Công nghệ BGA (Ball Grid Array) được xem là một giải pháp kết nối lý tưởng trong sản xuất điện tử hiện đại. Lý do là nó sử dụng các bi hàn (solder balls) làm chân cắm, cung cấp khả năng tự căn chỉnh (self-alignment) ở mức độ hợp lý. Hơn nữa, BGA mang lại các ưu điểm vượt trội về điện và nhiệt, giúp giảm trở kháng và tản nhiệt hiệu quả hơn. Tuy nhiên, BGA có một nhược điểm chí mạng: chúng che giấu các vấn đề của mình rất tốt. Tất cả các kết nối quan trọng đều nằm bên dưới package, khiến việc kiểm tra bằng mắt thường (visual inspection) là không thể. Đây là lúc X-ray trở thành giải pháp tốt nhất để nhìn xuyên qua package và đánh giá chất lượng của quá trình lắp ráp

Tại Sao BGA Vừa Tốt Lại Vừa Khó Lắp Ráp?

Một trong những ưu điểm lớn nhất của BGA cũng chính là thách thức lớn nhất của nó: khả năng dẫn nhiệt.

• Mặt tốt: Khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời qua nhiều bi hàn giúp quản lý nhiệt độ cho linh kiện bên trong.

• Mặt xấu: Chính khả năng này khiến việc lắp ráp (assembly) trở nên khó khăn. Khi reflow, việc tạo ra một biên dạng nhiệt (temperature profile) đồng đều trên toàn bộ BGA là rất phức tạp, dễ dẫn đến chênh lệch nhiệt độ lớn giữa vùng trung tâm và các vùng bên ngoài .

Nếu quy trình của bạn (chất lượng board mạch, in kem hàn, và đặc biệt là biên dạng nhiệt) không được kiểm soát chặt chẽ, các khuyết tật sẽ xuất hiện.

Các Khuyết Tật BGA Phổ Biến Mà X-ray Có Thể Phát Hiện

Đây là danh sách các lỗi lắp ráp BGA phổ biến nhất mà chỉ có công nghệ X-ray mới có thể phát hiện một cách đáng tin cậy.

1. Voids (Lỗ Rỗng / Bọt Khí)

• Đây là chỉ số hiệu suất quan trọng (KPI) trong quy trình lắp ráp BGA.

• Nguyên nhân: Xảy ra khi chất trợ hàn (flux) bị kẹt bên trong kem hàn và bay hơi trong quá trình reflow.

• Tiêu chuẩn: Theo tiêu chuẩn IPC-A-610D, nếu lỗ rỗng trong một khớp hàn BGA lớn hơn 25% thì được coi là một khuyết tật.

• Phát hiện: Các phần mềm X-ray hiện đại có thể tự động tính toán tỷ lệ phần trăm void trên mỗi bi hàn, void lớn nhất, và cả độ tròn (eccentricity) của bi hàn.

2. Head-in-Pillow (HiP)

Đây có lẽ là khuyết tật BGA thách thức nhất để xác định.

• Nguyên nhân: Xảy ra khi bi hàn BGA và kem hàn trên pad cùng "sụp xuống" (collapse) nhưng không hoàn toàn hòa lẫn vào nhau.

• Vấn đề: Nó tạo ra một tiếp xúc cơ học (mechanical contact), không phải tiếp xúc luyện kim (metallurgical) . Điều này cực kỳ nguy hiểm vì bo mạch có thể vượt qua tất cả các bài kiểm tra điện (electrical tests) tại nhà máy, nhưng lại hỏng hóc tại cơ sở của khách hàng do rung động hoặc thay đổi nhiệt độ .

• Phát hiện: Cần máy X-ray có độ phóng đại, độ phân giải cao và khả năng kiểm tra 2.5D (nhìn nghiêng) .

3. Open Circuit (Hở Mạch)

• Nguyên nhân: Xảy ra khi bi hàn không sụp xuống (fail to collapse) và không chạm vào pad trên bo mạch. Điều này có thể do không đủ kem hàn, căn chỉnh BGA-với-board bị lệch, hoặc vấn đề về độ đồng phẳng (coplanarity).

• Phát hiện: Giống như Head-in-Pillow, việc xác định các khe hở siêu nhỏ này đòi hỏi máy X-ray có độ phân giải và khả năng kiểm tra 2.5D (nhìn nghiêng) .

