X-ray Inspection สำหรับ BGA/QFN PCBA: วาง Sampling, Void Limit และเกณฑ์รับงานอย่างไร

Hidden joint ทำให้ AOI เก่งแค่ไหนก็ยังไม่พอ

X-ray inspection คือการตรวจสอบแบบไม่ทำลายชิ้นงานที่ใช้รังสีเอกซ์ดูโครงสร้างภายในของ solder joint, via, void, bridge และ component package ที่กล้องปกติมองไม่เห็น สำหรับ PCBA ที่มี BGA, QFN, LGA, bottom-terminated component หรือ connector shield การตรวจด้วยตาและ AOI จะเห็นเพียงตำแหน่งด้านนอก แต่ไม่เห็น joint ใต้ตัวถัง

AXI หรือ Automated X-ray Inspection คือระบบ X-ray ที่ใช้โปรแกรมวิเคราะห์ภาพและเกณฑ์วัดซ้ำได้ เช่น void percentage, ball shape, bridge risk, missing ball และ solder coverage เครื่อง AXI ไม่ได้แทน process engineer เพราะภาพ X-ray ยังต้องตีความร่วมกับ package datasheet, IPC class, reflow profile และผลทดสอบไฟฟ้า

BGA คือ package ที่ใช้ solder ball เป็นจุดเชื่อมต่อใต้ตัว IC ส่วน QFN คือ package ไร้ขาที่มี pad อยู่ใต้ตัวถังและมักมี thermal pad ตรงกลาง ทั้งสองกลุ่มทำให้ defect จำนวนมากซ่อนอยู่ใต้ชิ้นส่วน ถ้าไม่มีแผน X-ray PCB Inspection ที่ชัด defect จะไปโผล่ตอน functional test, burn-in หรือ field return แทน

บทความนี้เขียนให้ engineer, quality manager และทีมจัดซื้อที่กำลังผ่าน prototype แล้วเข้าสู่ NPI หรือ production repeat order เป้าหมายไม่ใช่บอกว่า "ต้อง X-ray ทุกงาน" แต่ช่วยตอบคำถามตรงกว่า: package ไหนต้อง X-ray 100%, package ไหนใช้ sampling ได้, void limit ควรระบุอย่างไร, และเมื่อพบ defect ต้องหยุดไลน์เมื่อไร

มาตรฐานที่ควรใช้เป็นภาษากลาง ได้แก่ IPC electronics standards สำหรับ IPC-A-610 และ IPC-J-STD-001, แนวคิด non-destructive testing สำหรับการตรวจโดยไม่ทำลายชิ้นงาน, และบริบทของ X-ray เมื่อต้องอธิบายข้อจำกัดด้านภาพและความหนาแน่นวัสดุให้ทีมจัดซื้อเข้าใจ

TL;DR

• ใช้ X-ray กับ hidden joint ที่ AOI ไม่เห็น เช่น BGA, QFN, LGA และ shielded connector
• Pilot lot ควร X-ray หนาแน่นกว่า production เพื่อหา process window ก่อนลด sampling
• Void limit ต้องแยกตาม package, thermal pad, signal ball และข้อกำหนดลูกค้า
• IPC-A-610 และ IPC-J-STD-001 เป็นภาษากลาง แต่ไม่แทน drawing note เฉพาะงาน
• Reaction rule ต้องบอกว่า fail กี่ชิ้นแล้วหยุดไลน์, quarantine หรือเปิด rework

"X-ray ที่ดีไม่ใช่การถ่ายภาพสวยที่สุด แต่คือการตอบให้ได้ว่า defect นี้กระทบไฟฟ้า ความร้อน หรือความน่าเชื่อถือจริงไหม และต้องหยุด lot ตรงไหน"

— Hommer Zhao, Technical Director

กรณีโรงงาน: QFN void ไม่ล้ม functional test แต่ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น 11°C

