JP2002064265A - Bga実装方法 - Google Patents
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Abstract
け外観検査方法でBGAはんだ接合部の良否判定を可能
としたBGA実装方法を提供する。 【解決手段】 プリント板基材7のスルーホール上部ラ
ンド1(またははんだ6)に、ソルダペースト3をあら
かじめ塗布しておき、BGA側パッド5に接続されたは
んだ6をスルーホール上部ランド1の穴に填め合わせ装
着し、加熱することにより、はんだ6とソルダペースト
3は溶融して、スルーホールに流れ込み、スルーホール
裏面ランド9まで濡れ広がり、BGA側パッド5とスル
ーホール上部ランド1とが密着してはんだ接合され、か
つはんだフィレットを形成する。これにより、一般的な
外観検査方法ではんだ接合部の良否判定ができる。
Description
e Ball Grid Array:ファインボール
グリッドアレイ)等のBGA(Ball Grid A
rray)をプリント板にはんだ付けする実装方法に関
するものである。
ント板にはんだ付けする実装方法等の従来例を説明す
る。
図10で説明する。
の状態を表す図である。BGAの構成は、BGAボディ
4の下部に、電極としてBGA側パッド5が格子状に配
列され、さらにBGA側パッド5の表面には、はんだボ
ール即ち球形状のはんだ6が接続されている。
プリント板基材7にBGA側パッド5と同配列された電
極としてのプリント板側パッド2にソルダペースト3を
あらかじめ塗布しておき、球形状をしたはんだ6がプリ
ント板側パッド2に重なるように装着する。なお、図9
において、1はスルーホール上部ランド、8はスルーホ
ール内部、9はスルーホール下部ランドである。
GAとプリント板を加熱し、はんだ6とソルダペースト
3を溶融させはんだ付け接合をさせる。
後の状態を表した図である。
つにまとまり、プリント板側パッド2に濡れ広がり、B
GA側パッド5とプリント板側パッド2間にはんだフィ
レットが形成されはんだ接合される。
かった場合、プリント板側パッド2間にはんだが広がっ
てつながり、はんだショート12が発生する。またソル
ダペースト3の供給量が少なかったり、BGAのはんだ
ボールが欠落していた場合、BGA側パッド5とプリン
ト板側パッド2がはんだ接合されず、はんだオープン1
1となる。
接合部は、実装部品の外側にあり、実装部品のリードや
電極とプリント板のパッド間に形成されるはんだフィレ
ットを目視観察することではんだオープン、はんだショ
ートの判別が可能である。またはんだフィレットの状態
を、目視に変わるカメラやレーザを応用したはんだ付け
外観検査装置で自動検査することができる。
んだ接合部を、X線を使用して得た透過像の図である。
はんだ6に含まれる鉛は、X線を透過しにくいため透過
像では黒く映る。通常のはんだ接合部の透過像は円形状
態に映しだされるが、はんだショート12の状態では隣
接するパッド間に楕円形の透過像が映しだされる。
んだ量が少ないため通常のはんだ接合部の透過像にくら
べ、小さな円形の透過像となる。このようにBGAのは
んだフィレットはプリント板基材7とBGAボディ4に
挟まれており、目視できない為、X線等を使用してその
透過画像を観察する必要がある。そのためBGAを実装
したプリント板の検査工程は、BGA部とその他実装部
品に工程を分けて実施していた。
状態を表わした図である。
不具合のリペア方法は、はんだショートの場合その箇所
をはんだこてで加熱しはんだを溶融させ除去する。また
はんだオープンの場合その箇所をはんだこてで加熱しは
んだを供給することで行われる。
の高価なリペア装置が必要である。隣接するプリント板
側パッド2がはんだショート12する、またはBGA側
パッド5とプリント板側パッド2がはんだオープン11
すると、それが数百点はんだ接合箇所をもつBGAの1
