初版

BGA実装：信頼性の高い球状グリッドアレイ（BGA）はんだ技術

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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。  1. PCB設計 - レイアウト 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。 2. はんだペースト適用 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。 3. 部品の搭載 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。  4. リフロー炉によるはんだ付け 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。 5. 検査と品質管理 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。 参考： https://www.pcbgogo.jp/knowledge-center/bga.html https://www.pcbgogo.jp/knowledge-center/through_hole_assembly.html https://www.pcbgogo.jp/knowledge-center/BGA_assembly_capabilities.html