BGA アセンブリの品質に影響する要因

非常に大規模な集積回路 (IC) の急速な開発に伴い、エレクトロニクス アセンブリの需要は、従来のパッケージ タイプでは決して満たすことができず、より高い整合性、より小さな基板サイズ、およびより高い I に関する要求が奨励されているため、新しいパッケージが登場しています。 /O カウント。上記のすべての新しいタイプのパッケージの中で、BGA (ボール グリッド アレイ) パッケージは、従来のパッケージの特徴である複数の制限を打ち破る多様性により、最も幅広いアプリケーション フィールドを持つ主要なタイプです。はんだ付け技術に関する要素の観点からは、BGA パッケージは従来のパッケージ、たとえば QFP (Quad Flat Package) とほとんど変わりません。それにもかかわらず、ピンははんだボールに置き換えられます。これは、エレクトロニクス アセンブリの革命と見なすことができ、CSP (チップ スケール パッケージ) などの派生パッケージの出現を早めます。現在、BGA はんだ付けは従来の SMT (表面実装技術) を適用して実装する必要があり、BGA はんだ付けは通常の SMT アセンブリ装置で実行できます。この記事では、BGA パッドの設計、はんだペーストの印刷、取り付け位置合わせの精度、はんだ付けの温度曲線、はんだ付けの欠陥など、BGA アセンブリ技術の適用に影響を与えるいくつかの要因について説明します。

BGA パッド設計の実現可能性

BGA パッケージは、異なるピッチに基づいていくつかの分類に分類されます。一般的に言えば、BGA パッドの設計では、CAD トレースの実現可能性と PCB (プリント回路基板) の製造可能性を最初に考慮する必要があります。 BGAパッドも多数の種類があり、スペースが許せば自由に選択できますが、一般的に使用されるのは次の種類です。

•ドッグボーンパッド

ドッグボーン パッドはビアを利用してトレースを他の層に導くため、パッド サイズにいくつかの制限が設けられています。ビアの存在により、はんだマスクの脱落によるはんだブリッジなど、PCB 製造プロセス中にいくつかの欠陥が発生する傾向があります。したがって、パッド サイズは、BGA はんだ付け中に発生するはんだ付け欠陥を最小限に抑え、将来の BGA リワークの余地を残すために、実際の製造レベルに厳密に準拠して設計する必要があります。

• BGA パッドの外部に配置されたビア

このタイプのパッドは、I/O の数が少ない BGA コンポーネントに最適です。このタイプのパッド設計は、ハンダ付けを容易にし、パッド サイズにより多くの空きスペースを設定します。もちろん、トレースに関して基本的な要件を満たす必要があります。したがって、I/O の数が多い BGA でこのタイプのパッドを活用することはほとんど不可能です。

• Via-in-pad パッド

パッド内のビアは、PCB 製造におけるマイクロビア技術の進歩とともに発展します。

パッド タイプとは別に、ソルダー マスクと BGA パッドの位置は、BGA のはんだ付けに直接関連しています。異なるはんだマスクの位置に基づいて、BGA パッドには 2 つのタイプがあります。SMD (はんだマスク定義) パッドと NSMD (非はんだマスク定義) パッドで、それぞれ BGA はんだ付けで機能します。 SMDパッドが適用されると、パッドはパッドとの大きな接合面積を特徴とし、はんだ接合部とPCBボードの間の同等の大きな接合面積につながります。ただし、パッド サイズが大きくなるにつれて、隣接するパッド間の間隔が狭くなり、ビア パッドの分布とトレース機能に影響を与えます。

PCB 製造工程で、はんだマスクが同じ方向にずれても、BGA パッドは影響を受けないため、BGA はんだ付けに有利です。しかし、このタイプのパッドは、エッジでのソルダー マスクのリワーク中に破損する傾向があり、リワークの影響が大きくありません。 NSMD パッドを使用すると、パッドは比較的小さくなり、ビア パッドの配布とトレースに役立ちます。しかしながら、このタイプのパッド構造は、はんだ接合部とパッドとの間の接合面積を減少させ、はんだ接合部の接合強度をさらに低下させる結果となる。一言で言えば、両方のパッドにはそれぞれ長所と短所があり、対応するパッドは技術的な考慮事項に基づいて決定できます。

