗ thông mở đơn lẻ có thể hút gần như toàn bộ lượng thiếc hàn dự định dùng để tạo mối nối.
Đó là cơ sở toán học của vấn đề. Đây không phải là kết quả thấp. Cũng không phải là tình huống "thỉnh thoảng bạn chỉ thu được mối nối hơi yếu." Một lỗ thông không bị bịt kín trên miếng đệm BGA có thể chiếm trọn toàn bộ lượng thiếc hàn dành riêng cho mối nối đó, dẫn đến mối nối bị hở hoặc thiếu hụt nghiêm trọng đến mức chỉ vài tháng sau đã hỏng do chu kỳ thay đổi nhiệt độ.
Không ai cố tình thiết kế một lỗ thông (via) mở trên pad. Chiến lược đặt lỗ thông trên pad tồn tại vì đây là cách duy nhất để thoát chân của các bóng bán dẫn dạng BGA có khoảng cách chân rất nhỏ. Khi khoảng cách chân nhỏ hơn khoảng 0,5 mm, sẽ không còn đủ khoảng trống giữa các pad để thực hiện kỹ thuật routing kiểu ‘chó cắn xương’ — phương án thông thường là chạy một đoạn dây dẫn ngắn từ pad đến một lỗ thông đặt ở bên cạnh. Pad phải tự chứa lỗ thông, nếu không thì thiết kế sẽ không thể khả thi.
Vì vậy, kỹ thuật này là hợp lệ và đặc biệt cần thiết. Điều khiến nhiều người bối rối chính là yêu cầu kỹ thuật: một lỗ thông trên pad chỉ được chấp nhận nếu được xử lý đúng cách. Dữ liệu thiết kế ghi rõ ‘thông xuyên suốt’. Quy trình sản xuất phải nêu rõ ‘đổ đầy và bịt kín lỗ thông này’ — và nếu không làm như vậy, nhà sản xuất sẽ chế tạo lỗ thông dưới dạng lỗ khoan mạ đơn giản, đúng như hình vẽ, dẫn đến việc bảng mạch được giao đi kèm hàng loạt ống hút nhỏ hút thiếc nằm ngay dưới BGA.
Tôi thực tế đã chứng kiến chuỗi sự việc này diễn ra ba lần trong hai năm qua. Một kỹ sư thiết kế đưa vào pad lỗ thông (via-in-pad) để kết nối một linh kiện có mật độ cao. Những ghi chú tuyệt vời ấy thảo luận chi tiết về cấu trúc lớp mạch (stack-up), sản phẩm, trọng lượng đồng — mọi thứ ngoại trừ phương pháp xử lý lỗ thông. Nhà sản xuất bảng mạch báo giá và sản xuất ngay mà không hỏi thêm, vì hệ thống của họ coi lỗ thông chưa được xác định rõ là lỗ thông xuyên suốt (open through). Lần chạy lắp ráp đầu tiên phát hiện ra vấn đề. Trò chơi đổ lỗi bắt đầu. Không bên nào giành chiến thắng.
Các kiểu hỏng do hiện tượng hút chì (solder wicking) không chỉ giới hạn ở các mối hàn mỏng. Có tới bốn kiểu hỏng, và chúng chồng chất lên nhau:
Thiếu hụt chì hàn và đứt mạch. Các mối hàn chứa ít chì hàn hơn mức cần thiết. Trong những trường hợp nghiêm trọng nhất, viên chì BGA hoàn toàn không dính ướt lên pad, dẫn đến đứt mạch chỉ phát hiện được khi kiểm tra chức năng — hoặc tệ hơn nữa, khi sản phẩm đã vận hành ngoài thực địa.
Khe hở. Ngay cả khi mối nối trông phù hợp, thì lượng hàn không di chuyển đúng vào lỗ dẫn thường để lại các khoảng trống phía sau. Các khoảng trống trong mối nối BGA làm tăng điện trở và tạo thành các điểm tập trung ứng suất. Dưới chu kỳ thay đổi nhiệt độ, chúng nở ra. Một mối nối bị vô hiệu hóa có thể vượt qua bài kiểm tra tia X tại nhà máy nhưng lại thất bại vào tháng thứ 14.