ในเดือนเมษายน 2026 ทีมเรา review pilot lot สำหรับ industrial motor controller จำนวน 800 ชิ้น บอร์ดขนาด 112 x 86 มม. มี 438 SMT placements, BGA 0.8 มม. 2 ตัว, QFN power driver 6 x 6 มม. 4 ตัว และ MOSFET package ที่ต้องระบายความร้อนผ่าน thermal pad ลูกค้าระบุ IPC-A-610 Class 2 และ IPC-J-STD-001 แต่ RFQ เขียนเพียง "X-ray BGA" โดยไม่พูดถึง QFN

ล็อตแรกใช้ SMT Assembly พร้อม AOI 100%, functional test 100% และ X-ray เฉพาะ BGA 20 ชิ้นแรก ผลทดสอบไฟฟ้าผ่าน 792 จาก 800 ชิ้น แต่ระหว่าง burn-in 55°C นาน 4 ชั่วโมง พบ driver zone ของ 37 ชิ้นร้อนกว่า baseline 9-13°C เราจึงสุ่ม X-ray QFN เพิ่ม 80 ชิ้นและพบ thermal pad void เฉลี่ย 38% ในกลุ่มที่ร้อนกว่า ขณะที่กลุ่มปกติอยู่ราว 16-22%

หลังเปิด 8D เบื้องต้น เราปรับ stencil aperture ของ thermal pad เป็น window pane 4 ช่อง, ลด paste coverage จาก 78% เหลือ 62%, เพิ่ม soak control ใน reflow profile และเพิ่ม X-ray QFN 100% สำหรับ 200 ชิ้นแรกของล็อตถัดไป ผลล็อตที่สอง 1,200 ชิ้นพบ QFN void เฉลี่ย 19%, ไม่มี driver zone เกิน baseline +5°C และ rework ลดจาก 4.6% เหลือ 0.8%

บทเรียนจากเคสนี้คือ functional test ไม่ใช่หลักฐานว่า hidden joint ปลอดภัยเสมอไป เพราะ void อาจไม่ทำให้วงจร fail ทันที แต่ลด thermal margin และเร่ง aging ใน field ได้ ถ้า RFQ ระบุ X-ray เฉพาะ BGA โดยละเลย QFN power package ทีมคุณอาจพลาด defect ที่กระทบอายุการใช้งานมากกว่า BGA เสียอีก

BROKE สำหรับ X-ray inspection plan

Background คือผู้อ่านที่กำลังตัดสินใจเลือก supplier หรือกำลังล็อก control plan สำหรับ PCBA ที่มี hidden joint ในงาน ยานยนต์, การแพทย์และสุขภาพ, telecom module, industrial controller หรือ power electronics ที่ defect หลังส่งมอบมีต้นทุนสูงกว่าการตรวจตั้งแต่ NPI หลายเท่า

Role คือ senior factory engineer ที่ทำงานกับ stencil, SPI, reflow, AOI, X-ray, functional test และ failure analysis มากกว่า 15 ปี Objective คือช่วยคุณเขียน X-ray requirement ที่ supplier ปฏิบัติได้จริง ไม่ใช่ประโยคกว้าง ๆ ที่ทุกฝ่ายตีความต่างกัน

Key result หลังอ่านจบควรเป็น decision criteria 7 กลุ่ม: package risk, sampling level, void limit, image angle, measurement method, reaction rule และ record retention คุณควรแยกได้ว่า BGA critical ต้อง X-ray กี่เปอร์เซ็นต์, QFN thermal pad ใช้ limit แบบใด, และเมื่อพบ bridge หรือ void เกิน limit ต้อง hold งานเท่าไร

ส่วนที่อ่อนที่สุดของ RFQ จำนวนมากคือเขียนว่า "X-ray inspection required" โดยไม่บอก package, class, sample size หรือ acceptance rule ประโยคที่ใช้ได้จริงกว่า คือ "BGA U3/U8 X-ray 100% for first 50 boards then 10% per lot if no defect; QFN U12/U15 thermal pad void average below 25%, max single void below 10%; reject solder bridge, missing ball, head-in-pillow; record images for failed serial numbers and first article."

