BGA実装：信頼性の高い球状グリッドアレイ（BGA）はんだ技術

BGAパッケージとは？

BGAは、電子部品（IC）底面のはんだボールでPCBに接続する実装方式で、高密度接続と優れた電気性能を提供します。以下は代表的なタイプです：

PBGA（プラスチックBGA）：コストパフォーマンスに優れ、ゲーム機などで広く使われます。

CBGA（セラミックBGA）：熱伝導性が高く、サーバーや車載機器に最適です。

TBGA（テープBGA）：薄型-軽量で、ウェアラブル機器に多く活用されます。

ピッチ（はんだボール間隔）は古い設計で1.27 mm、高密度パッケージでは0.4 mmに達し、装着精度が極めて重要です。

パッド設計：BGAのボール配列に合わせ、例：0.8 mmピッチならØ0.4 mm、0.4 mmならさらに小さなパッド径が必要です。

ビア（穴）管理：未充填スルーホールはんだを吸われる恐れがあるため、ビアレス設計か埋設ビアを推奨します。

レジスト設計：NSMD（ノンソルダー - マスク - デフィンドパッド）にすると、0.5 mm以上のピッチで強固な接合を実現できます。

版厚：100～150 µmが標準です。0.5 mmピッチでは125 µmが適状です。

穴径設計：パッド比100%が標準だが、微細パッケージでは90%程度に調整し、橋はんだを防止します。

量制御：各パッドに0.1～0.15 mm³を目安にし、均一性を図ります。

装着精度：±25 µmの精度を持つ高性能マウンターで、0.5 mm以下の実装も高精度で行います。

基準マーク：PCB上の光学マークを参照して、放置精度を確保します。

温度プロファイル：リードフリーはんだ（SAC305）を用い、予熱150–180 °C、浸漬60–90 秒、ピーク235–250 °Cで20–40 秒保持します。

加熱均一 - 急冷却の回避：熱ムラを防ぎ、冷却は2–4 °C/秒程度の制御でひび割れ防止を実現します。

X線検査：ボイド、はんだ欠陥などの内部異常を検出します。IPC基準で25％以下の不良率が許容範囲です。

電気的検査：通電チェックで導通 - ショートを確認。X線と併用して確実な品質評価を行います。

BGA実装の課題と対策
課題原因対策
ボイドリフロー時のはんだ中のガス残留浸漬時間を90–120秒に延長し、ガスを排出
ブリッジはんだ過剰版穴径の最適化と量調整
ずれ装着精度不足部品取付位置確認、機械キャリブレーション
熱応力高電力部品による局所温度上昇サーマルビア追加、ヒートシンク併用

6.リワークとリペア技術について

検査で見逃された不良がある場合、リワークが必要になります。特にBGA（ボール・グリッド・アレイ）のリワークには、基板や部品を損傷させないための高い精度が求められます。

使用する設備：
上部-下部加熱が可能なBGAリワークステーションを使用することで、温度を220～240°Cに制御しながら、安全に取り外し作業を行うことができます。

リワーク手順：
まずBGA部品を加熱し、真空ピックアップツールで取り外します。次に、吸取り線を使って既存のはんだを除去し、新しいはんだペーストを塗布したうえで、新品のBGA部品を実装します。

注意点：
リワーク回数は通常2回までに制限することが推奨されており、過度なリワークはPCBの損傷につながる可能性があります。

精度の重要性と信頼性向上

BGAの品質は熱サイクルや振動等により劣化しやすいため、プロセス各ステップでの精度と管理が不可欠です。特に車載-航空機等高信頼性用途では、設計-塗布-装着-はんだ付け-検査を体系的に実施し、長期にわたる信頼性を確保する必要があります。

まとめ：BGA実装で高品質を安定確保するために

精密なプロセス制御、きめ細かな設計、適切な検査技術、そして迅速な対応が成功へ導きます。信頼性の高い実装は、仕様要件-耐久性-顧客満足度に直結します。PCBGOGOでは、0.4 mmピッチを含むBGA実装に対応し、迅速なプロトタイプ～量産対応まで一貫対応可能です。

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