はんだペースト印刷

はんだペーストの印刷は、はんだ付けの品質を決定する重要な役割を果たします。はんだペースト印刷は、ステンシル、はんだペースト、およびプリンターを使用して、はんだペーストをステンシルからパッドに正確に変換することです。はんだペースト プリンターの精度は、まず BGA アセンブリの要求に適合する必要があります。ステンシルは、その厚さと開口部のサイズによってはんだペーストの量を決定します。 BGA パッケージで必要とされるはんだペーストの量は、通常 3 つの側面によって決定されます。
• 優れた BGA はんだ接続を確保するには、十分なはんだを使用する必要があります。
• はんだペーストの量は、はんだボールのコプラナリティ エラーを補償する必要があります。 (通常 0.1mm) の BGA コンポーネント。
• 回路基板上で他のファイン ピッチ コンポーネントを使用できる場合、はんだ付けペーストの量を総合的に考慮して、はんだ付け不良の発生を防止する必要があります。

測位精度

回路基板上の BGA コンポーネントの正確な位置決めは、BGA コンポーネントの正確な位置決めを実現するのに役立つ特定の位置決めシステムを備えたチップマウンタの精度に完全に依存しています。さらに、BGA はんだボールのコプラナリティを検査し、ボールの欠落などの欠陥を認識できるチップ マウンターもあり、BGA はんだ付けの信頼性の向上に非常に役立ちます。

さらに、BGA部品の実装精度をさらに向上させるために、いくつかの他の対策を講じることができます。たとえば、BGA パッドの外側部分に局所的な基準マークを設定したり、組み立て後に手作業で検査するための基準マークとしていくつかの折り目を設定したりしますが、どちらも実際の製造で有効であることが検証されています。

さらに、BGA コンポーネントは、はんだの表面張力によるはんだ付けプロセスでの明らかなセルフ センタリング効果を備えているため、一部の設計者は、BGA パッド設計の 4 つのコーナーのパッドを意図的に拡大し、セルフ センタリング効果をより明確にして、BGA コンポーネントが確実に取り付け位置がずれても自己復帰。

はんだ付け温度曲線とはんだ付け不良

はんだ付け温度曲線は、はんだ付けの品質を直接決定します。温度曲線には通常、予熱段階、浸漬段階、リフロー段階、冷却段階の 4 つの段階があり、それぞれ物理的/化学的変化が異なります。温度カーブの設定は、はんだ接合部の形成過程を決定するため、はんだ接合部の信頼性と密接な関係があります。 BGA パッケージの特殊性により、満足のいく温度曲線を生成することは非常に困難です。一般的に言えば、BGA コンポーネントは 3 つの温度を測定する必要があります:パッケージ温度、回路基板表面温度、および BGA の内部はんだ接合部の温度です。

BGA 検査およびリワーク技術

すべての BGA はんだ接合部ははんだ付け後にパッケージの下にあるため、フライング プローブ テストや目視検査などの従来の検査方法では、実際のニーズを満たすことができません。これまで、BGA はんだ接合部のはんだ付け欠陥をスキャンできる主要な方法は、AOI (自動光学検査) テストと AXI (自動 X 線検査) テストです。

BGA 構造の特性に基づいて、BGA コンポーネントの単一のはんだ接合部を検査することはほとんど不可能です。ただし、パッケージ本体全体を再加工する必要があります。

その他の要因

BGA アセンブリ プロセスでは、静電保護や BGA コンポーネントのベーキングなど、他の要因に注意する必要があります。通常、BGA コンポーネントには、静電気保護要件を備えた特別なパッケージが必要です。プリント回路基板の組み立て工程では、機器の接地、スタッフ管理、環境管理など、厳密な静電保護対策を講じる必要があります。

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役立つリソース
• BGA の包括的な紹介
• BGA はんだ付けでクラックが発生する主な理由
• BGA コンポーネントのはんだボールの問題とその回避方法
• 高度なターンキー PCB アセンブリ サービスPCBCart より
• PCB アセンブリ価格を取得する方法
• PCB メーカーまたは PCB アセンブリ業者を評価する方法