ตารางเลือก X-ray coverage ตามความเสี่ยงของ package

ตัวเลขในตารางเป็น baseline สำหรับเริ่มคุยกับ supplier ไม่ใช่ universal rule งาน Class 3, งาน safety critical หรืออุปกรณ์ที่เข้าถึงยากหลัง Box Build อาจต้อง X-ray 100% นานกว่า งาน consumer prototype ที่ rework ได้ง่ายอาจใช้ sampling ต่ำกว่าได้ แต่ต้องอธิบายเหตุผลด้วย risk assessment

กำหนด void limit ให้แยกตามหน้าที่ของ pad

Void คือโพรงอากาศหรือช่องว่างใน solder joint ที่เห็นเป็นพื้นที่สว่างหรือมืดต่างจาก solder รอบข้างในภาพ X-ray ปัญหาคือ void ไม่ได้แปลว่า reject ทุกครั้ง Ball บางลูกใน BGA อาจมี void เล็กแต่ไม่กระทบไฟฟ้า ในขณะที่ QFN thermal pad ที่มี void รวม 40% อาจทำให้อุณหภูมิ junction สูงขึ้นจนลดอายุการใช้งาน

สำหรับ BGA signal ball หลายโรงงานเริ่มจากการ reject bridge, open, missing ball, non-wet และ head-in-pillow ก่อน แล้วค่อยกำหนด void limit ตาม customer requirement หรือ package datasheet หากไม่มี requirement เฉพาะ อย่าเขียนตัวเลขเดียวครอบทุก ball เพราะ power/ground ball, corner ball และ thermal ball มี risk profile ต่างกัน

สำหรับ QFN thermal pad ควรระบุทั้ง average void และ max single void เช่น average ต่ำกว่า 25-30% และ single void ต่ำกว่า 10-15% เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับงานทั่วไป แต่ power driver, RF power, LED driver หรือ medical sensor อาจต้องเข้มกว่าและต้องยืนยันด้วย thermal test จริง

"ผมไม่ชอบ void limit แบบตัวเลขเดียวทั้งบอร์ด เพราะมันทำให้ supplier ไล่แก้ joint ที่ไม่กระทบอะไร แต่ปล่อย thermal pad ที่ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นจริง"

— Hommer Zhao, Technical Director

Sampling plan: เริ่มหนักใน NPI แล้วลดด้วยข้อมูล ไม่ใช่ลดเพราะค่าเครื่องแพง

ช่วง NPI ควรใช้ X-ray เพื่อเรียนรู้ process window มากกว่าจับ defect อย่างเดียว จุดที่ควรเพิ่ม coverage ได้แก่ บอร์ดแรกหลัง setup, หลังเปลี่ยน stencil, หลังเปลี่ยน paste lot, หลังปรับ reflow profile, หลังเปลี่ยน operator shift และหลัง rework hidden package

สำหรับ pilot 50-500 ชิ้น ผมมักเริ่มด้วย BGA critical 100%, QFN thermal critical 100% ใน 30-50 ชิ้นแรก และ sampling อย่างน้อย 10-20% หลัง parameter นิ่ง ถ้า defect rate ต่ำกว่า 0.5% ต่อเนื่อง 3 lot และ SPI/AOI/reflow data นิ่ง จึงค่อยลด sampling เป็น 5-10% ต่อ lot ได้

การลด sampling ต้องผูกกับ trigger เพิ่มกลับ เช่น เปลี่ยน component lot, เปลี่ยน solder paste, reflow zone drift เกิน 3°C, SPI volume Cpk ต่ำกว่า 1.33, AOI พบ bridge trend หรือ functional test fail เกี่ยวกับ power/thermal node ถ้าไม่มี trigger เหล่านี้ sampling plan จะกลายเป็นพิธีกรรมที่ไม่ช่วยจับ process drift

วิธีอ่านภาพ X-ray โดยไม่รีบสรุปผิด

ภาพ X-ray เป็น projection ของโครงสร้างสามมิติลงบนภาพสองมิติ วัสดุหนาแน่นสูง เช่น copper, solder, shield can และ component leadframe อาจซ้อนกันจนตีความยาก การถ่ายมุมเดียวอาจทำให้ bridge บางชนิดดูเหมือน void หรือทำให้ void ใต้ thermal pad ถูกบังด้วย copper plane

