熱シールドの位置がリワークに及ぼす影響

Jun 12, 2024

Scientific Reports volume 12、記事番号: 15118 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、両面プリント基板アセンブリ上の隣接するボール グリッド アレイ コンポーネントおよびそのはんだ接合部への熱的および機械的損傷を回避するための、リワーク プロセス中の熱シールドの配置位置の有効性を調査しました。 3 種類の熱シールド配置場所が使用されました。サンプル X、リワーク場所の隣接するコンポーネント上の個別の熱シールド配置。 サンプル Y は U 字型、サンプル Z は正方形の熱シールドで、それぞれ熱源の位置に配置されます。 熱シールドの位置とリワーク中のはんだ接合部の損傷との関係を理解するために、染色および引張試験の結果、赤外線サーモグラフィー、および温度測定が分析されました。 リワーク部品の熱源位置に熱シールドを配置すると、隣接するリワーク部品位置のピーク温度を最大 8.18% 削減できます。 BGA コンポーネントの中心と角のピーク温度をそれぞれ 195 °C と 210 °C 未満に維持することで、はんだ接合部の損傷を 50% 以上減少させ、隣接するリワーク コンポーネント位置のはんだ接合品質を向上させることができます。 これは、両面プリント基板アセンブリ上に高密度ボール グリッド アレイ コンポーネントを配置するリワーク中の熱管理に役立ちます。

プリント基板アセンブリ (PCBA) の再加工は、廃棄物を削減し、その結果として企業の総収益を高めるための有益な取り組みとして、製造業界で頻繁に使用されています。 コンポーネントの入手が困難であり、柔軟性に対する要求が増大し、製品を市場に投入するまでの製品開発サイクルが短い場合、PCBA の再加工はますます重要になってきています1、2。 PCBA を再加工する主な利点は、損傷の程度によっては、交換するよりも早く実行できることです3。

ボール グリッド アレイ (BGA) コンポーネントを再加工するプロセスは、エリア アレイの再加工として知られています。 はんだ接合部がコンポーネント本体の下に隠れているため、エリアアレイデバイスの再加工がより困難になります4。 鉛フリーはんだ付けのより高い動作温度要件とエリアアレイコンポーネントの敏感な性質の組み合わせにより、鉛フリー BGA コンポーネントのリワーク手順を定義することが困難になります5。 高密度の製品設計では、複数の BGA コンポーネントが互いに近接して配置されます。 したがって、隣接するリワークコンポーネントの位置は、リワーク中に熱リフローにさらされるリスクが高くなります6。 いくつかの障害は、PCBA リワーク手順中のより厳密な熱プロファイルや極めて高い精度など、新しい方法または改訂された方法を導入することによってのみ克服できます7。

熱シールドは、コンポーネント、プリント基板 (PCB)、隣接する再加工コンポーネントの位置、およびはんだ接合部への熱的または機械的損傷を避けるために使用されます。 熱シールドは、BGA の取り外しと組み立てのためのリワーク熱風リフロー プロセス中に、PCBA の底面と上面の間の温度差を最小限に抑えることができ、それによって隣接するコンポーネントへの熱伝達を低減します8。 コンポーネントの損傷やはんだ接合部の亀裂は、隣接するコンポーネントのはんだ接合部の意図しないリフローによって引き起こされる可能性があります9。 錫ベースのはんだと銅パッド間の相互作用により、組立プロセス中およびはんだ接合部の使用中に金属間化合物 (IMC) が発生します10。 はんだの機械的特性が低いのは、非常に厚い IMC 層が原因である可能性があります。 さらに、IMC の形状は、はんだ接合の信頼性に大きな影響を与えます11。 厚い IMC は本質的に脆いため、壊れやすく、はんだ/IMC 界面および IMC 層内に蓄積するマイナス体積反応によって引き起こされる縦方向の変形誘起応力が機械的特性の劣化を引き起こす可能性があります 12。 また、リワークプロセス中の熱シールドは、隣接するコンポーネントのはんだ接合部の IMC 層が厚くなりすぎて、はんだ接合部の品質と信頼性に影響を与えることを防ぎます13。 限られた研究では、両面 PCBA への高密度コンポーネントの配置を伴うリワーク中に熱シールドを使用した熱管理に取り組んでいます14、15。