BGA部品のはんだボール問題とその対策

BGA部品のはんだボールの問題は、部品の劣化につながる一般的な問題です。これらの問題は、はんだボールの剥離や酸化によって引き起こされます。幸い、対処法は簡単で、複雑な専門知識は必要ありません。これらの解決策は、部品のさらなる損傷を防ぐのに役立ちます。

はんだボール剥離

BGA部品は、一般に「ヘッド・イン・ピロー欠陥」と呼ばれる、はんだボールに関連した問題を起こしやすい。この問題は、2つの金属表面が機械的に接続されるときに発生し、多くの場合、はんだボールによって接続されます。はんだボールとはんだの接触量は、はんだ付けプロセスや部品に加えられる熱と圧力によって異なります。この欠陥の原因と防止策を理解するために、いくつかの研究が行われてきた。

欠陥のあるBGAは、製品の機能に深刻な影響を及ぼす可能性があります。典型的な救済策は、影響を受けたコンポーネントを新しいものと交換することです。しかし、この解決策には問題と費用が伴います。より良い選択肢は、BGAコンポーネントをリボールすることです。これには、技術者が影響を受けた部品を取り外し、裸の部分に新しいはんだを取り付ける必要があります。

はんだボールの問題を防ぐためには、正しいテストソケットを使用することが重要です。テストソケットには、爪状のソケットと針状のソケットの2種類があります。前者ははんだボールの膨張や変形を引き起こし、後者ははんだボールへの衝撃や摩耗を引き起こします。

はんだボールの酸化

BGA部品のはんだボール酸化の問題は、電子機器製造において増加しつつある問題です。これらの欠陥は、はんだリフロー工程でBGA/CSPコンポーネントのはんだ球と溶融はんだペーストが不完全に融合することによって発生します。これらの欠陥は、鉛フリーおよび錫鉛はんだアセンブリの両方に影響します。しかし、これらの問題を軽減する方法があります。

この問題を避ける一つの方法は、半流動性のソルダーペーストを使うことである。こうすることで、加熱時にボールがショートすることがなくなります。強固なはんだ接合を保証するために、使用するはんだ合金は慎重に選択される。この合金も半流動性であるため、個々のボールが隣接するボールから分離した状態を保つことができる。

はんだボールの酸化を防ぐもう 1 つの方法は、取り扱い中に BGA 部品を保護することです。輸送や出荷の際には、BGA部品が静電気を帯びない発泡パレットに置かれていることを確認してください。これにより、はんだボールとソケットの酸化プロセスを遅らせることができます。

はんだボール除去

BGA部品のはんだボール除去は重要なプロセスです。はんだボールが適切に除去されないと、BGA部品が損傷し、製品が汚れる可能性があります。幸いなことに、BGA部品からボールを除去する方法はいくつかあります。第一の方法は、真空を使用して残留はんだを除去することです。第二の方法は、水溶性ペーストフラックスを使用することです。

多くの場合、最も費用対効果の高い方法はリボールである。この工程では、無鉛はんだボールを有鉛はんだボールに置き換えます。この方法により、BGA部品はその機能を確実に保持します。このプロセスは、特にその部品が定期的に使用されている場合、基板全体を交換するよりもはるかに効率的です。

プロセスを開始する前に、技術者はBGA部品を調査する必要がある。デバイスに触れる前に、はんだボールのサイズと形状を見極める必要がある。さらに、使用するはんだペーストとステンシルの種類を決定する必要があります。その他に考慮すべき点は、はんだの種類と部品の化学的性質である。

はんだボールリボーリング

BGAコンポーネントのはんだボールリボールは、電子アセンブリの再加工を伴うプロセスです。このプロセスには、リフローはんだ付けとステンシルが必要です。ステンシルには、はんだボールをはめ込むための穴があります。最良の結果を得るために、ステンシルは高品質のスチール製である。ステンシルは、ホットエアガンまたはBGAマシンで加熱することができます。ステンシルはBGAのリボール工程に必要で、はんだボールが正しい位置に収まるようにします。

BGA部品をリボールする前に、PCBを準備することが重要です。これにより、部品の損傷を防ぐことができる。まず、PCBを予熱します。これにより、はんだボールが溶融状態になります。次に、ロボット・デボール・システムがマトリックス・トレイから部品の列をピックアップします。はんだボールにフラックスを塗布します。その後、プログラムされた予熱段階を通過する。その後、ダイナミックソルダーウェーブが基板から不要なボールを取り除きます。

多くの場合、BGA部品の再ボール化は、基板全体を交換するよりも経済的です。基板全体の交換は、特に定期的に稼働する機械に使用されている場合、コストがかかる可能性があります。そのような場合は、リボールするのが最良の選択肢です。はんだボールを新しいものに交換することで、基板はより高い温度に耐えることができ、基板の寿命が向上します。

SMTの要件に合った正しいステンシルの選択方法

表面実装技術プロジェクトのためにステンシルを作ろうと計画しているのであれば、必要なステンシルを決めるのに役立ついくつかの要素についてよく理解しておく必要がある。これらの要因とは、価格、形状、寸法である。これらの要素を考慮に入れることで、最良の選択をすることができます。

寸法

ステンシルは、その上に基板データを収容するために正しい寸法を持たなければならない。これは有効領域と呼ばれる。これはSMT基板上のパッドに合わせてカットできるステンシルの中央部分である。ステンシル周囲の残りのスペースはステンシルマージンと呼ばれます。この領域を超えてステンシルをカットすることはできません。

