BGAのはんだ付けは、今日の電子機器製造において最も重要なプロセスの一つであり、特に ボールグリッドアレイ（BGA）テクノロジー より高密度なチップ技術と、より小さなフットプリントでより優れた性能を実現し続ける態勢が整っています。BGAの取り扱いには特有の課題があり、精密な技術と専門知識が求められます。この包括的なガイドでは、BGAのはんだ付けに関する基本的な概念から、必要なプロセス全体、そしてBGAの再加工まで、知っておくべきすべてのことを解説します。
BGA とは何ですか?
ボールグリッドアレイ（BGA）は、従来のパッケージ（通常は外周リード線を使用）とは異なる、独自の表面実装パッケージング技術です。BGAは、パッケージ底面にボール状のリード線がアレイ状に配列されているのが特徴です。ボールアレイという名称は、金属または合金製のボールがグリッド状に配置されたことに由来しています。この革新的な設計により、スペースの効率的な利用と優れた熱性能が実現され、BGAは現代の高密度回路基板アプリケーションに最適な選択肢となっています。
BGA コンポーネントを PCB にはんだ付けする方法は?
まず、はんだペーストを塗布します。 PCBパッド BGAのはんだボールが接触する部分です。はんだペーストは通常、ステンシルまたはスクリーン印刷プロセスによって塗布され、正確で再現性の高い塗布を実現します。
次に、BGA部品をPCB上に正確に位置決めし、仮止めします。これは、高精度XYモーションコントロールと光学式アライメントシステムを備えたピックアンドプレース装置を用いて行われます。適切なアライメントが非常に重要です。
そうして PCBA 規定の温度プロファイルを持つリフロー炉に送られます。はんだペーストが溶け、BGAのはんだボールが溶けてPCBパッドと融合し、 はんだ接合プロファイルは、コンポーネントを損傷することなくはんだをリフローできるほど十分に高温である必要があります。
最後に、冷却後、はんだ接合部が適切に形成され、欠陥がないかどうかを検査します。必要なリワークは、専用のBGAリワーク装置と手順を用いて行われます。
BGAはんだ付けにおける一般的な課題と解決策
- 精密アライメントの課題
接続ピッチは0.5mmと小さいため、 BGAパッケージ 配置は大きな課題です。わずかな位置ずれでも接続不良や隣接するボール間のショートにつながる可能性があるため、正確な位置合わせが不可欠です。この問題を解決するには、高度な光学式アライメントシステムと自動配置装置が必要です。
- 熱管理
もう一つの課題は、部品と基板全体に均一に熱を伝えることです。加熱ムラは、PCBの反り、はんだの溶融不良、接合部の不均一性などの原因となります。適切な熱管理を行うには、予熱段階の制御、正確な温度上昇、そして冷却サイクルの監視を備えたリフロープロファイルの開発が不可欠です。
- 検査の難しさ
BGA接続部はパッケージの下に隠れているため、従来の目視検査方法は適用できません。組み立て品質を検証するには、高度な検査技術が必要です。 X線検査 パッケージを貫通できる最も信頼性の高い方法と見なされています。
- はんだ接合部の品質管理
BGA実装において、均一で信頼性の高いはんだ接合部の形成は大きな課題です。はんだペースト量の不均一性や濡れ不良などにより、接続不良が発生する可能性があります。これらの課題に対処するには、正確なペースト塗布制御、最適なステンシル設計、リフロー時の雰囲気条件の適切な管理など、包括的な品質管理対策を実施する必要があります。
BGAはんだ接合部の検査方法
BGA部品とPCB間の接続部を検査することは重要です。はんだ接合部を直接目視することはほぼ不可能であるため、包括的な分析を行うために複数の検査方法が採用されています。
1.電気試験
この試験方法は、基板の電気特性を検査することができます。欠陥の検出には有効ですが、欠陥の位置を特定することはできません。通常、他の検査技術と組み合わせて使用されます。
2. 光学検査
高度な内視鏡技術により、技術者はBGA接続部の外側の列を検査できます。この方法では、はんだ接合部の形状や表面の質感、さらにはショートや破片、はんだ付け不良などの欠陥も評価できます。
3. X線検査
X線検査は、様々な角度からはんだパターンの詳細な画像が得られる最も洗練された検査方法です。はんだ接合部のような密集した部分は暗く表示され、目に見える格子模様を形成します。これは、欠陥の検出に優れた技術です。 はんだブリッジ、ポップコーン、塗りすぎの領域がありますが、開口部を見つけるのが苦手です。
BGAリワークプロセス：ステップバイステップの説明
ボールグリッドアレイ部品に欠陥が見つかった場合、それを除去して交換する再作業工程が必要になります。主な手順は以下のとおりです。
PCB を予熱する: 熱衝撃を防ぎ、反りのリスクを減らすために、まず PCB を予熱します。
制御された熱を加える: 熱風または赤外線リワークステーションを使用して BGA コンポーネントを慎重に加熱し、はんだボールを柔らかくします。
BGA コンポーネントを取り外します。はんだが柔らかくなったら、BGA コンポーネントを PCB からゆっくりと持ち上げます。
パッドをクリーニングする: はんだ吸取線とフラックスを使用して PCB パッドから残留はんだを除去し、新しいコンポーネントの表面を清潔に保ちます。
再ボールまたは交換: 新しいはんだボールを使用して新しい BGA コンポーネントを準備するか、既存のコンポーネントを再利用する場合は再ボール ステンシルを使用します。
コンポーネントの位置合わせ: 位置合わせツールを使用して、BGA コンポーネントをクリーニングしたパッドの上に正確に配置します。
リフローはんだ付け: リフローはんだ付けで BGA を固定し、強力な接合と信頼性の高い電気接続を確立します。
関節の検査：X線検査または 自動光学検査（AOI） 適切な位置合わせとはんだ接合部の品質を確認します。
BGAリワークを成功させるための追加のヒント:
- 接合部の互換性を確保するためにはんだ合金を合わせる
- 位置調整のための粘着力のバランスをとる
- 規定された温度プロファイルに厳密に従う
- 必要最低限の風量設定を使用する
- リフロー後にBGAをゆっくりと持ち上げ、こすらないようにする
- コンポーネントに合ったノズルサイズを選択してください
最終的な考え
堅牢なBGAはんだ付け、検査、リワークプロセスを導入するには、専門的な技術、設備、そしてオペレーターのトレーニングへの投資が必要です。しかし、高密度BGAパッケージの利点は、品質と性能の面でこれらの努力に見合うだけの価値があります。精密印刷、正確な配置、プロファイルリフロー、X線検査、そして制御されたリワークに関する専門知識を持つMOKO Technologyのようなメーカーは、お客様が重要なアプリケーションにおいてBGAを最大限に活用できるよう支援します。20年近くの経験を持つPCBアセンブリのリーディングプロバイダーであるMOKOは、高度なボールグリッドアレイ（BGA）はんだ付け技術を専門としています。 お問い合わせ お客様の特定の BGA プロジェクトとアセンブリ要件についてご相談させていただきます。