สำหรับ BGA ควรดู ball diameter consistency, shape, spacing, offset, bridge, missing ball และ pattern ที่เกิดซ้ำตามแถว หาก defect เกิดซ้ำในตำแหน่งเดียวกันของหลายบอร์ด ให้สงสัย stencil, placement, warpage หรือ reflow มากกว่า defect แบบสุ่ม

สำหรับ QFN ให้ดู thermal pad แยกจาก perimeter pad เสมอ ถ้าภาพเห็น void ใหญ่ตรงกลาง thermal pad แต่อุณหภูมิและ functional data ยังปกติ อาจต้องใช้ cross-section หรือ thermal measurement ยืนยันก่อนตัดสินใจ rework ทั้ง lot การ rework QFN จำนวนมากโดยไม่มี root cause อาจทำให้ pad lift หรือ solder mask damage มากกว่า defect เดิม

เชื่อม X-ray กับ SPI, reflow และ functional test

X-ray ไม่ควรถูกวางเป็นด่านเดี่ยวท้ายไลน์ ถ้า X-ray พบ QFN void สูง ต้องย้อนดู solder paste volume จาก SPI, stencil aperture, reflow soak, peak temperature และ component bottom metallization ถ้า X-ray พบ BGA bridge ต้องดู placement force, ball collapse, board warpage และ paste deposit ร่วมกัน

ในงาน ICT Fixture vs Flying Probe การทดสอบไฟฟ้าจับ open/short ได้ดี แต่ไม่บอกทุกครั้งว่า joint ใต้ package จะอยู่รอดหลัง thermal cycle หรือ vibration หรือไม่ ส่วน First Article Inspection ควรรวมภาพ X-ray ของ package critical ไว้ใน record แรก เพื่อใช้เทียบเมื่อ process drift ใน lot ถัดไป

ถ้าพบ defect ซ่อนอยู่หลัง reflow ให้แยก board disposition อย่างน้อย 4 กลุ่ม: pass, monitor, rework และ scrap กลุ่ม monitor อาจผ่าน functional test แต่มี void ใกล้ limit ต้องเก็บ serial number และติดตาม burn-in หรือ thermal data เพิ่ม กลุ่ม rework ต้องผ่าน PCBA Rework และ Repair พร้อม X-ray หลังซ่อม 100%

คำถาม audit supplier ก่อนปล่อย PO

1. เครื่อง X-ray เป็น 2D, 2.5D หรือ CT และ resolution เหมาะกับ pitch ต่ำสุดของบอร์ดหรือไม่
2. มี fixture หรือ program แยกตาม product, package และ revision หรือใช้ manual view ทุกครั้ง
3. Supplier บันทึกภาพของ first article, failed unit และ reworked unit อย่างไร
4. Void percentage วัดด้วย software threshold หรือ operator estimate
5. ใครมีอำนาจหยุดไลน์เมื่อพบ bridge, missing ball หรือ void เกิน limit
6. มี reaction plan เมื่อ defect เกิดซ้ำ 2-3 ชิ้นติดกันหรือไม่
7. X-ray result ผูกกับ serial number, paste lot, reflow profile และ SPI data ได้หรือไม่
8. หลัง rework BGA/QFN มี limit จำนวนรอบความร้อนและ X-ray 100% หรือไม่

คำตอบที่ดีต้องมีภาพตัวอย่าง, record และ work instruction ไม่ใช่คำตอบว่ามีเครื่อง X-ray อยู่ในโรงงาน เพราะเครื่องที่ไม่มี criteria และ reaction rule จะกลายเป็นเพียงภาพประกอบในรายงาน

"เวลาผม audit โรงงาน ผมไม่ได้ถามแค่ว่ามี X-ray ไหม ผมขอดู failed image, disposition record และตัวอย่างที่ operator ตัดสินใจหยุดไลน์ เพราะตรงนั้นบอก maturity ของ process ได้ชัดกว่า brochure"

— Hommer Zhao, Technical Director

FAQ: คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ X-ray inspection ใน PCBA

BGA ทุกตัวต้อง X-ray 100% หรือไม่?

