キーワード: BGAアセンブリ

超大规模集積回路（IC）の急速な発展に伴い、既存のパッケージタイプは電子機器アセンブリの要求を満たせなくなり、より高い集積度、より小さな基板占有面積、より多いI/O数を求める需要の高まりの結果、新しいパッケージが出現しました。上述の新しいパッケージ形態の中で、BGA（ボール・グリッド・アレイ）パッケージは、その多様性により従来のパッケージに見られた多くの制約を克服するため、最も広範な応用分野を持つ主要なタイプです。はんだ付け技術の観点では、BGAパッケージはQFP（クワッド・フラット・パッケージ）などの従来のパッケージと非常に似ています。それにもかかわらず、ピンがはんだボールに置き換えられたことで、電子機器アセンブリに革命がもたらされ、CSPなどの派生パッケージが導入されました。BGAアセンブリのはんだ付けは、従来のSMT（表面実装技術）と統合されており、標準的なSMTアセンブリ装置を使用して実施することができます。

ボール・グリッド・アレイ（BGA）は、部品の下側にはんだボール接続を持つ表面実装パッケージです。BGAは他のパッケージ方法よりも高い接続子密度を持ちますが、表面実装技術（SMT）アセンブリでは成功裏にはんだ付けすることが難しい場合があります。

BGA（ボール・グリッド・アレイ）の使用は、SMT（表面実装技術）/ SMD（表面実装デバイス）の実務者が0.3mmピッチのQFP（クワッド・フラット・パッケージ）ではSMTの品質達成が不可能であると気付く際、アセンブリ不良を大幅に削減します。システム理論によれば、プロセス技術の難易度を下げることは、問題を可能な限り迅速に解決し、製品品質をより容易に管理可能にすることにつながります。これは、BGA部品の検査が実施困難であるにもかかわらず、現代製造の概念と一致しています。このブログでは、実際の量産を用いて、BGA部品に対するSMTアセンブリ方法をあらゆる方向から検証・分析します。

BGAパッケージの概要

長所

BGA部品には様々な利点があります：

• 周辺リード部品よりも多くの相互接続が可能
• 周辺リード部品よりも占有面積が小さい
• 接続長が短い
• ダイとワイヤーボンドの保護

課題

しかしながら、BGAはんだ付けはプロセス上の問題を提示します

• はんだ接合部が容器の下に埋もれている。
• 高密度なパッケージ占有面積がはんだペースト印刷を制限する
• 大型BGAの熱容量がプロファイリングに影響を与える
• 基板の反りや共平面性に敏感
• 堅牢なBGAはんだ接合部には注意深いプロセス制御が必要

BGA部品に対するSMTアセンブリプロセスの主な特徴

前処理

一部のBGA部品は湿気の影響を受けにくいですが、低温焼成は有害な影響がないことが証明されていないため、すべての部品は125°Cで焼成すべきです。これはSMTアセンブリの準備が整ったベアプリント基板にも有効です。結局のところ、湿気を最初に対処することで、はんだボールの欠陥が少なくなり、はんだ付け性が向上します。

はんだペースト印刷

私のアセンブリの専門知識によれば、はんだペースト印刷は通常、ピッチが0.8mm以上のBGA部品およびピッチが0.5mmのQFP部品では実行が簡単です。しかし、一部のはんだボールが十分なはんだペースト印刷を受けられず、はんだ付け位置ずれや短絡を引き起こしたために、手作業で錫を修正する必要がある状況も発生する可能性があります。

とはいえ、0.8mmピッチのBGA部品の方が0.5mmピッチのQFP部品よりもはんだペーストの印刷が容易であるとは考えられていません。0.5mmピッチのQFPにおける水平印刷と垂直印刷の違いは、機械的に説明可能であり、多くのエンジニアが認識していると考えられます。したがって、特定のプリンターは45度での印刷が可能です。印刷がSMT実装において重要な役割を果たすという考え方に基づけば、十分な注意を払うべきです。

