BGA アセンブリ プロセス能力に関して慎重に検討する必要がある要素

BGA (ボール グリッド アレイ) アセンブリは、はんだ付けアセンブリ技術と完全に互換性があります。チップスケール BGA のピッチは 0.5mm、0.65mm、または 0.8mm であり、プラスチックまたはセラミック BGA コンポーネントは 1.5mm、1.27mm、1mm などのより広いピッチを備えています。ファイン ピッチの BGA パッケージは、ピン パッケージの IC (集積回路) よりも破損しやすく、BGA コンポーネントを使用すると、I/O ピンの特定の要件を満たすために接点を選択的に減らすことができます。 SMT（表面実装技術）実装に適用される最先端技術として、BGAパッケージは、ファインピッチおよびウルトラファインピッチ技術に適合するために急速に重要な選択となり、提供される信頼性の高い実装技術で高密度接続を実現し、このタイプのパッケージのますます多くのアプリケーション。

BGA組立におけるX線トモグラフィー検査装置の応用

ほとんどの PCB (プリント回路基板) メーカーと電子機器メーカーは、BGA コンポーネントが電子機器アセンブリに適用されるまで、製造プロセスに X 線検査を適用する必要性にあまり気付いていませんでした。 MVI（手動目視検査）やMDA（製造不良解析）、ICT（インサーキットテスト）、機能検査などの電気検査など、従来の検査方法で十分とされていました。しかし、これらの検査方法はすべて、空洞、コールドはんだ付け、スズはんだ付け不良などの隠れたはんだ接合の問題を見つけることができません。 X線検査システムは、隠れたはんだ接合部を検査し、製造プロセスの確立と制御、試作品の分析とプロセスの確認を支援できることが検証された検査ツールの一種です。 MDA、ICT、および AOI (自動光学検査) とは異なり、X 線検査システムは、短絡、開回路、キャビティ、および BGA はんだボールの位置合わせを確認し、プロセス品質を監視し、SPC (統計的プロセス制御) に即座にフィードバック データを提供することができます。

X線トモグラフィー検査装置は、はんだ接合部の画像をキャプチャして断層画像を生成し、はんだ接合部の自動解析とリアルタイムの断層撮影スキャンを実行できます。さらに、PCB ボードの両面にあるコンポーネントのすべてのはんだ接合部を数秒または 2 分以内に正確に比較分析し、はんだ接合部が認定されているかどうかを判断できます。

BGA アセンブリ プロセスとバリエーション ソース

X 線検査装置をより効果的に使用するためには、BGA アセンブリ プロセスの制御パラメータとパラメータ制御の制限を明確にする必要があります。 BGA の組み立てプロセスは、次の順序に従います:

BGA コンポーネントの共晶はんだボールが組み立てプロセス中にはんだペーストで組み立てられると、それらの位置は通常、液体はんだ錫のセルフアライメントによって修正されます。したがって、実装精度は、ファイン ピッチ リード コンポーネントほど重要ではないように思われます。また、BGA コンポーネント アセンブリ技術の主要な制御段階は、はんだペースト印刷とリフローはんだ付けです。さらに、はんだ接合部の形状とサイズの違いは、他の多くの要素にも関連しています。

すべてのばらつきをなくすことはほぼ不可能ですので、製造工程ごとのばらつきを抑えることが製造工程管理のポイントです。最終組立製品に対するさまざまなバリエーションの影響を慎重に分析し、定量的に処理する必要があります。 BGA コンポーネントから PCB アセンブリ プロセスまでの全プロセスを考慮すると、はんだ接合の品質に影響を与える主な要素は次のとおりです。
1.はんだボールの体積;
2. BGA コンポーネントのパッド サイズ;
3. PCBパッドサイズ;
4.はんだペースト量;
5.
6. リフローはんだ付け工程でのBGA部品の変形;
6.
7.リフローはんだ付け時のBGA実装部のPCB変形。
7.取付位置精度；
8．リフローはんだ温度曲線。

どのような検査装置を用いても、はんだ接合部の良否判定には根拠が必要です。 IPC-A-610C は、12.2.12 項目で BGA はんだ接合部の合格基準の定義を規定しています。優れた BGA はんだ接合には、滑らかで丸みがあり、エッジがクリアで、空洞がないことが必要です。すべてのはんだ接合部の直径、体積、グレー スケール、およびコントラストは、位置が揃っていて、ずれやねじれがない状態で同じでなければなりません。

BGA アセンブリ プロセス能力

以下の説明では、BGA コンポーネントのタイプを例として使用します。このタイプの BGA コンポーネントは、520 ピン、サイズ 2"x2" の PBGA (プラスチック ボール グリッド アレイ) コンポーネントであり、共晶はんだボールを特徴とし、無洗浄フラックスを利用しています。 6 シグマ プロセス能力分析を実装して、BGA の配置精度、はんだ接合部の開回路および短絡の発生確率をテストします。計算前の仮定は次のとおりです。
a. BGA コンポーネント パッドまたは PCB パッドに変化は生じません。
b. BGAコンポーネントは変形しない（リフローはんだプロセス）;
c.
リフローはんだ付け後のはんだ接合部の平均体積から平均偏差を求める。
d. BGAコンポーネントの重量は、浮力と表面張力によってバランスが取れていると仮定されます;
e.パッドと共晶はんだボールは、良好なはんだ付け性を備えている必要があります。
f.すべての分布は正規分布です。

