BGAはんだ付け：技術、X線検査、リワーク

技術の絶え間ない進歩により、電子機器は軽量・小型化へと移行しました。こうした顧客ニーズに応えるため、SMTが導入されました。さらに、これらの製品に対する需要の増加は、迅速な組み立てを可能にする高密度技術の開発を必要としていました。この動きが、ボールグリッドアレイの開発につながりました。 技術。

しかし、一見するとBGAのはんだ付けは、はんだボールが回路基板とBGA本体の間に挟まれているため、難しいように思えるかもしれません。しかし、BGAを使用したPCBアセンブリは成功を収めており、性能と信頼性の面でBGAを使用するメリットは非常に大きいです。

この記事では、BGA コンポーネントを使用して PCB を組み立て、検査、および再加工するための主要な BGA はんだ付け技術、機器、プロセス、およびベスト プラクティスについて説明します。

BGA はんだ付けとは何ですか?

BGAは、クワッドフラットパックのようなピンを使用するパッケージとは大きく異なります。BGAパッケージのピンはグリッドパターンに配置されているため、その名が付けられました。接続には、従来のワイヤピンではなく、はんだボールを備えたパッドが追加されています。BGA部品が実装されるPCB上には、対応する銅パッドのセットがあり、必要な接続を提供します。

 

BGAの利点

· BGAパッケージは、他のQFPパッケージに比べて様々な利点を備えています。そのため、電子回路の製造においてBGAパッケージの利用が増えています。その利点のいくつかを以下に示します。

· BGA のはんだ付けは堅牢です。 他のパッケージは非常に細いピンを使用しているため、どんなに慎重に取り扱っても簡単に損傷してしまいます。また、ピンが曲がってしまうと、修復はほぼ不可能です。しかし、BGAパッケージでは、BGAはんだボールが配置されたパッドによって接続が提供されるため、損傷しにくいという利点があります。

· 高速性能: BGAパッケージでは、導体がチップキャリアの裏面に配置されています。つまり、チップ内のリード線が短くなるため、不要なリード線インダクタンスが低くなります。そのため、BGAデバイスは競合製品よりも高いレベルの性能を発揮します。

· 改善された PCB 設計: 多くのパッケージでは、ピンが非常に近接しているため、トラック密度が非常に高くなります。BGAは、パッケージ全体にコンタクトを分散させることで、この問題を軽減できる可能性があります。

· 低熱抵抗： BGAはシリコンチップ間の熱抵抗が低く、パッケージ内の集積回路から発生する熱をより迅速かつ効率的にデバイスからPCBへ伝導します。

BGAの用途

ボールグリッドアレイ（BGA）はんだ付けは、航空宇宙、コンピューター修理、電子機器製造など、多くの業界で使用されています。また、高速回路の性能向上にも使用されます。その他の用途としては、以下のものがあります。

· 電子機器の修理: ノートパソコン、スマートフォン、ゲーム機、タブレットなどのデバイスの修理に使用されます。

· 熱管理: BGA はんだ付けにより、電子機器の熱管理が改善されます。

· 電磁干渉の低減: 高周波で動作するデバイスの電磁干渉を低減できます。

BGAパッケージ

BGAパッケージは、集積回路に使用されるSMTアセンブリの一種です。従来のスルーホール部品に比べて、信頼性、密度や放熱性への追従性など、多くの利点があります。

BGA パッケージの種類

タイプ	詳細説明	用途
PoP（パッケージオンパッケージ）	このt複数の IC パッケージを垂直に積み重ねることで、高機能でありながらコンパクトな設計を実現します。	スマートフォンやタブレット端末でプロセッサを組み合わせるために使用されます。
CSP (チップスケールパッケージ)	それは小さい BGAチップのはんだ付け 収容するチップのサイズにぴったり一致するパッケージ。	ポータブルガジェットやウェアラブルデバイスなどの小型デバイスでは一般的です。
TBGA(テープBGA)	軽量・薄型のパッケージを実現するために、PCB の代わりにテープ基板を使用しています。	通常、ポータブルおよび軽量の民生用電子機器に搭載されています。
PBGA（プラスチックBGA）	コスト効率の良い大量生産のためにプラスチック基板を使用して開発されました。	ゲーム機やノートパソコンなどの民生用電子機器に広く使用されています。
CBGA（セラミックBGA）	多くの場合、優れた熱特性と機械特性を提供するためにセラミック基板で構築されます。	航空宇宙、自動車、軍事グレードのアプリケーションに最適です。
FBGA（ファインピッチBGA）	はんだボールピッチが小さいため、接続密度が高くなります。	高性能コンピューティングおよびネットワーク機器に使用される高密度 PCB で広く好まれています。
EBGA（拡張BGA）	このタイプは、サーマルビアやヒートスプレッダーなどの強化された熱管理機能を備えて設計されています。	産業機器やサーバーなどの高電力アプリケーションに適しています。

 

BGA はどのようにして PCB にはんだ付けされるのですか - BGA はんだ付けプロセス?

