BGA（半導体）
半導体産業において、小型化・高性能化の要求はますます高まっている。その中でも、実装の限界を打破する技術として注目されるのがBGAである。従来のリードフレーム型パッケージではリードピンのピッチが狭くなるほど実装困難が生じていたが、ボール状のはんだを用いるBGAでは、パッケージ裏面にボールを格子状に配置することによって、より多くの接点を確保しながら基板への実装面積を抑えられる利点がある。しかも、高周波特性や熱放散能力が優れている点も強調される。近年の高集積ICやパワーデバイスなどは、高機能化を実現するために基板上での配置がより高密度化する傾向にあり、それを効率的に支える技術としてBGAが広く導入されているのが現状である。
構造と特徴
BGAの最大の特徴は、従来型のパッケージのように外周部だけで端子を配置するのではなく、パッケージ基板の下面全域にわたってはんだボールを敷き詰められることである。これにより、ピン数が増加しても端子間ピッチをある程度維持できるため、高性能ICの実装にも対応できる。さらに、ボールがクッションの役割を果たすことで、機械的ストレスの緩和にも有利である。複数の層を積層した配線基板と組み合わせることで、極めて高密度な配線設計が可能になり、小型化と高機能化の両立が図りやすくなる点が大きな魅力である。
実装のプロセスと要点
BGAの実装には、まず基板上のランドにフラックスやペーストを塗布し、その上にパッケージを正確に載置する工程が重要となる。位置合わせが微小なズレを生じても、リフロー炉内でボールが加熱されて溶融する際にある程度の自己アライメントが働くため、多少のずれは修正される。とはいえ、高ピン数パッケージになるほどシビアな精度が要求されるため、実装機器の性能やリフロー温度プロファイル設定など、詳細なプロセス管理が欠かせない。また、はんだボールの合金組成や基板材質の選定も、接合の信頼性や熱疲労の回避に直結する要因として考慮すべきである。
リワークと熱対策
小型パッケージながら高い機能を持つBGAであっても、不良や設計変更時のリワークは不可避な場合がある。特に脚部がパッケージ下に隠れる形状のため、はんだ接合部の検査およびリワーク手順が難易度を上げている。専用のリワークステーションを用いて局所的に加熱し、ピンポイントでパッケージを取り外す技術が必要になる。また、パッケージ内部や基板との熱膨張率差による熱応力を考慮した設計も必須である。接合部のクラックや半田疲労を未然に防ぐためには、熱解析や基板素材の選定、さらに放熱設計を組み合わせた総合的な対策が重要になる。
多層化と高機能化への対応
近年ではBGA自体が多層パッケージとして利用されるケースも増えている。2.5Dや3D構造のスタック型パッケージでは、複数のダイを垂直方向に重ねて高機能を実現するが、基板スペースを節約しつつ高速伝送を実現するためにBGAのアプローチがさらに活用されている。複数のICを一体化したモジュール状のパッケージでは、高いピン数が要求されるうえ、熱とノイズへの対処も複雑化する。このような要求にも応える柔軟性がBGAの真価といえ、モバイル機器からサーバ、産業機器まで幅広い製品に欠かせない存在となっている。
実装技術の今後
さらなる集積度向上に伴い、ソルダーボールの直径やピッチはますます微細化の方向に向かっている。この流れに対応するためには、製造装置や組み立て技術、検査装置のすべてを高度化させる必要がある。加えて、高周波特性やEMC（Electromagnetic Compatibility）対策も重要度を増し、複雑化する配線設計やシールド技術の確立が不可欠である。こうした課題に取り組むことで、高性能を維持しながら信頼性を高める実装技術へと進化していく。その推進役としてBGAはこれからも中心的役割を果たすと考えられる。