Các chuyên gia trong lĩnh vực ngành Mạch in (PCB) đều quá quen thuộc với các khuyết tật hàn phổ biến như hiện tượng " tombstoning " và "head-in-pillow". Những khuyết tật này gây ra rủi ro đáng kể đối với hiệu suất của cả các linh kiện bị ảnh hưởng lẫn chính các bảng mạch.
Trong các cuộc trò chuyện với khách hàng, tôi nhận thấy thuật ngữ dùng để chỉ các loại lỗi này thường bị hiểu nhầm. Mọi người thường gộp cả hai vào một danh mục chung. Tôi thậm chí còn gặp trường hợp khách hàng gọi lỗi "đầu gối gối" là “tombstoning”. Điều này gây ra sự nhầm lẫn vì các lỗi này có nguyên nhân khác nhau và các khuyến nghị khắc phục sự cố cũng khác biệt.
Cả hai loại lỗi này đều liên quan đến việc thiếu tiếp xúc và hàn giữa hai bề mặt của cụm linh kiện, dẫn đến sự hiểu lầm này. Bài viết này sẽ trình bày rõ ràng các đặc điểm của từng loại lỗi, nhằm cung cấp cho bạn nền tảng kiến thức cần thiết để chẩn đoán các lỗi một cách hiệu quả và chính xác.
Tombstoning là gì?
Hiệu ứng “Tombstoning” có thể được coi là một trong những khuyết tật dễ nhận thấy nhất trong quá trình sản xuất PCB. Khi quan sát khuyết tật này, bạn sẽ thấy một linh kiện đứng thẳng đứng trên một cạnh, trông giống như một bia mộ trong nghĩa trang.
Hiện tượng này chủ yếu xảy ra trên các linh kiện thụ động nhỏ, và nguyên nhân chính là do sự thấm ướt không đồng đều trên các điểm hàn. Nếu một điểm hàn bị thấm ướt trước điểm còn lại, lực căng bề mặt của điểm hàn đã thấm ướt sẽ kéo linh kiện. Lực này khiến linh kiện bị nâng lên, cản trở việc hình thành mối hàn hoàn chỉnh trên điểm hàn đối diện.
(Lưu ý: Hình 4.1 và 4.2 trong cuốn “Hướng dẫn về các khuyết tật hàn dành cho thợ lắp ráp mạch in” đã minh họa điều này rất rõ ràng.)
Khắc phục sự cố hiện tượng “Tombstoning”
Chúng tôi áp dụng nhiều phương pháp khắc phục sự cố khác nhau để giải quyết hiện tượng “tombstoning”. Thiết kế pad là một trong những yếu tố đầu tiên chúng tôi xem xét trong quá trình điều tra. Nếu các pad của các linh kiện bị ảnh hưởng có kích thước hoặc hình dạng khác nhau, điều này có thể góp phần gây ra sự phân bố không đồng đều của lực căng bề mặt tác động lên linh kiện. Chúng tôi thường khuyến nghị đảm bảo các pad có kích thước và hình dạng tương tự nhau để giảm thiểu các lực đối kháng này.
Việc điều chỉnh quy trình hàn lại cũng có thể giúp giảm thiểu tần suất xảy ra hiện tượng “tombstoning”. Việc áp dụng đường cong vai hoặc giai đoạn ngâm ngắn có thể giúp đảm bảo rằng cả hai điểm tiếp xúc liên quan đến linh kiện bị ảnh hưởng đều được phủ hàn cùng lúc.
“Head-in-Pillow” là gì?
Khác với khuyết tật dạng “tombstoning”, các khuyết tật dạng “head-in-pillow” nổi tiếng là rất khó phát hiện bằng mắt thường. Để xác định chính xác vị trí của chúng, thường phải tiến hành kiểm tra bằng tia X hoặc cắt ngang.
Lỗi này chủ yếu xảy ra trên các BGA và xuất hiện khi hạt hàn trên BGA không thể kết dính với lớp bột hàn trên bảng mạch in (PCB). Sự cong vênh của BGA là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này. Trong quá trình hàn lại, BGA nóng lên và bị cong, điều này có thể gây ra sự tách rời giữa các quả cầu hàn trên BGA và lớp bột hàn.
Khi quá trình nung lại hoàn tất và BGA nguội đi, mức độ cong vênh sẽ giảm bớt. Các hạt hàn và lớp bột hàn cuối cùng sẽ tiếp xúc lại với nhau. Tuy nhiên, mặc dù hàn đã tan chảy trong quá trình nung lại, bề mặt hàn thường bị oxy hóa quá mức khi chúng tiếp xúc lại. Điều này ngăn cản hàn kết dính và tạo ra mối hàn đủ chắc chắn. Kết quả là xuất hiện một khe hở giữa hạt hàn và lớp bột hàn, giống như khi một người gối đầu lên gối.
(Lưu ý: Hình 3.1 trong cuốn “Hướng dẫn về các khuyết tật hàn dành cho thợ lắp ráp mạch in” là một tài liệu tham khảo hữu ích trong trường hợp này.)
Khắc phục sự cố với tư thế “đầu gối lên gối”
Các khuyến nghị khắc phục sự cố nhằm giảm thiểu lỗi “head-in-pillow” tập trung vào việc giảm khoảng cách giữa các hạt hàn BGA và các lớp bột hàn trên bảng mạch in (PCB).
- Hiệu suất in: Đảm bảo hiệu suất chuyển giao hiệu quả trong quá trình in giúp tránh sự chênh lệch lớn giữa các hạt hàn và bột hàn trước khi nung lại.
- Tối ưu hóa quá trình nung lại: Một phương pháp khác là tối ưu hóa đường cong nhiệt độ nung lại để giảm thiểu hiện tượng cong vênh của BGA. Bạn có thể thực hiện điều này bằng cách giảm nhiệt độ và thời gian ở trên nhiệt độ lỏng (TAL) để ngăn linh kiện bị quá nóng trong giai đoạn nung lại.
- Lựa chọn vật liệu: Ngoài ra, một số loại bột hàn cụ thể, chẳng hạn như Indium10.8HF của Indium Corporation®, đã được phát triển với các đặc tính giúp giảm tần suất xuất hiện lỗi “head-in-pillow”.
Mặc dù rất khó phát hiện, nhưng bạn có thể khắc phục các khuyết tật do đầu chạm gối bằng cách điều chỉnh quy trình và vật liệu một cách cụ thể.
Kết luận
Các hiện tượng “Head-in-Pillow” và “tombstoning” thường được dùng thay thế cho nhau, nhưng đây là hai hiện tượng hoàn toàn khác nhau trên bảng mạch in (PCB) và đòi hỏi các bước khắc phục sự cố riêng biệt. Trong khi hiện tượng “tombstoning” thường xuất hiện ở các linh kiện nhỏ chịu lực bám dính không đồng đều, thì hiện tượng “Head-in-Pillow” chủ yếu xảy ra ở các linh kiện BGA bị cong vênh trong quá trình hàn lại.
Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa hai loại lỗi này sẽ giúp tối ưu hóa quá trình giao tiếp giữa khách hàng và nhà sản xuất. Đảm bảo cả hai bên đều có chung nhận thức sẽ giúp bạn khắc phục thành công những vấn đề này càng sớm càng tốt. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm, hãy tham khảo "Hướng dẫn Green Light về việc loại bỏ các khuyết tật hàn và sản xuất trong lắp ráp mạch in" dưới dạng kỹ thuật số hoặc mua một bản trên Amazon.