BGAのはんだ付けプロセスは、BGAパッケージとPCB間の信頼性の高い接続を確保するため、現代の電子機器製造において非常に重要です。しかし、適切な実装が必要な場合は、高品質な結果を得るためにベストプラクティスを遵守する必要があります。以下では、このプロセスに必要な重要な手順とテクニックについて詳しく説明します。

BGAはんだ付け技術

BGAのはんだ付けには、主にリフローはんだ付けと手はんだ付けの2つの手法が用いられます。前者は、リフロー炉を用いてはんだペーストを加熱し、溶融させて強固な電気的・機械的接続を形成します。後者は修理や試作に使用され、最良の結果を得るには、ホットエアステーションなどの特殊なツールと熟練した作業者が必要です。

先ほども述べたように、BGAのはんだ付け技術を選択する アプリケーション、生産規模、PCB 設計の複雑さによって異なります。

BGA PCBランドパターン

効果的な BGA はんだ付けには、PCB 上の適切なランド パターン設計が重要です。 ランドパターンは、BGAボールのピッチと直径に合わせる必要があります。これらのパターンは、はんだ接合部の信頼性を高めるために、非はんだマスク定義（NSMD）パッドを採用しています。さらに、高密度基板向けのビアインパッド設計も採用しています。最後に、IPC規格に準拠することで、安定した結果を確保し、はんだ付け不良を削減できます。

BGAはんだペースト印刷

最も重要なステップは、はんだペーストをPCBに正確に塗布することです。考慮すべき点としては、以下のようなものがあります。

· ステンシルデザイン: ランドパターンに一致する適切な開口部サイズのステンシルを使用する必要があります。

· ペーストの粘稠度: また、ボイドや隙間を防ぐために、はんだペーストの粘度が均一であることを確認する必要があります。

· アライメント： 印刷ミスを避けるために、ステンシルと PCB の位置合わせを正確に行うように注意する必要があります。

コンポーネントの配置

BGAパッケージをPCB上に正しく配置するには、はんだボールを対応するパッドに正確に位置合わせする必要があります。幸いなことに、この工程では自動ピックアンドプレース機が一般的に使用されています。これらの機械は、正確な位置決め、BGAパッケージへの損傷を防ぐための丁寧な取り扱い、そして光学検査システムによる位置合わせの検証を保証します。

リフローはんだ付けプロセス

その リフローはんだ付け このプロセスは通常、はんだ接合部を固めるために使用され、電気的な接続も確立します。これには以下のプロセスが含まれます。

1. 予熱: このステップにより温度が徐々に上昇し、結果として熱衝撃が最小限に抑えられます。

2. 浸漬： PCB の温度を安定させ、フラックスを活性化して表面を洗浄します。

3. リフローゾーン: この工程は、はんだペーストを融点以上に加熱することを目的としています。その結果、はんだペーストが流動し、接合部が形成されます。

4. 冷却： このステップの名前からも明らかなように、このステップでははんだが固まり、アセンブリへの熱ストレスが防止されます。

したがって、はんだブリッジ、ツームストーン、ボイドなどの欠陥やミスを回避するには、正確なはんだ付け温度プロファイリングが重要です。上記の手順に従うことで、メーカーは堅牢な接続と高性能なアセンブリを実現できます。これは、次のようなアプリケーションでも同様です。 bを g取り除く a配列コンポーネント。

BGAはんだ接合部検査

 

BGA 検査は、BGA が初めて導入されたときにかなりの関心を集めた PCB アセンブリ プロセスの 1 つの領域です。

検査技術

BGA検査は、通常の単純な光学技術では不可能です。なぜなら、 はんだ接合部はBGA部品の真下にあり、目に見えません。そのため、この技術が初めて導入された際には、かなりの不安が生じました。多くのメーカーが、BGA部品を問題なくはんだ付けできることを確認するためにテストを実施しました。

