PCBAの技術 - PCBAプロセス及びPCBA品質検査の欠落

PCBAの品質検査

1、X-rayの調査

PCBAを組み立てた後、X-rayを利用すると、BGA腹底の隠れた溶接点のワイヤ、開路、半田不足、半田過剰、球落ち、淮落ち、ポップコーン、および最もよく現れる空洞などの欠損を見ることができる。

2、走査型超音波顕微鏡法

完成した組立板はSAMスキャンを利用して各種の内在的隠蔽状況を検査することができ、包装業系は各種の内在的空洞と階層を検出するために用いられる。本SAM法はまたA〈点状〉、B〈線状）、C〈面状）の3種類のスキャンイメージングパイプに分けられ、C−SAM面状スキャン者が最もよく使用する。

3、側面視顔サンプルシャープ法によるPCBAの検査

この方法は死角領域を限定した微小なものに対して、光学増幅の側面視検査を行うことができる。BGAのボールフット溶接の場合は、外輪の状況を確認するために使用できます。本法は稜鏡回転90°式のレンズフォーカスを利用し、高解像度のCCDを組み合わせて画面を転送する。倍率は50 X〜200 Xの間であり、正光とバックライト観察も実施することができる。溶接点の状況は：全体の外観、錫を食べる状況、溶接点の形状、溶接点の表面模様、フラックスの残渣などの各種の欠点がある。しかし、この方法ではBGAの内球は見えず、極細の光ファイバチューブ内視鏡を利用して腹部に入れて直接観察する必要がある。しかし、理念は良いが実務的ではなく、高価で折れやすい。

4、ドライバーの強度測定法

特殊なドライバの回転時に発生するトルクを利用して、溶接点を突き上げて引き裂いて、その強度を観察します。この方法では、溶接点の浮遊、メソ分裂、または溶接体の亀裂などの欠損を見つけることができるが、PCBシートには効果がない。

5、マイクロスライス法

本法は試料を切って調製した各種施設を必要とするだけでなく、さらに精密な技巧と豊富な判読知識が必要で、破壊的なやり方で、真相を突き詰めて真正問題の所在を探し出すことができる。

6、浸透染色法（通称赤インク法）

試料を希釈された専用赤色染料溶液に浸漬すると、各溶接点の亀裂と小さな穴が毛細管式に浸入され、その後焼成乾燥される。各試験球の足が強く引き裂かれたりこじ開けられたりすると、断面に赤い斑点がないかどうかを検査することができますが、溶接点の完全性はどうですか。本法はDye and Pryとも呼ばれ、その染料は蛍光染料で別途調製することもでき、紫外光環境では真相が見やすくなる。

BGAボール足空洞その他の欠点

1、溶接点空洞の成因

各種SMT錫ペーストによって形成された溶接点は、大小多寡の空洞が避けられない。特にBGA/CSP球脚類溶接点の空洞が多く、高カロリーの鉛フリー溶接に入ると、その空洞の傾向はさらに火に油を注いでおり、劣悪度はもちろん前よりもはるかに大きい。その成因を追及すると約帰可能数類は後になる：

有機物料：錫ペースト中に有機物を約10-12%by wt含有し、その中にまた比較的に多いフラックスの影響が最も大きく、各種フラックスの分解発気の程度が異なり、発気率が少ない者を選択するのが得策である。次に、高熱中のフラックスははんだ表面の酸化物に付着するので、酸化物を迅速に除去できる者は空洞の生成を減らすことができる。鉛フリーはんだ性が悪いことにより、空洞の形状も悪化する。

PCBAはんだ：溶融はんだが洗浄されたはんだ付け面に接触すると、直ちにIMCが生成されてはんだ付けされる。しかし、この反応ははんだの表面張力の大きさの影響を受け、表面張力が大きい者はその凝集力も大きく、外部への拡張に必要な付着力や流動性はいずれも悪くなる。したがって、表面張力の大きいSAC 305の錫膏溶接点中の有機物や気泡などは、溶接体の外に逃がさず、体内に拘束されて空洞になるしかない。

第一に、錫球の融点が錫膏より低いと、空洞は絶えずボールに浮いて集まって多くなり、次の図はその考えの図を説明する回路基板の表面処理：マット表面処理皮膜が錫につきやすい者は、その空洞が減少する。そうしないと、錫縮小や溶接拒否などの場所で、気泡の凝集を引き起こして大きな穴になる。溶接点の亀裂を起こしやすい中間面の微孔に至ると、銀を浸漬するために両者はよく発生する。銀浸漬表面には透明な有機薄膜があり、銀の変色を防ぐことができる。銀層を溶接すると、液体スズ中に急速に溶解してAg 3 Sn 5のIMCが形成される。残った有機膜は強い熱で分解して微細な穴になることは避けられない。特に「シャンパン泡塗布」と呼ばれているので、銀層は厚すぎて0.2μ m以下が好ましい。OSPが厚すぎるとメソ微孔も発生し、その皮膜は0.4を超えてはならないμ m。

浸漬めっき銀は、酸性槽液の銅面に、配管から発生する皮膜を置換する。変色防止機能を同時に完成させるために、表面には有機分子の薄膜が張られており、銀面が過度に劣化せずに半田性に影響を与えないようにしている。後続の溶接反応において、銀成分は急速に液鍚に溶解してAg 3 Sn 5のシート状IMCを形成し、中間面に残された有機膜は一旦強い熱に遭遇すると、多くの小さな空洞に分解される可能性が高く、特に「シャンパン泡抹」と呼ばれる。

溶接パッドの面積が大きい者は空洞や微孔が発生しやすい場合もあり、この場合は分裂法を採用していくつかのガスを放出する溝を入れたり、緑の漆十字線を印刷したりして、ガスを逃がして空洞を回避するのに便利である。微盲孔による空洞に至っては、もちろん電気めっき銅被覆孔を最適な選択とした。その他にも錫膏の吸水を避け、銅面の粗さや有機残膜を根絶するなど、空洞を減らす効果的な方法である。

PCBAのBGA空洞許容規格

ボールフットの空洞が多すぎると、電気伝導と熱伝導に影響し、溶接点の信頼性もよくありません。下表の平面視断面空洞直径が占める球径の許容収量の上限は25%で、この25%の直径は総接触面積の約6%に等しく、大きさの空洞は合わせて計算しなければならない。ボールフットとキャリアプレートまたは回路基板の上下2種類のパッドの中間面の空洞は、実際には亀裂の主な原因である。

空洞径は平面視球径の25%を超えてはならない。中図は空洞直径が球径の35%を占めている場合、マット面の約12%の面積割合を待っていることを説明している。右図は新型X-Ray機器に特殊なソフトウェアを組み合わせたもので、球径、空洞面積、単一の大穴などのデータを測定することができる。

PCBAのBGA空洞分類

BGA空洞はその位置と出所によって5つに分類され、良心的にはリスト図の空洞への分類は非常に粗雑であり、将来的には必ず再修正される。

BGAワイヤリング

ボールフット間のワイヤショートの原因は、錫ペーストの印刷不良、部品の配置が正しくなく、放置後に手動調整を行ったり、溶接中に錫が飛び散ったりしたことによる可能性がある。Openの原因は、錫ペーストの印刷不良、放置後の異動、共面性不良、または板面パッドの半田性不良などである。

BGA冷弾

Cold Solderの主な原因は、熱不足によるはんだと被はんだ面との間にIMCが形成されていないか、IMCの数と厚さが不足しているため、有力な強度を示すことができなかったことである。このような欠点は、光学顕微鏡とマイクロスライスを用いて注意深く検査することしかできない。