BGAはんだ割れ状態について

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BGAはんだ割れ状態について

こぐおさん
質問日時: 2020/04/16 02:21

皆様、お手数ですが以下の点について教えていただけないでしょうか。

現在BGAの実装に当たって、はんだ割れが散見されている状態です。実装前のASICのはんだボール状態とPCB実装後の状態をSEMで確認したところ、

1. BGAチップとはんだボール接合面にはボイドが確認できませんでした
2. BGAチップをPCBに実装したところ、ボイドが確認できました。ボイドの位置にばらつきがありますが、どちらかというとBGAチップ側に散見されており、またマイクロボイドが発生しているものもありました。

顧客からはボイドに関する指摘が全くないのですが、SEM画像を見る限り明らかに実装後の状態が変化していると感じています。

自分自身では元々のBGA側のボールはんだを着けている面に汚れが付着しており、それがPCBへの実装時の再加熱によって現れたのかなと思いますが、このような状態は発生するものでしょうか。

使用している部材などは以下の通りです。

TFBGA, 128ボールポイント
SAC405使用
Pad面にはAu/Niメッキ

よろしくお願いいたします。


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回答2
回答日時 : 2020/04/17 03:49

岩魚ちゃんさん

※以前BGAに携わった経験からであり最新の知見ではありません。ご参考として。
”SEMで確認”とありますが、余程小さなボイドを問題視? 以下は小生がX線観察で経験した内容からです。

BGAに限らずSMTの場合、ボイドは高確率で発生している筈です。(民生品で確認した限り、そのまま販売されていると思います。)
しかし、通常のボイドによって半田割れに至るのは、考え難い様に思います。(但し、SEMレベルのマイクロクラックが連続して連なっている様なケースについては未確認です。)
ヒートショックや機械的ストレスのサイクル試験結果等では無いですよね?

BGAチップ側に発生していないのは、メーカーさんが上手く接合しているからなのでは?
チップ側に発生が多いのは重力の影響かと思います。

”実装後のSEM画像の変化”がどの様な物かは分かりませんが、単純にボイドという事でとらえて、

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回答1
回答日時 : 2020/04/17 04:06

岩魚ちゃんさん

前葉より

ボイドの発生はリフロー時に発生したガスが抱き込まれた物と考えられます。
 要因として水蒸気の発生や濡れ性悪化あげられます。
チップ・PCB・半田の吸湿
チップ開封後のリフローまでの経過時間
ランドの酸化
半田の劣化・粒度のバラツキ、フラックス成分や構成比
また、
PCBのランド(NSMD方式、SMD方式)の違い(半田の印刷性も含め)によってエアーの巻き込みが悪化したりもします。
半田とリフロープロフィールのマッチングによって発生が改善される事もあります。

減少案としては
ボイド抑制にウエートを置いた半田の選定
リフロープロフィールの最適化
リフローの温度設定は、下面を上面より高くしてフラックスの劣化を抑えつつ気泡の排出性を良くする
真空リフロー炉を使って気泡を強制的に排除する


BGAメーカさんから解説書的な物も入手可能かと。半田メーカーさんにもご相談なされる事をお勧めします。

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岩魚ちゃんさんへのお礼 お礼日時: 2020/05/11 05:04

返答が遅くなってしまいましたが、詳細な回答ありがとうございます。改めてリフロープロファイルを再度見直す方向で現在進めています。

特にボイドの問題をどのように解決するかにはもう少し協議が必要のようです。色々と知見共有ありがとうございました。

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回答3
回答日時 : 2020/05/07 09:27

hamukoさん

岩魚ちゃんが回答されているので、多分その要因の可能性が高いと思いますが、他の要因も考えられるので、言及しておきます。
Pad面のAuめっき要因の可能性があります。PCBに実装すればAuとSnの拡散層が生成し、はんだ付けが完了します。ここでAuの厚さが厚い場合、Snへの拡散が更に進行し、ボイドが発生することがあります。この様な現象が起きているのではないでしょうか?
通常はコスト面も考慮し、0.05μmくらいのAuメッキにしますが、さらに薄いAuメッキにするとピンホールではんだ濡れ性が低下するので、それを懸念して厚く設定し、ボイドが発生することがあります。
また、SnとAuの合金は極端に脆くなってしまいますから、注意が必要です。

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hamukoさんへのお礼 お礼日時: 2020/05/11 05:32

Auの件は顧客から指摘されているのですが、確かに状態としてはありえそうです。改めて確認させていただきます。コメントありがとうございます。

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