さらに、BGAのはんだ接合部の品質には、目視検査、X線検査、断面検査、超音波顕微鏡検査といった特殊な検査技術が必要です。これらの検査技術により、製品が製造工程から出荷される前に、潜在的なBGAのはんだ接合部の問題を事前に特定することができます。

BGAのX線検査

はんだ接合部は、電気特性を確認するだけでは完全にはんだ付け検査できません。BGAはんだ付け工程におけるこの検査では、その時点での導通状態は確認できますが、BGAはんだ付け工程がどのように成功したかという詳細な情報は得られません。そのため、X線を用いたBGA検査が唯一の検査方法となります。

X線検査は、装置を透過して下側のはんだ接合部を検査することができます。その結果、自動X線検査はBGAを含むPCBの検査における主要な技術となりました。幸いなことに、BGAはんだ付け機の熱プロファイルを正しく設定すれば、BGA部品は非常に良好なはんだ付け性を示し、BGAはんだ付け工程で問題が発生することはほとんどありません。

BGA接合不良のトラブルシューティング

BGAのリワークを行う前に、根本原因を特定し、対処することが重要です。BGAのはんだ接合不良の潜在的な根本原因には、以下のようなものがあります。

· 熱応力亀裂

· はんだボールの欠陥または損傷

· ボールと土地のずれ

· パッケージ下の湿気吸収

· 濡れを防ぐ汚染

· はんだペーストの高さまたは量が不十分

BGA のリワークと修理

予想どおり、適切な機器が利用できない限り、BGA アセンブリの再作業は簡単ではありません。

BGAリワークの概要

一般的な BGA コンポーネントの再作業プロセスの手順は次のとおりです。

1) 準備： まず、元の組み立て工程を見直し、潜在的な要因がないか確認してください。また、交換用の工具や部品が揃っていることを確認してください。

2) 除去： このステップでは、パッドを徹底的に洗浄し、残留物を残さないようにします。その後、フラックスを再度塗布して新しいボールを装着する準備を整えます。次に、パッドを再度整え、PCBのランドパターンをランドします。

3) 反撃: まず、ステンシルを使用して新しいはんだボールを BGA パッケージに適用し、次にボールをリフローしてパッケージ端子に取り付けます。

4) 置換： ここで、接着剤を使用してコンポーネントを一時的に固定し、現場で新しい BGA を慎重に再調整し、リフローして接続を形成する必要があります。

5) 検査： 最後に、位置合わせとボールの接続を検証し、パッドやボードへの付随的な損傷を評価する必要があります。

リワーク装置

一般的な BGA リワーク装置には次のようなものがあります。

· 予熱器 熱衝撃を避けるためにボードを徐々に加熱します。

· 熱風ノズル 加熱された空気の流れを導き、局所的に加熱します。

· 顕微鏡 高い倍率で位置合わせやジョイントを検査します。

· PCBサポートフィクスチャ 加熱を防ぐためにコンポーネントの下にボードを固定します。

· 閉ループ 温度管理 ノズルも改修された装備の一つです。

· コンベクションリワークオーブン 完全なオーブン熱プロファイルを必要とする小型ボード用です。

· BGAツールキット アライメント ガイド、フラックス、ボール、ステンシル、接着剤を提供します。

これらの特殊なリワーク ツールは、付随的な損傷を最小限に抑えながら BGA を適切に取り外して交換するのに役立ちます。

リワークプロセス

BGA部品に欠陥があると思われる場合は、BGA部品を局所的に加熱してその下のはんだを溶かすことで、部品を取り外すことができます。BGAリワークでは、 このプロセスでは、加熱は専用のリワークステーションで行われることが多い。このステーションは、赤外線ヒーターを取り付けた治具、パッケージを持ち上げる真空装置、そして温度を監視するための熱電対から構成される。

BGAのみを加熱して取り外すように細心の注意を払ってください。近くにある他のデバイスへの影響は最小限に抑える必要があります。さもないと、損傷する可能性があります。

結論

まとめると、BGA技術全般とBGAはんだ付け 特に、このプロセスは導入以来、非常に成功を収めてきました。現在では、多くの企業で試作PCBの組み立てから量産まで、PCB組み立て工程の重要な部分として利用されています。

PCベーシック BGAリワークステーションは、社内でエンドツーエンドのBGAリワークプロセスを構築するのに役立ちます。BGAリワークの一般的な問題を回避できるようお手伝いします。 これらの独特なコンポーネントに取り組んだことがある人にとってはよくある間違いです。

また、 今日私達に連絡する BGA リワークのあらゆる側面を含む、当社のサービス内容についてご相談ください。