現代の電子製品は、微細配線化および超薄型化の方向へと進化しており、使用される電子部品はますます小型化している。さらに、特に BGA（ボール・グリッド・アレイ）および CSP（チップスケールパッケージ）部品を中心に、ファインピッチ IC（集積回路）パッケージを持つ電子部品が、PCB（プリント基板）上にますます多く実装されている。部品ピッチは 0.65mm や 0.5mm から 0.4mm 以下へと変化し、PCB の厚さは 1.6mm や 1.2mm から 1.0mm、0.8mm、あるいは 0.6mm 以下へと変化している。PCB の層数は両面または 8 層から 12 層、18 層以上へと変化し、BGA の実装方式も単面実装からPOP（パッケージ・オン・パッケージ）上記のすべての開発は、当社のPCB製造およびPCBA能力に大きな課題を突きつけてきました。その中でも、BGAのはんだ付け品質は極めて重要な要素であり、いずれかの工程への配慮が不十分であったり、不適切な対策が講じられたりすると、すぐにBGAクラックが発生しがちです。BGAにおいてクラックが最も一般的に発生する位置は、パッドとパッド底部のはんだ接合部です。一般的に言えば、BGA部品の四隅が最も多くクラックの発生する箇所であり、その次に四辺部で多く発生します。これは、それらの部分が最も大きなストレスを受けるためです。
BGAはんだ付けにおいて亀裂が生じる原因については、以下の段落で説明します。
低品質なPCBが原因となるBGAクラック
・誤って選択されたTgと TdのPCB基板材料
鉛実装から鉛フリー実装への移行プロセスにおいて、SMT（表面実装技術）組立の要件により、リフローはんだ付けおよびフローはんだ付けの温度を上げる必要があります。一部の人々は、T が高い基板材料であれば問題ないと単純に考えています。g（ガラス転移温度）はPCB基板に対して選定されます。彼らは、Z軸方向の膨張を管理・制御することが不可欠だと考えているだけです。主な目的は、厚い回路基板や14層以上のPCBにおいて層間剥離が発生するのを防ぐこと、およびPCBのZ軸方向の大きな膨張によってリフローやフローはんだ付けの際にPTH（スルーホールめっき）のホール壁が破損しやすくなるため、PTHにクラックが生じるのを防ぐことです。にもかかわらず、Tg鉛フリー工程中に発生するクラックを、T が～でない限り抑制できないd（分解温度）は、PCB のクラック問題を完全に解決するものと考えられている。T には 3 つのレベルがあるdPCB基板材料に関するIPCで規定されているのは、310°C、325°C、および340°Cです。
結論として、基板材料の決定プロセスにおいて、より高いTgと Tdあるほど良い。しかし、PCB製造コストは、許容できるTを備えた基板材料を選定する際の重要な検討事項であるgと Td拾い上げられるべきです。
・プリプレグ中のゲル含有量不足
外層および内層間に使用されるプリプレグのゲル含有量が不十分な場合、高温下で銅箔に気泡が発生しやすくなります。
・不適切な銅プロファイルの選択
一般的なプロファイルは、通常、スタンダードプロファイル、ロープロファイル、ベリーロープロファイルの3つに分類されます。スタンダードプロファイルは、密着性が高いため銅箔の粗さに関する規定はありませんが、プロファイルが高すぎるとエッチング不良を引き起こし、結果としてライン幅およびインピーダンス制御の安定性を低下させる傾向があります。ロープロファイルでは、最大プロファイルSPECを0.4mil（10.2μm）と規定しています。現在までのところ、ロープロファイルはほとんどのPCBメーカーによって採用されています。ベリーロープロファイルでは、最大プロファイルSPECを0.2mil（5.1μm）と規定しており、一般的には2milトレース幅のような特別な微細ライン要求を伴うPCB製造にのみ採用されています。
・低性能のPCBラミネーション
低品質なPCB積層が行われると、不十分な黒化または褐色化により、接着性が悪化します。
・ソルダーレジスト現像または表面処理の不良実施
パフォーマンスが低いソルダーマスク開発中または表面仕上げはんだ付け不良を引き起こします。例えば、OSP皮膜が厚すぎるまたは薄すぎる場合、不適切な前処理を受けた場合、あるいは保持時間が長すぎる場合には、表面酸化が発生しやすくなります。
・BGAパッドサイズが小さすぎる
設計段階において、BGAパッドサイズが小さすぎる場合、過度なエッチングや、エッチング係数の補償値が設定されていないことが原因で発生する可能性があります。
信頼できない受入材料およびBGAのレイアウト
・BGA受入材料の基板Z軸方向の膨張が大きすぎる場合、剥離強度が低くなり、Tdが低すぎてしまい、そのどちらもすずの亀裂を引き起こす可能性があります。
・IQC（受入検査）後に真空包装が実施されておらず、真空パッケージがベーキング前に破損したり、はんだ付け前にBGAが基板表面に2時間以上放置されたりすると、いずれも不良はんだ付けの原因となります。
・BGA レイアウト時には、パッドサイズを小さくしすぎてはならず、特別な状況で使用されるパッドを除き、パッドサイズは BGA のピッチの 1/2 から 2mil を引いた値より小さくしてはなりません。さらに、BGA の四隅のパッドは、他のパッドよりサイズを 1mil 大きくする必要があります。
・BGA の四隅は、パッドのクラック耐性を大幅に向上させるため、BGA ベースの拡大とパッド周囲のソルダーレジストカバーの存在により、SMD（ソルダーレジスト定義）で設計することが望ましい。ソルダーレジスト定義のはんだ付けを用いる場合、はんだは表面のみに乗り側面を覆わないため、銅ランド定義のはんだ付けに比べて、はんだ接合強度が低下する。
・ENIG表面処理を施したPCBは、BGAのはんだ接合部に亀裂が発生しやすくなります。パッドが11mil低いBGAにはENIGを決して使用できず、OSPの方が適しています。
不十分な工程管理または低い組立条件
・ステンシル設計段階では、BGA部品の四隅および各辺は、パッドよりも1mil～2mil大きくする必要があります。ステンシル開口サイズは、ピッチ、BGA上のはんだボール、およびはんだボールの材質など、BGA部品の仕様に基づいて設計する必要があります。
・印刷工程中、サポートピンはBGAに当てないようにし、BGAパッドの汚染による疑似はんだ付けやピロー効果の発生を防止する必要があります。さらに、特に印刷スクレーパーの圧力および印刷品質管理には十分な注意を払わなければなりません。
・実装工程では、ピックアップするBGAのウェハ位置、部品の厚み設定、およびピックアップ時の加圧量を重視する必要があります。
・IRリフロー中にはクラックが発生する可能性が高くなり、特別な注意を払う必要がある。
a. 両面PCBの製造工程においては、PCBの変形度合いを考慮する必要があります。リフローはんだ付けの際には治具を使用することができ、治具の基板については、高温および冷却による収縮の可能性を慎重に検討しなければなりません。
b. 入荷したBGA部品は、はんだボールに沈み込みが発生していないかどうかを慎重に検査しなければならない。また、はんだボールの合金成分および、BGAの基板材料とPCB基板とのZ軸方向の膨張の適合性についても確認する必要がある。
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