Khí thoát ra. Các lỗ dẫn không được nối có thể giữ lại dư lượng keo hàn, độ ẩm và hóa chất xử lý bên trong lòng lỗ. Trong quá trình hàn chảy, các tạp nhiễm này bốc hơi và đẩy các bọt khí lên qua lớp hàn đang nóng chảy. Trong trường hợp nghiêm trọng nhất, hiện tượng này khiến hàn bắn ra khỏi lỗ dẫn lên các pad liền kề — một khuyết tật có thể gây ngắn mạch giữa hai mạch không liên kết với nhau và tạo ra sự cố rất khó xác định nguyên nhân.
Các hạt hàn hình cầu. Lượng hàn từ một lỗ dẫn không bịt kín ở mặt thứ hai có thể tạo thành các hạt tròn rời rạc phía dưới bảng mạch. Các mảnh vụn dẫn điện rời rạc bên trong vỏ bọc là một sự ngắn mạch ngẫu nhiên đang chờ xảy ra.
Mỗi thiết lập lỗi này đều có thể tránh được. Tất cả chúng đều chưa được phát hiện ngay lúc này — hư hại xảy ra bên trong thân lỗ dẫn (via barrel) trong khoảng thời gian 30 giây khi đi qua lò hàn chảy (reflow oven).
May mắn thay: vấn đề này có một giải pháp tiêu chuẩn, rõ ràng. Vấn đề nằm ở chỗ giải pháp này phải được chỉ định rõ, bởi vì nó làm tăng chi phí và sẽ không tự động xảy ra.
Kết nối lỗ dẫn (via connecting) là yêu cầu tối thiểu — lấp đầy thân lỗ dẫn (via barrel) bằng vật liệu sao cho thiếc hàn không thể xâm nhập vào bên trong. Đối với lỗ via trong miếng đệm các ứng dụng lấp đầy lỗ dẫn kèm mạ nắp (via filling plus cap plating) là thực tiễn phổ biến: lỗ dẫn được đổ đầy bằng nhựa dẫn điện hoặc không dẫn điện, nhựa được làm cứng và mài phẳng, sau đó một lớp đồng mỏng được phủ lên trên cùng. Kết quả là bề mặt pad hoàn toàn tương đương với pad không có lỗ dẫn về mọi mặt. Kem hàn (solder paste) nằm trên lớp đồng đặc, đúng như thiết kế khuôn in (stencil design) đã quy định.
Ngành công nghiệp phân loại theo mức độ an toàn dưới chuẩn IPC-4761 , quy định bảy loại phương pháp bảo vệ an toàn, từ che phủ đơn giản (tenting) đến các cấu trúc được đổ đầy và bịt kín. Đối với via-in-pad, các loại liên quan là các loại đã được đổ đầy — Loại IV (đổ đầy và che phủ) và Loại VII (đổ đầy và bịt kín bằng lớp màng bảo vệ bổ sung). Dưới đây là điểm khác biệt dễ gây nhầm lẫn: che phủ (tenting) — tức là lỗ thông chỉ được phủ bởi lớp màng chống hàn ở cả hai mặt — KHÔNG phù hợp cho via-in-pad. Phương pháp che phủ ngăn hàn xâm nhập vào lỗ trên bề mặt, nhưng lớp màng có thể nứt do ứng suất nhiệt, đồng thời không giải quyết được vấn đề thoát khí (outgassing) hay nhiễm bẩn bị giữ lại trong thân lỗ. Che phủ dùng cho các lỗ thông nằm giữa các pad, chứ không dùng cho lỗ thông nằm trong pad.
hai thông tin quan trọng hơn nữa cần lưu ý trong sản xuất:
Thứ nhất, lựa chọn vật liệu đổ đầy. Chất dẫn vật liệu đổ đầy (thường là keo epoxy pha đồng) được chọn khi lỗ thông dẫn dòng điện — nó duy trì đường dẫn điện qua pad. Không dẫn điện nhựa thông là chấp nhận được khi lỗ dẫn chỉ cần đóng kín về mặt cơ học. Tùy chọn này ảnh hưởng đến chi phí và hiệu năng điện, và cần được quyết định dựa trên đánh giá kiểu mẫu, chứ không nên để phát hiện tại xưởng sản xuất.