4. Short Circuit (Chập Mạch)

• Nguyên nhân: Dễ dàng nhận thấy trên hình ảnh X-ray, đây là một cầu chì hàn (solder bridge) nối giữa hai hoặc nhiều bi hàn .

• Nguyên nhân: Thường do căn chỉnh BGA/board bị lệch, in kem hàn quá nhiều, hoặc lỗi solder mask (mặt nạ hàn) khiến chì chảy tràn (run) sang trace bên cạnh .

5. Solder Ball Shape (Hình Dạng Bi Hàn)

• Tiêu chuẩn: Hình dạng lý tưởng của một bi hàn sau khi reflow là tròn (round), khi nhìn từ trên xuống .

• Vấn đề: Các bi hàn bị biến dạng (misshapen), thường có hình bầu dục (oval), là dấu hiệu rõ ràng của việc căn chỉnh BGA và board bị lệch. Bi hàn bị "kéo giãn" (elongate) do sức căng bề mặt để cố gắng tạo kết nối luyện kim với pad, dẫn đến hình dạng bị méo.

6. Solder Splatter (Văng Hàn)

• Nguyên nhân: Là các bi hàn nhỏ li ti xuất hiện xung quanh khu vực BGA.

• Vấn đề: Chúng rất nguy hiểm vì có thể di chuyển trong quá trình sử dụng của bo mạch và gây ra chập mạch .

• Nguyên nhân: Thủ phạm chính thường là độ ẩm (humidity/moisture) trong kem hàn. Khi kem hàn không được đưa về nhiệt độ phòng trước khi reflow, hơi ẩm ngưng tụ và "nổ" trong lò, gây văng hàn .

7. Missing Balls (Mất Bi Hàn)

• Nguyên nhân: Dễ dàng phát hiện trên X-ray; bạn sẽ thấy pad hàn nhưng không thấy bi hàn (vòng tròn tối) .

• Nguyên nhân: Có thể do va đập cơ học làm rơi bi hàn , do chì không "ăn" (wet) vào pad , hoặc do stencil in kem hàn bị tắc (clogged) khiến không đủ kem hàn được in ra .

8. Coplanarity (Độ Đồng Phẳng)

• Nguyên nhân: Là một vấn đề phổ biến do căn chỉnh sai hoặc do hiện tượng "popcorning" (hơi ẩm bị kẹt trong BGA) gây ra.

• Vấn đề: Đây là một trong những lỗi khó chẩn đoán nhất vì nó đòi hỏi phải kiểm tra toàn bộ BGA, chứ không phải chỉ một vài bi hàn

Yêu Cầu Kỹ Thuật Của Máy X-ray

Một hình ảnh X-ray tốt sẽ cho thấy tất cả các bi hàn sụp xuống đồng đều, không có hở mạch hay chập mạch, và tỷ lệ void ở mức tối thiểu .

Tuy nhiên, để phát hiện các lỗi thách thức nhất như Head-in-Pillow và Open Circuit, bạn không thể chỉ dùng X-ray 2D thông thường. Bạn cần một hệ thống có các khả năng sau:

• Độ Phóng Đại (High Magnification) & Độ Phân Giải (High Resolution): Cần thiết để nhìn rõ các khe hở cực nhỏ giữa bi hàn và pad.

• Kiểm Tra 2.5D (Nhìn Nghiêng): cho phép nghiêng cảm biến hoặc mẫu vật. Nhìn BGA từ một góc nghiêng là cách duy nhất để xác nhận xem một bi hàn đã thực sự kết nối với pad hay chỉ nằm bên trên (Head-in-Pillow).

Kết Luận

Bất chấp các thách thức trong lắp ráp, ngành công nghiệp đã chứng kiến sự cải thiện đáng kể về năng suất (yield) khi chuyển từ các linh kiện có chân (leaded parts) sang BGA. Với sự đơn giản hóa quy trình sản xuất, có thể khẳng định rằng BGA sẽ tiếp tục được sử dụng rộng rãi. Do đó, đầu tư vào một hệ thống kiểm tra X-ray chất lượng cao không còn là một lựa chọn, mà là một yêu cầu bắt buộc để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm.

Hãy liên hệ với đội ngũ chuyên gia của chúng tôi để nhận được sự tư vấn

miễn phí và chuyên nghiệp

hoặc

Hotline 0839 54 9178 (Zalo/Mob)

Bạn quan tâm đến sản phẩm?
Cần báo giá sản phẩm hoặc dịch vụ?