箇所であってもBGAをいったん取り外し、新品のBG
Aを再度実装する必要がある。
すように、プリント板基材7下側からヒータ16で加熱
すると共に、BGA上側から図示していない熱風発生器
からの熱風を熱風ノズル14にてBGAに吹きつけ加熱
し、BGA全てのはんだが溶融したのち、吸着ノズル1
5でBGAボディ4を吸着し持ち上げ、プリント板から
取り外す。この取り外したBGAは、BGA側パッド5
のはんだが不均一となるため、再利用できない。プリン
ト板側パッド2に残ったはんだは、図示していないはん
だ吸い取り器で平らに均しておく。
BGAを準備し、吸着ノズル15でBGAを吸着し位置
決めを行い、プリント板から取り外す時と同様にプリン
ト板基材7下側からヒータ16で加熱すると共に、BG
A上側から図示していない熱風発生器からの熱風を熱風
ノズル14にてBGAに吹きつけ加熱し、BGA全ての
はんだ6を溶融させ、はんだ接合させる。
付けた状態を表わす図である。
UやMPUに用いられることが多く、CPUやMPUの
高速化に伴い、通電時熱を発生する。
Aボディ4とプリント板基材7の間にはんだ接合部分隙
間があることから、プリント板に熱を伝え放熱すること
ができなかった。そのため熱を逃す放熱フィン17等が
必要であった。放熱フィン17は、BGAボディ4上部
に取り付けられるため、製品の薄型化を阻害していた。
BGA実装方法を用いたBGAのはんだ接合部の検査
は、一般的な実装部品のはんだ接合部の検査とBGAは
んだ接合部の検査の二つに分割する必要があった。その
BGAはんだ接合部の検査に高価なX線装置が必須とな
っていた。よって、検査工数増加による検査費の増加
と、プリント板の製造リードタイムの延長を招いた。さ
らにBGAはんだ接合部不具合のリペアのためには、高
価なリペア装置が必須となる問題があった。また通電時
BGAの熱を放熱するために、放熱フィンや放熱ファン
を取り付ける必要があった。
的な実装部品のはんだ接合部のはんだ付け外観検査方法
でBGAはんだ接合部の良否判定を可能とし、X線装置
とリペア装置を不要とし、軽薄短小化・短納期の要求に
応えた実装を実現できるBGA実装方法を提供すること
を目的とする。
は、BGAをプリント板にはんだ付けするBGA実装方
法において、 プリント板のスルーホールの位置にある
プリント板のランドと、BGAのパッドに接続されたB
GAのはんだボールの少なくとも一方にあらかじめソル
ダペーストを塗布しておき、プリント板のスルーホール
とBGAのはんだボールとが重なるように装着し、BG
Aとプリント板とを加熱することにより、はんだボール
とソルダペーストが溶融してスルーホールに流れ込み、
スルーホール裏面ランドに導かれて濡れ広がり、BGA
のパッドがプリント板のスルーホールの位置にあるプリ
ント板のランドと密着してはんだ接合され、かつスルー
ホール裏面ランドにはんだフィレットが形成されること
を特徴とする。
面ランドに形成されたはんだフィレットを観察すること
により、BGAのはんだ接合の良否を判別できる。
ット検査に用いられるはんだ付け自動検査装置も適用可
能となり、検査時間の大幅短縮が図れる。
合でも、加熱により溶融した余剰はんだは、スルーホー
ルの毛細管現象と濡れ現象から、スルーホールを伝って
スルーホール裏面ランドに集められるため、BGAパッ
ド側で、はんだショートは発生しない。
箇所で、はんだオープンが発生しても、スルーホール裏
面ランドから加熱し、はんだを供給することでリペア可
能となる。
のBGA実装方法において、BGAのパッドとプリント
板のスルーホールの位置にあるプリント板のランドとを
はんだ接合させるために必要な、はんだとソルダペース
トとを加算した総はんだ量V SOLDERが、スルーホール体
積をVTH、スルーホール裏面ランド上の半球上のはんだ
体積をVRANDとしたとき、VTH<VSOLDER<VTH+V