ไม่จำเป็นเสมอไป แต่ใน NPI หรือ lot แรกควร X-ray 100% สำหรับ BGA critical อย่างน้อย 30-50 บอร์ดแรก หลัง defect rate ต่ำกว่า 0.5% ต่อเนื่องหลาย lot และ reflow data นิ่ง อาจลดเป็น 10-20% ต่อ lot ได้ ยกเว้นงาน safety critical หรือ Class 3 ที่ลูกค้ากำหนดเข้มกว่า

QFN void เท่าไรถึง reject?

ไม่มีตัวเลขเดียวสำหรับทุก QFN แต่ thermal pad ของงานทั่วไปมักเริ่มคุยที่ average void ต่ำกว่า 25-30% และ max single void ต่ำกว่า 10-15% หากเป็น power driver, RF power หรืออุปกรณ์การแพทย์ ต้องยืนยันด้วย thermal measurement และ requirement ของลูกค้า ไม่ควรใช้ตัวเลขจากบอร์ดอื่นโดยตรง

X-ray แทน functional test ได้ไหม?

แทนกันไม่ได้ X-ray ตรวจ hidden solder joint, void, bridge และ alignment ส่วน functional test ยืนยันวงจรทำงานตาม spec ในระดับไฟฟ้า งาน PCBA ที่มี BGA หรือ QFN critical ควรใช้ทั้งสองแบบร่วมกัน โดยเฉพาะ pilot lot 100-1,000 ชิ้น

IPC-A-610 บอก void limit ของทุก package หรือไม่?

IPC-A-610 ให้เกณฑ์ workmanship และภาษาร่วมเรื่อง acceptance แต่ drawing, customer requirement และ component datasheet ยังต้องกำหนดรายละเอียดเฉพาะ เช่น QFN thermal pad void, BGA sampling, X-ray angle และ record retention IPC-J-STD-001 ช่วยเชื่อม requirement เข้ากับ process control ในการบัดกรี

ถ้า X-ray พบ void สูงแต่บอร์ดผ่าน test ควร rework ทันทีไหม?

ไม่ควรรีบ rework ทั้ง lot โดยไม่มี risk review ให้แยก serial number, เทียบ thermal data, ดูตำแหน่ง void และตรวจว่าเกิน limit ที่ตกลงไว้หรือไม่ หาก void อยู่บน thermal pad ของ power package และอุณหภูมิสูงกว่า baseline เกิน 5-10°C ควร quarantine และทำ root cause ก่อนปล่อยงาน

ต้องเก็บภาพ X-ray นานแค่ไหน?

ขึ้นกับอุตสาหกรรมและสัญญาลูกค้า งานทั่วไปอาจเก็บภาพ first article, failed unit และ reworked unit ตาม lot record 1-3 ปี แต่งาน automotive หรือ medical อาจต้องเก็บนานกว่านั้นตาม control plan, device history หรือ PPAP-related requirement ระบุให้ชัดตั้งแต่ RFQ

สรุปและ pre-publish self-check

X-ray inspection ให้คุณมองเห็น defect ที่ AOI และ functional test อาจจับช้าเกินไป แต่คุณค่าจริงมาจาก sampling plan, void limit, reaction rule และการเชื่อมข้อมูลกับ SPI/reflow/test ไม่ใช่จากการมีเครื่อง X-ray เพียงอย่างเดียว

Pre-publish self-check สำหรับบทความนี้: มี first-hand factory scenario พร้อมจำนวน 800 และ 1,200 ชิ้น, มีตัวเลข void 38% เทียบกับ 16-22% และผลอุณหภูมิ +9-13°C, มีมาตรฐาน IPC-A-610 กับ IPC-J-STD-001, มี H2/H3 ตารางและ FAQ, และให้ decision framework ที่ใช้ audit supplier ได้จริง

ถ้าคุณกำลังเตรียมงานที่มี BGA, QFN, LGA หรือ hidden joint ทีม WellPCB Thailand ช่วยวาง X-ray PCB Inspection, SMT Assembly, บริการทดสอบและตรวจสอบ และแผน rework ได้ตั้งแต่ก่อน pilot lot ส่งไฟล์ผ่าน หน้า Contact หรือ ขอใบเสนอราคา เพื่อกำหนด sampling และ acceptance criteria ก่อนเริ่มผลิตจริง