SMTステンシル技術には大きく分けて5つのタイプがある。レーザーカット、電鋳、化学エッチング、ハイブリッドです。化学エッチング金属ステンシルは、ステップステンシルに非常に有用です。これらのステンシルは両面を化学的にフライス加工され、その結果、中央部がわずかに砂時計型のほぼ直線的な壁となります。

テクスチャー

ステンシルに関しては、たくさんの選択肢があります。ステンシルを購入することもできますし、自分でDIYすることもできます。ステンシルは、プロッターを使って切り抜かれたデザインです。ステンシルの質とサイズは、プロッターの設定によります。ステンシルをカットする前に、力とスピードの設定が正しいことを確認してください。力は、粘着性のある裏地を傷つけずにビニールを切り抜くのに十分なものでなければなりません。速度は、できるだけ早くステンシルを切り取るのに十分な速さでなければなりません。ただし、あまり早く切りすぎると、長方形の角が破れてしまうことがある。

表面実装技術で使用されるステンシルは、通常ステンレススチール箔から作られる。表面実装デバイスに合わせてレーザーでカットされます。これらのステンシルは基板上に配置され、はんだペーストを塗布するために使用されます。ステンシルを使用することで、手作業を必要とせずにソルダーペーストを正確に配置することができます。さらに、ステンシルは時間と労力を節約します。

価格

ステンシルを購入する際、顧客は自分の要求に合ったものを見つけるよう注意しなければならない。考慮すべき主な要因は2つあります。ステンシルの厚みは、基板からペーストを離すのに役立ちます。さらに、孔版の大きさは、孔版の中心部分である有効領域（EA）内でなければならない。ステンシルの残りの部分はマージンと呼ばれ、カットすることはできません。

自動はんだペースト印刷機にとって、ステンシルのサイズは重要なパラメータです。プリント基板の内部サイズはそれぞれ異なるため、ステンシルはプリンタのフレームサイズに対応する必要があります。

空室状況

ステンシルは、さまざまなデコレーション・プロジェクトに最適なオプションです。部屋をペイントする場合でも、家具にユニークなデザインを加える場合でも、ステンシルはクリーンで鮮明なイメージを提供します。ペイントブラシと違って、ステンシルは再利用できるので、何年も使えます。

PCBアセンブリコストに影響を与える要因

PCB組み立てサービスをお求めの場合、価格に影響する要素がいくつかあります。カスタム仕様、レイヤー数、リードタイム、労働の質などです。これらの要素を理解することは、PCBA組立サービスとの交渉に役立ちます。PCBアセンブリの全体的なコストを削減したい場合は、これらのヒントを念頭に置いてください。

レイヤー数

PCBアセンブリーのコストには、層数をはじめとするさまざまな要因が影響する。層数が多いと、必要な製造工程が増え、必要な原材料も増えます。また、層数が多いほどラミネーション工程が複雑になるため、コストも高くなります。例えば、4層のPCBは2層のものよりコストが高くなります。

層数を選ぶ際には、基板の目的を理解した上で決定することが重要である。層数は、使用する機械の種類や電子回路の複雑さによっても決まります。一般的に、ハイテク用途では多くの層が必要となります。

リードタイム

リードタイムは、PCBアセンブリのコストを比較する際に考慮すべき最も重要な要因の1つです。リードタイムによって、製造工程にかかる時間とPCBアセンブリのコストが決まります。リードタイムは企業によって大きく異なるため、お客様のニーズにタイムリーに対応できるサプライヤーを見つけることが重要です。

リードタイムは、顧客リードタイム、製造リードタイム、出荷リードタイムの3つに分けられます。例えば、特定の材料を注文した場合、その材料が納品されるまで数週間待つ必要があるかもしれません。同様に、あるサプライヤーに原材料を注文する場合、リードタイムは別のサプライヤーに注文する場合よりも長くなります。リードタイムを短縮するためには、サプライヤーが在庫を維持し、必要であればすぐに材料を発送できるようにしておく必要があります。

労働の質

PCBアセンブリのコストは低く見えるかもしれないが、アセンブリが外国で行われる場合、大幅に上昇する可能性がある。例えば、南アジアで組み立てられたPCBは、北米や西ヨーロッパで組み立てられたPCBの数倍のコストがかかります。さらに、海外ではハンドリングや輸送、通信の遅延が発生するため、PCBアセンブリのコストは上昇します。そのため、PCBアセンブリのコストが安いのは魅力的ですが、受け取る労働力とパッケージの品質について考えることが重要です。

PCBアセンブリコストは数量にも影響されます。数量が多ければ多いほど、規模の経済によりPCBアセンブリコストは低くなります。高品質のPCBアセンブリサービスは、通常、少量の注文を提供するサービスよりも高い料金を請求します。しかし、PCBアセンブリのニーズが少量生産に限られている場合は、PCBを製造するために安価な国を選択することができます。

基板設計の複雑さ

基板設計の複雑さは、PCB組立コストに大きな影響を与えます。基板設計が複雑であればあるほど、製造により多くの時間と労力がかかります。例えば、PCB設計にBGAを追加することは、全く新しい検査セットと追加のアセンブリステップを意味します。さらに、PCBメーカーのコストは、準拠しなければならない規格の影響を受けます。例えば、委託製造業者は、航空宇宙産業用のIPCクラスIII PCBを製造するために必要な認証に投資する必要があります。

PCBアセンブリコストは、基板設計の複雑さ、生産される製品のタイプ、およびアセンブリ方法に関連する要因によって影響を受けます。これらの要因にかかわらず、PCBアセンブリコストを最小限に抑えるために取ることができるいくつかのステップがあります。まず、設計工程が鍵となります。製造工程、基板サイズ、部品サイズにおける不整合は、すべてPCBアセンブリのコストに影響します。