RANDの範囲であることを特徴とする。
ーホール内のはんだ量が少ないとはんだの表面張力がス
ルーホール内部方向に働き、BGAのパッドからはんだ
が離れ、はんだオープンとなることが分かった。
ーホール裏面ランド上に膨らんだ状態となり、隣接する
スルーホール裏面ランド上のはんだと接触し、はんだシ
ョートが発生する。この評価試験結果からスルーホール
の体積をもとにBGA実装に必要なはんだ量を算出し明
確にできる。
Aのばんだボールとスルーホールの組み合わせであって
も、簡単に適切なはんだ量が算出可能となり、はんだ付
け不具合のない安定したBGA実装が得られる。
板のパッドサイズ、スルーホール径等の設計基準を構築
できる。
載のBGA実装方法において、BGAのシリコンチップ
の位置と対応するプリント板の位置にベタパターンを設
け、BGAのボディとベタパターンとを密着させたこと
を特徴とする。
率よく放熱することができる。また放熱フィンや放熱フ
ァンが不要となり、製品の薄型化が可能となる。
施形態について詳細に説明する。なお、以下の図におい
て、同符号は同一部分または対応部分を示す。
て、本発明の第1の実施形態に係わるBGA実装方法を
説明する。
の状態を表す図である。同図に示すように、BGAの構
成は、BGAボディ4の下部に電極としてBGA側パッ
ド5が格子状に配列され、さらにBGA側パッド5の表
面には、球形状のはんだ6が接続されている。また、プ
リント板の構成は、プリント板基材7にBGA側パッド
5と同配列されたスルーホール上部ランド1があり、そ
のスルーホール上部ランド1はスルーホール内部8を介
してスルーホール裏面ランド(スルーホール下部ラン
ド)9へ接続されている。スルーホール上部、内部、下
部はいずれも図示しない上層パターン、内層パターン、
下層パターンを通じて他部品と接続されている。
には、スルーホール上部ランド1、または球形状をした
はんだ6に、ソルダペースト3をあらかじめ塗布してお
き、球形状をしたはんだ6をスルーホール上部ランド1
の穴に填め合わせ装着する。装着後は、図示しないリフ
ロー装置等でBGAとプリント板を加熱し、はんだ6を
溶融させる。
の状態を表した図である。図1のはんだ6は溶融してス
ルーホール上部ランド1に濡れ広がり、スルーホールの
中に毛細管現象と濡れ現象からはんだ6が溶け込み、さ
らにスルーホール裏面ランド9まで濡れ広がり、BGA
側パッド5とスルーホール上部ランド1とが密着しては
んだ接合され、かつはんだフィレットを形成する。その
状態を目視で確認することにより、はんだ接合が正確に
行われたことを確認できる。
に用いられるはんだ付け自動検査装置も適用可能とな
り、検査時間の大幅短縮が図れる。
場合でも、加熱により溶融した余剰はんだは、スルーホ
ールの毛細管現象と濡れ現象から、スルーホールを伝っ
てスルーホール裏面ランド9に集められるため、BGA
パッド5側で、はんだショート12は発生しない。
アの状態を表わす。同図に示すように、BGAのはんだ
ボールすなわち球形状をしたはんだ6が欠落した箇所
で、はんだオープン11が発生しても、スルーホール裏
面ランド9からはんだこて10等で加熱し、はんだ6を
供給することでリペア可能となる。
実施形態に係わるBGA実装方法を説明する。図4は、
本発明の第2の実施形態に係わるBGA実装方法のはん
だ体積の上下限を表わした図である。
ーホール内のはんだ量が少ないとはんだ6の表面張力が
スルーホール内部方向に働き、BGAパッド5からはん
だ6が離れはんだオープン11となることが分かった。
よってはんだオープン11現象を無くす最低限のはんだ
量は、スルーホールの内部体積分必要である。
スルーホール裏面ランド9上に膨らんだ状態となり、隣
接するスルーホール裏面ランド9上のはんだ6と接触
し、はんだショート12が発生する。
れるが、最低限パッドサイズよりはみ出さないはんだフ
