BGA部品のSMT実装プロセスにおける重要ポイント

SMT（表面実装技術）／SMD（表面実装デバイス）の実務者が、ピッチ0.3mmのQFP（クワッド・フラット・パッケージ）ではSMT品質の達成が確保できないと判断したとき、BGA（ボール・グリッド・アレイ）の登場は、実装不良を確実に減少させる。システム理論の観点から見ると、プロセス技術の難易度が低下することで、問題がより迅速に解決され、製品品質がより容易に管理できるようになり、BGA部品の検査が容易ではないにもかかわらず、これは現代的な製造コンセプトと整合している。本稿では、実際の量産を基盤として、BGA部品のSMT実装プロセスについて、あらゆる側面から検討・分析を行う。

BGA部品のSMT実装プロセスにおける重要ポイント

・前処理

一部のBGAパッケージを使用した部品は湿度にそれほど敏感ではありませんが、低温でのベーキングによる悪影響は確認されていないため、すべての部品を125°Cの温度でベーキングすることが推奨されます。これは、SMT実装を行う準備ができているベアPCB（プリント基板）にも有効です。結局のところ、まず水分を除去することで、はんだボールの不良が減少し、はんだ付け性が向上します。

・はんだペースト印刷

私の組立経験によれば、はんだペースト印刷は、ピッチが0.8mmを超えるBGA部品およびピッチが0.5mmのQFP部品には、一般的に容易に実装できます。しかし時として、一部のはんだボールに十分なはんだペーストが印刷されず、その結果、はんだ付け位置のずれや短絡が発生するため、手作業によるはんだの追加が必要になるという問題が生じることがあります。

それにもかかわらず、ピッチ0.8mmのBGA部品の方が、ピッチ0.5mmのQFP部品よりもはんだペーストを印刷しやすいとは思いません。多くのエンジニアは、ピッチ0.5mmのQFPにおける水平方向印刷と垂直方向印刷の違いを、力学的な観点から説明できることを理解していると思います。そのため、一部のプリンターは45°印刷機能を備えています。印刷がSMT実装において重要な役割を果たすという考えに基づき、十分な注意を払うことが望まれます。

・配置と取り付け

実装の実務経験に基づくと、物理的特性により BGA 部品は高い実装性を備えており、ピッチ 0.5mm の QFP 部品よりも容易に実装することができる。しかし、SMT 実装工程で直面しなければならない主な問題は、ゴムリング付きの大口径ノズルを用いて、30mm を超えるサイズの基板上に部品を搭載する際に、部品に振動が発生しやすいことである。解析に基づけば、これは過度な実装強度によりノズル内部の圧力が過大になることが原因で発生すると考えられ、適切な改良を行うことで解消できる。

・はんだ付け

ホットエアによるリフローは、SMT実装工程において直感的とは言えないプロセスであり、あるいは特殊な技術と定義することもできる。BGA部品は、標準的なはんだ付けプロファイルと同等の時間‐温度曲線を共有しているものの、リフローはんだ付けという点では、従来型の大多数のSMDとは異なっている。BGA部品のはんだ接合部は、部品本体とPCBの間、すなわち部品の下側に位置しており、この構造により、BGA部品は従来型SMDよりもはんだ接合部への影響を大きく受けることになる。従来型SMDではリードが部品本体の周辺部に配置されており、少なくともホットエアに直接さらされているからである。熱抵抗の計算および実測結果から、BGA部品本体の中央領域にあるはんだボールは、熱の遅れ、温度上昇の遅さ、および到達可能な最高温度の低さに悩まされることが示されている。

• 検査

BGA部品の物理的構造により、目視検査ではBGA部品の隠れたはんだ接合部の検査要求を満たすことができないため、X線検査ボイド、短絡、はんだボールの欠落、気泡などのはんだ付け不良を検出するために用いられる。X線検査の唯一の欠点は、そのコストが高いことである。

・リワーク

BGAコンポーネントの幅広い用途に加え、個人向け通信機器などの電子製品の普及に伴い、BGAリワークはますます重要になってきています。しかし、QFPコンポーネントと比較すると、BGAコンポーネントは一度基板から取り外すと再利用することはできません。

BGAパッケージング技術がSMT実装において主流となった現在、その技術的難易度は決して軽視できず、本稿で述べた要点については慎重かつ正確に分析し、問題を合理的に解決しなければならない。選定を行う際には電子契約製造業者または組立業者として、本格的な組立能力および組立設備を備えた専門の製造ラインを併せて選定する必要があります。

PCBCart：BGAコンポーネント向けのプロフェッショナルなSMT実装業者

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役立つリソース
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•BGAパッケージング技術の概要
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