Thứ hai, chất lượng độ đầy. Một lỗ dẫn được đổ đầy một phần cũng tệ như lỗ dẫn hở — nếu vật liệu dừng lại ở giữa chiều sâu của lỗ, vẫn còn khoảng trống phía dưới miếng đệm có thể giữ bụi bẩn và giải phóng khí trong quá trình hàn chảy. Hướng dẫn IPC yêu cầu độ đầy trong vùng BGA phải gần như không có chỗ rỗng, và một xưởng sản xuất chuyên nghiệp chắc chắn sẽ cắt ngang một mẫu thử từ mỗi tấm mạch để chứng minh điều này. Nếu nhà cung cấp của bạn không thể cung cấp cho bạn dữ liệu cắt ngang đó, hãy hỏi lý do.
Nếu mạch truyền tín hiệu cho phép, giải pháp sạch nhất là tránh hoàn toàn việc đặt lỗ dẫn ngay trên miếng đệm. Định tuyến hình xương chó -- một đường dẫn ngắn từ pad đến một lỗ thông được đặt gần nó -- là lựa chọn cổ điển, và cách này loại bỏ vấn đề ngay từ nguồn. Đổi lại, bạn sẽ mất không gian: diện tích chiếm chỗ kiểu 'xương chó' lớn hơn, và với bước chân nhỏ hơn 0,4 mm, phương án này thường không vừa.
Cũng có lựa chọn khác là chỉ đặt lỗ thông trong pad ở những vị trí thực sự cần thiết . Một bảng mạch có thể dùng kiểu 'xương chó' cho phần lớn các đường dẫn của nó, đồng thời áp dụng kỹ thuật lỗ thông trong pad chỉ cho các hàng chân BGA mà thực sự không thể bố trí theo cách khác. Phương pháp lai này làm giảm số lượng lỗ thông cần được đổ đầy -- nơi chi phí sản xuất thực sự phát sinh -- mà vẫn đảm bảo khả năng đi dây.
Giải pháp cho toàn bộ nhóm vấn đề này quy về một dòng trong ghi chú sản xuất: đổ đầy và bịt kín tất cả các lỗ thông nằm trong pad của linh kiện theo tiêu chuẩn IPC-4761 Loại IV/VII, với việc xác nhận độ đầy không rỗng bằng mặt cắt ngang.
Câu đó gần như không tốn chi phí nào để viết. Nó giúp bạn tránh được việc làm lại, loại bỏ phế phẩm, các lỗi về khu vực và tranh cãi xem lỗi thuộc về ai.
Đây là một kiểm tra bạn có thể thực hiện trên bảng mạch tiếp theo trước khi gửi sang nhà sản xuất: mở dữ liệu thiết kế của bạn, đếm số lỗ thông (via) chạm vào hoặc nằm trong vùng hàn (solder pad), rồi tự hỏi điều gì sẽ ngăn chặn thiếc hàn nóng chảy di chuyển vào những lỗ đó. Nếu câu trả lời là "không có gì", nghĩa là bạn đã phát hiện ra vấn đề trước khi nó gây tổn thất cho một đợt sản xuất. Đây là cách sửa lỗi rẻ nhất trong lĩnh vực này — và bất kỳ ai cũng có thể áp dụng chỉ trong ba mươi giây để kiểm tra.
Tin nóng2026-09-07
2026-09-04
2026-09-03
2026-09-01
2026-08-31
2026-08-27
2026-08-26
2026-08-24