ィレットを形成させれば良い。よってスルーホール内部
体積と、スルーホール裏面ランド9寸法を直径とした半
球の体積を合わせたものを最大はんだ量とすれば良い。
はんだ6の体積をVBGAとし、ソルダペースト3の体積
をVPASTEとすれば、1つのはんだ接合箇所の総はんだ
体積VSOLDER=VBGA+VPASTEとなる。またスルーホー
ル体積をVTH、スルーホール裏面ランド9上の半球上の
はんだ体積をVRANDとすれば、はんだ接合に必要な総は
んだ体積VSOLDERは、VTH<VSOLDER<VTH+VRANDを
満たしていればよい。
Aのはんだボールサイズを調査し、塗布するソルダペー
スト量から総はんだ量を算出し、プリント板設計時スル
ーホールの内径の変更や、プリント板基材7の厚さの変
更やスルーホール裏面ランド9寸法の変更により、総は
んだ量が上記計算式を満たすように制御できる。
ことによっても、同様に上記計算式を満たすように制御
できる。
BGAのはんだボールとスルーホールの組み合わせであ
っても、簡単に最適なはんだ量を算出可能となり、はん
だ付け不具合のない安定したBGA実装が得られる。
板のパッドサイズ、スルーホール径等の設計基準を構築
できる。
用いて、本発明の第3の実施形態に係わるBGA実装方
法を説明する。
状態を表す図である。同図に示すように、BGAの構成
は、BGAボディ4の下部に電極としてBGA側パッド
5が格子状に配列され、BGA側パッド5の表面には、
球形状のはんだ6が接続されている。また、プリント板
の構成は、プリント板基材7にBGA側パッド5と同配
列されたスルーホール上部ランド1があり、そのスルー
ホール上部ランド1はスルーホール内部8を介してスル
ーホール裏面ランド9へ接続されている。スルーホール
上部、内部、下部はいずれも図示しない上層パターン、
内層パターン、下層パターンを通じて他部品と接続され
ている。さらにプリント板基材7におけるBGAのシリ
コンチップ20の位置に対応する位置には、その特定範
囲のスルーホール周囲の全面を銅箔で覆ったベタパター
ン13が配置されている。プリント板基材7の裏面にも
同様のベタパターン13が配置されている。この表裏の
ベタパターン13はスルーホールで接続されている。
には、スルーホール上部ランド1、または球形状をした
はんだにソルダペースト3をあらかじめ塗布しておき、
球形状をしたはんだ6をスルーホール上部ランド1の穴
に填め合わせ装着する。装着後は、図示しないリフロー
装置等でBGAとプリント板を加熱し、はんだ6を溶融
させる。
の状態を表した図である。図5のはんだ6は溶融しては
んだ6はスルーホール上部ランド1に濡れ広がり、スル
ーホールの中に毛細管現象と濡れ現象からはんだ6が溶
け込み、BGAの自重による効果を伴い、BGA側パッ
ド5とスルーホール上部ランド1が密着する。これに伴
いBGAボディ4とプリント板ベタパターン13が密着
することにより、BGA通電時の熱を、プリント板を経
由し、熱伝導率の高い銅から効率よく放熱することがで
きる。またベタパターン13をグランドに接続すること
で、ノイズに強いBGA実装が得られる。
用いて、本発明の第3の実施形態に係わるBGA実装方
法を説明する。
状態を表す図である。同図に示すように、BGAの構成
は、BGAボディ4の下部に電極としてBGA側パッド
5が格子状に配列され、BGA側パッド5の表面には、
球形状のはんだ6が接続されている。さらにBGAのシ
リコンチップ20の位置にも球形状のはんだ6が接続さ
れている。また、プリント板の構成は、プリント板基材
7にBGA側パッド5と同配列されたスルーホール上部
ランド1があり、そのスルーホール上部ランド1はスル
ーホール内部8を介してスルーホール裏面ランド9へ接
続されている。スルーホール上部、内部、下部はいずれ
も図示しない上層パターン、内層パターン、下層パター
ンを通じて他部品と接続されている。さらにプリント板
