BGAを理解するための4つのステップ

SMT、LED、CMRR、CCD などの略語に直面すると、めまいがするように感じたり、さらにはPCBこれらの短い用語は、私たちのコミュニケーションを簡単で便利かつ迅速なものにしてくれますが、その概念についての記憶を私たちがすぐに失ってしまう原因となることもあります。この記事では、BGA についての詳細な情報を共有します。

BGAとは何ですか？

略称ボールグリッドアレイその外観は、多機能・高性能・小型・軽量な電子製品に対する人々の期待から生じている。この目標を達成するため、市場では複雑でありながら小型の集積回路（IC）チップが求められており、最終的にはパッケージの入出力（I/O）密度の向上を実現できなければならない。このため、高密度かつ低コストのパッケージング手法が強く求められており、BGA はその一つである。

BGAは基本的に一種の表面実装技術（SMT）またはIC用の表面実装パッケージの一種です。通常、従来の表面実装パッケージでは、パッケージの側面を接続に使用するため、ピン接続のための面積が限られています。しかし、BGAパッケージは下面を接続に使用することで、より広い接続スペースを確保でき、これにより高密度なPCBや高性能な電子製品を実現することが可能になります。

BGAの利点

1.PCBスペースの高効率な活用BGAパッケージを使用することで、部品点数の削減とフットプリントの小型化が可能になり、カスタムPCB上のスペースを節約できるため、PCBスペースの有効活用が大幅に向上します。

2.熱的および電気的性能の向上BGAパッケージを採用したPCBは小型であるため、放熱がより容易である。シリコンウェハが上側に実装されている場合、熱の大部分は下方のボールグリッドへと伝導される。シリコンウェハが下側に実装されている場合、シリコンウェハの裏面はパッケージ上面と接続されており、これは最も優れた放熱方法の一つと考えられている。BGAパッケージには曲がったり折れたりするピンが存在しないため、十分な安定性が得られ、大規模な用途においても電気的性能を確保することができる。

3.はんだ付け改善に基づく製造歩留まりの向上ほとんどのBGAパッケージのパッドは比較的大きいため、広い面積でのはんだ付けが容易かつ便利であり、その結果PCB製造速度製造歩留まりが向上するにつれて増加します。さらに、より大きなはんだ付けパッドを使用することで、リワークがしやすくなります。

4.被害リードの減少・BGAリードは、作業中の取り扱いで容易に損傷しない、固体のはんだボールで構成されています。

5.低コスト上記に示したすべての利点は、コスト削減に寄与します。PCB スペースを高効率に活用することで材料の節約が可能になり、一方で熱的および電気的性能の向上は、電子部品の品質を確保し、不良発生の可能性を低減するのに役立ちます。

BGAファミリー

BGA には主に 3 種類があり、PBGA（プラスチック・ボール・グリッド・アレイ）、CBGA（セラミック・ボール・グリッド・アレイ）、TBGA（テープ・ボール・グリッド・アレイ）がある。
•PBGA通常、基板にはBTレジン／ガラス積層板が使用され、パッケージ材料にはプラスチックが用いられます。はんだボールは、鉛入りはんだと鉛フリーはんだに分類できます。はんだボールとパッケージ本体を接続するために、その他のはんだは必要ありません。
•CBGACBGA は 3 種類の BGA の中で最も長い歴史を持っています。基板の材料は多層セラミックです。金属カバーは、チップ、リードおよびパッドを保護するために、パッケージングはんだによって基板にはんだ付けされています。高温共晶はんだがはんだボールの材料として使用されます。
•TBGA・TBGA は空洞を有する構造である。チップと基板の間のインターコネクションには、反転はんだ接合とリードボンディングの 2 種類がある。

次の表は、これら3種類のBGAの長所と短所の比較を示しています。

ステップ#4：BGA の検査

X線検査は、BGA の品質検査に広く使用されています。X 線を光源として、対象物や製品の隠れた特徴を検査します。以下は、X 線ラミノグラフィ技術によって得られる主な 4 つの検査パラメータです。
•はんだ接合部中心位置はんだ接合部の中心の相対位置は、PCBパッド上の電子部品の位置を反映することができる。
•はんだ接合部半径: はんだ接合部の半径測定は、特定の層におけるはんだ接合部内のはんだ量を示します。パッド層での半径測定は、ペースト印刷工程やパッドの汚染によって生じた変化を示します。ボールレベル層での半径測定は、部品またはPCBの超過によるはんだ接合部の共面性の問題を示します。
•はんだ接合部を中心として得られる各ループ上のはんだの厚さループ厚さの測定は、はんだ接合部におけるはんだの分布を示します。このパラメータは、湿度およびボイドの有無を判断するために使用されます。
•円形度の偏差それは、はんだ接合部周囲のはんだ分布の均一性、自己位置合わせ、および湿度を示します。

検査されるこれら4つのパラメータは、はんだ接合部構造の完全性を判断し、BGA実装工法の各工程における性能を理解するうえで非常に重要である。BGA実装工程で得られる情報およびこれらの物理検査間の関係を把握することで、ずれを防止し、工法を改善して欠陥を排除することが可能となる。さらに、X線ラミノグラフィ検査は、BGA実装工程のいかなる段階で発生した欠陥であっても、それを示すために用いることができる。

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