• BGA の配置

BGA コンポーネントの実装には、標準の SMT 装置が使用されます。通常の実装装置は、BGA 共晶はんだボール イメージを認識でき、次のような配置プロセス機能を備えています。

上記のデータに基づくと、プロセス能力が 6sigma の場合、最大配置偏差は 6.53mil です。パッドの直径が28milなので、はんだペーストが溶融したときの表面張力に起因する部品のセルフアライメントのうち、配置のずれは無視できます。 BGA部品の配置工程に関しては、6sigmaレベルに準拠しています。

• 開回路のあるはんだ接合

アセンブリ プロセスでは、共晶ハンダ ボールの崩壊が不十分なため、ハンダ接合部が開く傾向があります。 520 ピンの PBGA に関する限り、共晶はんだボールは直径 30 ミルのボールで、標準偏差は 500 ミル ³ です。 （ボリューム参加あり）ボリュームは14,130mils ³ に規制 . BGA および PCB パッドの直径は 28mil で、はんだペーストの厚さは 6mil です。したがって、BGA はんだボール エッジの平均高さは約 24 ミルです。はんだボールの体積変動を反映した6σ能力が懸念されるため、

リフローはんだ付け後、はんだ接合部の平均体積によって決定されるはんだ接合サポートの高さは 19 ミルです。プロセス能力が 6sigma に設定されているため、はんだペーストの厚さは 4 ～ 8mil と測定されます。さらに、BGA はんだボールは 3 ミルのはんだペーストに崩壊し、次の計算データが得られます。
はんだボールの下のはんだペーストの最小厚 =3 ミル
最小崩壊 =7 ミル
最小組み込み崩壊 =10 ミル
開回路の発生を阻止するために生成される最小セキュリティ偏差 =2.2 ミル

上記のばらつきを一定の範囲に抑えることができれば、BGA リフローはんだ付けプロセスで 6sigma を達成できます。

残念なことに、BGA コンポーネントと PCB の変形は、通常、BGA リフローはんだ付けアセンブリ中にはんだ接合の高さの不一致につながります。 BGA コンポーネントと PCB パッドの特徴の違いは、プロセスのばらつきにつながります。全体として、すべてのバリエーションが考慮されていても、開いたはんだ接合部は依然として発生します。したがって、X 線検査システムを使用して、開いたはんだ接合部の欠陥検査を実行できます。

• はんだ接合ブリッジ (短絡)

同じ方法を使用して、はんだ接合部の短絡が組立工程能力に与える影響を推定できます。はんだ接合部は直径が異なり、測定データによると、各はんだ接合部の接合量は 12800 ～ 19250 ミル ³ の範囲です。 6sigmaプロセス能力の下。その結果、最小のはんだ接合サポートの高さは 15 ミルで、最大のはんだ接合直径は 38.5 ミルにもなります。 50mil ピッチの BGA コンポーネントでは、はんだ接合部のブリッジングはほとんど発生しません。

統計的工程管理分析

効果的な BGA アセンブリ プロセス制御により、はんだ接続に発生するばらつきが少なくなります。しかし、実際の組立工程では、通常、次のような変動が工程を変動させるため、一貫した監視が必要です。
1.はんだペーストの高さと量;
2. BGA部品の側接続部の直径;
3. PCBパッドの側面接続の直径;
4.接続部の中心結合径;
5.空洞の大きさと発生率;
6.ブリキのボール。

はんだペーストの厚さは X 線検査装置で監視でき、プロセスの変動ははんだ接合部の形状と一貫性に基づいて特定のレベル内に制御できます。

SMT007 マガジン 2018 年 5 月号に最初に掲載された、PCBCart 編集者の Dora Yang が執筆した記事。

PCBCart は専門的に BGA アセンブリを処理します

PCBCart は PCB アセンブリ サービスを長年提供しており、BGA アセンブリ プロジェクトで豊富な経験を持っています。 0.4mm 以上の BGA ピッチを処理でき、BGA ボール数は 2 ～ 50 です。PCB 数の要件に BGA アセンブリが含まれる場合は、実用的で費用対効果の高いソリューションについてお気軽にお問い合わせください。または、下のボタンをクリックして PCBA 見積もり依頼を送信することもできます。カスタム回路カード アセンブリのコストと解決策について、できるだけ早くご連絡いたします。

役立つリソース
• BGA パッケージ タイプの簡単な紹介
• BGA パッケージング技術の紹介
• BGA アセンブリの品質に影響する要因
• PCBCart のワンストップ生産サービスPCB の製造、コンポーネントの調達、ターンキー アセンブリをカバーします