基材7におけるBGAのシリコンチップ20の位置に対
応する位置には、その特定範囲のスルーホール周囲の全
面を銅箔で覆ったベタパターン13が配置されている。
プリント板基材7の裏面にも同様のベタパターン13が
配置されている。この表裏のベタパターン13はスルー
ホールで接続されている。
には、スルーホール上部ランド1、または球形状をした
はんだ6にソルダペースト3をあらかじめ塗布してお
き、球形状をしたはんだ6をスルーホール上部ランド1
の穴に填め合わせ装着する。装着後は、図示しないリフ
ロー装置等でBGAとプリント板を加熱し、はんだを溶
融させる。
状態を表した図である。図7のはんだ6は溶融してスル
ーホール上部ランド1に濡れ広がり、スルーホールの中
に毛細管現象と濡れ現象からはんだが溶け込みBGAの
自重による効果を伴い、BGA側パッド5とスルーホー
ル上部ランドが密着する。これとともにBGAボディ4
とプリント板ベタパターン13がはんだ接合されること
により、BGA通電時の熱がスルーホールを経由しプリ
ント板裏面へ伝わり、熱伝導率の高い銅から効率よく放
熱することができる。
装方法によれば、BGAに付加されたはんだボールとソ
ルダペーストを接合材料として、BAGのパッドとプリ
ント板のスルーホールの位置にあるプリント板のパッド
およびスルーホール内壁をはんだ接合しながらスルーホ
ール裏面ランドに導きはんだフィレットを形成させるた
め、BGAはんだ接合部の目視検査を可能とし、従来の
BGAのX線等による検査が不要となり、実装プリント
板の検査性が向上する。
だこて10でリペア可能となり、実装プリント板の歩留
まり向上が得られる。
際、設計基準を構築できる。
ることにより、通電時のBGAの熱を効率よく放熱する
ことができる。
を表わす要部断面図。
を表わす要部断面図。
ア状態を表わす要部断面図。
を表わす要部断面図。
を表わす要部断面図。
を表わす要部断面図。
を表わす要部断面図。
を表わす要部断面図。
図。
面図。
上面図。
要部断面図。
けた状態を表わす要部断面図。
ド) 10…はんだこて 11…はんだオープン 12…はんだショート 13…ベタパターン 20…シリコンチップ 14…熱風ノズル 15…吸着ノズル 16…ヒータ 17…放熱フィン
Claims (3)
- 【請求項1】BGAをプリント板にはんだ付けするBG
A実装方法において、プリント板のスルーホールの位置
にあるプリント板のランドと、BGAのパッドに接続さ
れたBGAのはんだボールの少なくとも一方にあらかじ
めソルダペーストを塗布しておき、前記プリント板のス
ルーホールと前記BGAのはんだボールとが重なるよう
に装着し、前記BGAと前記プリント板とを加熱するこ
とにより、前記はんだボールと前記ソルダペーストが溶
融して前記スルーホールに流れ込み、スルーホール裏面
ランドに導かれて濡れ広がり、前記BGAのパッドが前
記プリント板のスルーホールの位置にあるプリント板の
ランドと密着してはんだ接合され、かつ前記スルーホー
ル裏面ランドにはんだフィレットが形成されることを特
徴としたBGA実装方法。 - 【請求項2】前記BGAのパッドと前記プリント板のス
ルーホールの位置にあるプリント板のランドとをはんだ
接合させるために必要な、はんだとソルダペーストとを
加算した総はんだ量VSOLDERは、スルーホール体積をV
TH、スルーホール裏面ランド上の半球上のはんだ体積を
VRANDとしたとき、VTH<VSOLDER<VTH+VRANDの範
囲であることを特徴とした請求項1に記載のBGA実装
方法。 - 【請求項3】前記BGAのシリコンチップの位置と対応
する前記プリント板の位置にベタパターンを設け、前記
BGAのボディと前記ベタパターンとを密着させたこと
を特徴とした請求項1に記載のBGA実装方法。
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