科学技術が絶えず進歩するのに伴い、現代社会は、人々の生活のさまざまな分野に関わっているエレクトロニクス技術の発展なしには前進することができない。また、スマートフォン、ポータブルコンピュータ、ストレージ、ハードウェアドライバ、4Kテレビなどの電子製品には、小型化および軽量化に対する厳しい要求が課されている。その目標を達成するためには、製造技術と部品の両面から深い研究を行う必要がある。SMT（表面実装技術）の応用は時代の潮流に沿うものであり、電子製品の軽量・薄型・小型化に対して堅固な基盤を築いている。
1990年代以降、SMT は本格的に使用されるようになった。しかし、電子製品が携帯性、小型化、ネットワーク化およびマルチメディア化へと急速に発展するにつれ、電子実装技術に対する要求は一層高まり、新たなタイプの高密度実装技術が登場した。その中でも BGA は、最も広く実用化されている技術と見なされている。最適な BGA 実装を実現するうえで、BGA はんだ接合部は BGA 実装の最終的な品質に大きく寄与する重要な役割を果たす。したがって、本稿では BGA はんだ接合部の品質を管理するためのいくつかの有効な対策について論じる。
BGAはんだ接合部検査で最もよく見られる問題
これまでのところ、中規模または大規模で使用されるBGA部品を扱う電子機器組立メーカーに関しては、BGA部品のはんだ付け不良は電気的試験の実施によって明らかにされてきた。BGAはんだ接合部の組立プロセス品質を管理し、不良を特定するための他の方法としては、ペースト印刷のサンプル試験、X線検査、および電気試験解析が含まれる。
BGA部品の電気テストにおける評価要件を満たすことは、BGA部品の下にあるテストポイントを取り出すことが非常に困難であるため、極めて難しい作業です。したがって、電気テストにBGA不良の検査および評価を依存することは決してできず、そのことが不良除去およびリワークのコストをある程度増加させます。BGA部品が接続された状態で、電気テストは電流が流れているか遮断されているかのみを判定できます。非物理的なはんだ接合テストを併用することで、組立プロセスの改善およびSPC（統計的工程管理）に役立ちます。
BGA SMT実装は、本質的には物理的な接続技術にすぎません。この種のプロセスの品質を判断し、管理できるようにするためには、長期的な動作における信頼性に影響を与える、はんだペースト量、リードとパッドの位置合わせ、ぬれ性などの物理的要素を把握し、検査する必要があります。
BGA検査方法の検討
BGAはんだ接合部の物理的特性を試験し、組立工程において信頼性の高い接続を実現する方法を決定することは極めて重要である。なぜなら、試験によって得られるフィードバックは、各工程の調整に関係しているか、あるいははんだ接合部のパラメータ調整を要求するためである。
物理試験は、リフローはんだ付けプロセス全体にわたり、ペースト印刷の変化や BGA はんだ接合部に関するあらゆる事象を示すことができます。さらに、プリント基板（PCB）上に実装されたすべての BGA コンポーネント、あるいは異なる PCB 間にわたるあらゆる状況を示すことも可能です。たとえば、リフローはんだ付けの過程において、極端な環境湿度の変化と冷却時間は、BGA のボイド数およびサイズを通じて迅速に反映されます。BGA コンポーネントが適切に製造された後でも、組立工程では依然として多数の試験が必要ですが、検査の深さは低減されます。
これまで、多くのメーカーが電気的試験結果の解析に用いてきたX線検査装置には、BGAはんだ接合部のリフローはんだ付け性を検査できないという問題もあります。X線検査装置を用いると、パッド上に印刷されたはんだは、はんだがはんだ接合部の上にあるため、画像上では「影」として示されます。非コラプシブルBGA部品の場合、前面に配置されたはんだボールによっても同様に影が生じます。
断面X線検査技術のみを備えたX線検査装置は、パッド層上のはんだ接合部に焦点を合わせることで、はんだ接合部の内部欠陥を露出させ、BGAはんだ接続を可視化できるため、上述の制限を打破することが可能です。
はんだ量およびはんだ接合部での分布に関しては、断面画像または水平スライスが測定に用いられます。同一タイプのBGAはんだ接合部に対する複数スライス測定と組み合わせることで、3D検査を効果的に実施することができます。
BGAはんだ接合部の主な2つの欠陥
・非圧縮型BGAはんだ接合部における開回路
非崩壊型BGAはんだ接合部におけるオープン回路は、通常、パッドの汚染が原因で発生します。はんだがプリント基板上のパッドを十分に濡らせないため、はんだははんだボール上へ、さらに部品表面へと這い上がってしまいます。前の部分で述べたように、電気的試験によってオープン回路の有無は判定できますが、不良の真の原因を特定することはできません。
断面X線検査技術を適用することで、パッド層と部品層の間で取得された画像スライスを用いて、汚染が原因で発生したオープン回路を判別することができます。汚染によるオープン回路は、小さいパッド半径と大きい部品半径を生じる傾向があり、部品半径とパッド半径の差異を利用して、オープン回路が汚染によって発生したかどうかを判断できます。はんだ不足が原因でオープン回路が発生した場合、部品半径とパッド半径の差は非常に小さくなり、この種の差異は断面X線検査装置によってのみ示すことができます。
・折りたたみ式BGAはんだ接合部におけるボイド発生
折りたたみ式BGAはんだ接合部におけるボイドの発生は、流動する水蒸気が低共晶点のはんだ接合部で阻止されることによって起こり、これは折りたたみ式BGA部品における主要な欠陥となっている。リフローはんだ付けの過程では、ボイドによって生じる浮力の影響が部品表面に集中するため、はんだ接合部の故障の大部分も同じ箇所で発生する。
リフローはんだ付け工程において、リフロー中の予熱および短い予熱時間の追加と比較的低い予熱温度によって、ボイドの発生を抑制することができる。ボイドが規定されたサイズ、数、または密度を超えると、部品の信頼性は著しく低下する。コラプシブルBGA部品内のボイドは、断面X線画像スライスによって明確に示すことができる。いくつかのボイドは、これらの画像内で直接判別・測定できるほか、BGAはんだ接合部における明瞭な画像として間接的に示される場合もある。
PCBCart、SMT組立製造ライン全体での本格的なBGA検査を実施
最終製品において機能を正確に実現するために、高品質なBGAはんだ接合部をオンラインおよびオフラインで提供することAOI（自動光学検査）BGAはんだ接合部については、PCBCartの工場内で100％実施しなければなりません。BGAはんだ接合部の品質管理に対してより高い要求がある場合は、AXI（自動X線検査）PCBCart にも期待できます。BGA SMT 実装における当社の能力の詳細については、こちらをご覧ください。お問い合わせまたは、以下のボタンをクリックして、BGA SMTアセンブリのご要望に関するお見積もり依頼を送信することもできます。料金は一切かかりません。
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役立つリソース
•BGAを理解するための4つのステップ
•BGAパッケージ技術の概要
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