実装とマウント

実際の実装経験によると、物理的特性により製造適合性が高いため、0.5mmピッチのQFP部品よりもBGA部品の方がマウントが容易です。しかし、SMT実装プロセス全体で我々が直面する最大の問題は、30mm以上の回路基板上に部品を配置する際にゴムリングを備えた大型ノズルを使用した場合の部品への振動です。研究に基づくと、これは過剰なマウント強度によるノズル内の圧力が高すぎることが原因で発生すると考えられており、適切な調整により解消できる可能性があります。BGA部品は、はんだの表面張力により、はんだ付けプロセス中に明らかな自己位置決め効果を示します。そのため、一部の設計者は、マウント位置がずれた場合にBGA部品が自己リセットできるように、自己位置決め効果をより明確にする目的で、BGAパッド設計において四隅のパッドを意図的に拡大しています。

はんだ付け

熱風を用いたリフローはんだ付けは、SMT実装プロセス内では通常の手順ではなく、独特の技術として分類されるかもしれません。BGA実装部品は、標準的な時間・温度曲線と同等ではあるものの、リフローはんだ付けに関しては、従来のSMD部品の大半とは異なります。BGA部品のはんだ接合部は部品の下部、部品本体とプリント基板の間に位置しています。これは、BGA部品が、ピンが部品本体の周囲に位置する典型的なSMD部品よりも、はんだ接合部の影響をはるかに大きく受けることを意味します。少なくとも、それらは加熱された空気に直接さらされます。熱抵抗の計算と実践は、BGA部品本体の中間部分にあるはんだボールが、熱遅延、中程度の温度上昇、および低い最高温度を経験することを示しています。

検査

BGA部品の物理的構造により、目視検査では隠れたはんだ接合部の検査要求を満たすことができません。したがって、気孔、ボイド、ショート、はんだボール欠けなどのはんだ付け欠陥を検出するには、X線検査が必要です。X線検査の唯一の欠点は、そのコストの高さです。

リワーク

BGA部品の広範な使用と、個人向け通信機器への電子製品の採用により、BGAリワークの重要性は高まっています。しかし、QFP部品とは異なり、BGA部品は一度回路基板から取り外されると再利用できません。

BGAパッケージング技術がSMT実装の標準となった今、その技術的複雑さを決して過小評価してはならず、本記事で議論された主要な側面は徹底的かつ正確に評価され、懸念事項は論理的に解決される必要があります。電子機器の契約製造業者またはアセンブラーを選ぶ際には、専門的な製造ラインと、本格的な実装能力および設備を備えていることを確認してください。

BGA実装プロセスにおいては、静電気保護とBGA部品のベーキングも考慮すべき追加要素です。BGA部品は通常、静電気保護を提供する特別な容器を必要とします。プリント基板実装プロセス中には、設備の接地、スタッフ管理、環境管理を含む、厳格な静電気保護対策を実施すべきです。

結論

要約すると、ボールグリッドアレイ製品は接続密度を大幅に改善しますが、独特のはんだ付けプロセスの問題を抱えています。高品質のBGAはんだ接続は、精密プリント、正しい組み立て、最適なリフロー、耐性のある基板設計、取り扱い管理、包括的な検査という7つのステップに従うことで得られます。高度なパッケージが増えるにつれ、許容できる歩留まりと信頼性を達成するためには、さらなるプロセスの革新が必要となるでしょう。EFPCBは、世界中のクライアントからのプリント基板実装の要求を管理する長年の専門知識を持ち、BGA実装部品を含む、事実上あらゆる種類の部品を回路基板にはんだ付けすることができます。新しいパッケージ形態の中で、BGA（ボールグリッドアレイ）パッケージは、その多様性により、従来のパッケージに見られる多くの制約を克服し、最も広い応用分野を持つ主要なタイプです。