PCBニュース - BGA溶接不良の原因と対策

BGA溶接不良の原因及び解決方法

人々の環境保護意識が高まるにつれて、無鉛ポリ塩化ビフェニルが流行し始めた。

しかし、何事にも二面性がある。鉛アシストがない場合、PCB、特にBGAの溶接不良問題が徐々に明らかになってきた。

次に、本強回路深センBo PCBA工場のエンジニアを招いて、この問題の分析と解決策について話します。

1.BGAボールの脱落、ボール溶接部の変形問題

BGA部品が還流した後、溶接ボールが変形してBGA端で脱落し、不導電になった。

原因分析：

BGA構造設計不良、絶縁樹脂厚すぎ。

BGAの溶接過程では、適用された半田ペーストが添加されるため、半田ボールの体積が大きくなり、溶融により半田ボールの形状が変化して楕円形を形成する。このとき、BGA側の絶縁樹脂が厚すぎ、かつ無鉛半田の表面張力が鉛半田の表面圧力よりも大きいため、表面張力により半田ボールがBGA側から脱落する。

ソリューション

1.BGAベンダーの設計構造の改善

2.半田ペースト印刷量の制御

3.錫の印刷と配置の正確性を高める

2.BGAVoid（無効）

還流後、BGA部品の半田ボールにボイドが存在する。その後の高低温サイクル、高温高湿、振動、落下試験では、BGAは図5に示すように導電性ではないようです。IPC-A-610 Dの8.2.12.4によると、カテゴリ1、2、および3のBGAVoidX線画像面積は半田ボールの総面積の25%を超えてはならない。

原因分析：

PCBPADの設計不良、PADに穴がある。

電子製品の「小、軽、薄」の発展に伴い、それらのBGAパッケージは徐々に小さくなり、0.5 mmピッチのBGAは現在非常に一般的である。PCB設計では、配線要件を満たすためにPADに穴が必要になることが多い。SMTプロセスでは、PADに半田ペーストを塗布した後、穴の中に空気があり、ガスは還流中に膨張する。鉛フリーはんだの表面張力は鉛含有はんだより大きく、ガスが完全に放出されず、キャビティを形成する。

ソリューション

1.PCB PAD設計を改善し、ドリル充填技術を用いて穴を充填した。

2.還流曲線を調整して予熱時間を増加させ、ピーク温度を下げる。

3.ペースト合金成分の選択、Ag含有量が高いほど、空隙が小さい。

3.BGA大橋（連田）

BGA素子の半田ボールはリフロー後に半田に接続される。

原因分析：

PCB PADの設計不良、PADに穴がある

SMTプロセスでは、PADに半田ペーストを塗布した後、そのドリルに空気が入っている。還流中にガスが膨張し、溶接ボールが徐々に膨張する。2つの隣接する半田ボールがある程度膨張すると、図7に示すように連続したスズが形成される。

ソリューション

1.PCB PAD設計を改善し、ドリル充填技術を用いて穴を充填した。

2.PCB PADの設計不良、PAD形状不規則、PAD間にはんだマスクがない。

電子工業の発展に伴い、BGAの間隔はますます小さくなっている。BGAPADの形状が不規則な場合、PAD間のギャップはある場所では標準値よりも小さくなります。図8：BGAのピッチは0.5 mm、PADの直径は0.24 mmである。PAD間のギャップは標準的に0.26 mmですが、ある場所では0.12 mmしかありません。

四BGAスズなし

BGA溶接点はX線検査に合格し、溶接点の形状とサイズが異なり、虚溶接と溶接信頼性の問題がある。

原因分析：

不良なテンプレート開口部設計により、半田ペーストが離型しにくい

ソリューション

1.ワイヤーネット開口寸法を修正し、ワイヤーネット生産技術を改善する

2.印刷パラメータを調整する

伝統的なBGA開口方法は円形である。もう1つの穴開け方法は、四角いフィレットです。穴のサイズは直径と辺の長さと同じです。従来の円形よりも優れていますが、四角形のフィレットを使用して方法を開く場合は、スズの量がBGAをスズに接続する原因になるかどうかを評価する必要があります。0.5 mmピッチのBGAについては、開口寸法が小さいため、レーザ切断と電解研磨による鋼網の作製が推奨されている。

3.半田ペースト中の金属粉末の粒子サイズが大きすぎて、離型が困難になる。

対策：

1.製品の必要に応じて適切な金属粉末の粒度タイプを選択する

はんだペースト中の金属粉末粒子の大きさは異なり、J-STD-005粉末粒子の大きさに応じて以下のタイプが存在する。

5BGAオフセット

BGA溶接点はX線検査により、溶接点がPAD位置からずれ、虚溶接と溶接信頼性の問題がある。

原因分析：

パッチマシンのパッチ精度が不十分

無鉛半田ペーストの自己補正能力は無鉛半田ペーストより劣ることが知られている。無鉛プロセスでは、整列されていない部品は、還流プロセスではそれ自体の補正能力によって補正することができない。

ソリューション

設備の配置精度を高める。

6BGA溶接インタフェース分離（溶接ボールとPCBの間）

BGAアセンブリは還流後は導電性であるが、その後の高低温サイクル、高温高湿、振動、落下試験では、BGAの接続にINT現象が現れた。

原因分析：

1.還流プロファイルの設定が正しくなく、BGAボールとPCBプレートは良好な溶接を形成していない。

ソリューション

1.半田ペーストとBGAの還流プロファイルを参照し、プロファイルを再調整し、時間を220度以上に延長し、ピーク温度を高める。SAC 305半田ペーストを使用する場合、推奨温度は220度以上40〜60秒、ピーク温度は235〜245度である。

2.ENIG仕上げPCB中の「ブラックパッド」現象などのPCBめっき不良は、PCBと半田の結合強度の低下を招く。軽く力を入れると、図12に示すようにPCBと半田が破断します。

2.PCBを製造する前に、溶接強度の検証を通じて、錫メッキ銅線アイロンを用いてBGAPADに溶接し、その後、その引張力をテストする必要がある。

3.PCB生産企業管理表を作成し、すべてのPCB不良記録を統計し、品質が安定し、アフターサービスなど総合実力の強いPCB生産企業を選択する。

要約：

小型化された高密度パッケージ電子部品を製造する必要があるため、BGAとCSPは主流のパッケージ形式になっている。しかし、そのステルス溶接点形成プロセスは組立と再加工に対してより高い要求を提出した。また、BGAとCSPパッケージに必要な高密度基板技術及び無鉛化の実施はプロセス制御をより複雑にした。BGAの鉛フリー溶接は、製品の信頼性を高めるために、より深い研究と分析を行う価値があります。