PCB 조립에서의 BGA: 종류, 장점 및 검사 기술

BGA(Ball Grid Array)는 IC에 적용되는 고급 표면 실장 기술의 한 종류입니다. 일반적으로 마이크로프로세서와 같은 소자를 영구적으로 실장하는 데 사용됩니다.비에이가이 패키지는 밑면에 다수의 구형 돌기가 있어 고밀도 패키징 요구 사항을 충족하는 상호 연결 포인트를 제공합니다. 짧은 평균 트레이스 길이와 충분한 솔더링 공간 덕분에 고밀도, 고속 장치에 이상적인 패키지입니다.

그림 1: BGA 패키지

BGA의 종류

1. PBGA(플라스틱 BGA): 일반적으로 2~4개의 유기 재료 층으로 구성된 다층 기판입니다. 

2. CBGA(세라믹 BGA): 이름에서 알 수 있듯이 세라믹 기판을 사용합니다. 칩과 PCB의 전기적 연결은 일반적으로 플립칩(FC)을 통해 이루어집니다. 

3. FCBGA(FilpChipBGA): 단단한 다층 기판입니다.

4. TBGA(TapeBGA): 기판은 스트립 형태의 부드러운 1~2층 PCB입니다.

5. CDPBGA (캐비티 다운 PBGA): 패키지 중앙에 사각형 모양의 낮은 홈이 있는 칩 영역을 말합니다. (캐비티 영역이라고도 함)

그림 2: BGA 패키지 구조

BGA의 장점

1. 작은 크기에 넓은 수납공간

BGA는 초미세 피치 기술과 고밀도 상호 연결로 유명합니다. 다른 유형의 SMT 패키지와 비교했을 때, BGA는 동일한 저장 용량에서 3분의 1의 공간만 차지합니다.

2. 뛰어난 전기적 성능

BGA 핀은 리드가 솔더 볼로 대체되어 길이가 매우 짧습니다. 이는 다양한 신호의 전송 경로를 단축하고 리드의 인덕턴스와 커패시턴스를 줄여 전기적 성능을 향상시킵니다.

3. 뛰어난 열 방출

볼 접점 어레이와 PCB 사이의 접촉면은 크고 짧아 열 방출이 뛰어나고 장치의 과열을 방지합니다.

4. 높은 신뢰성

BGA는 평면도가 매우 뛰어납니다. 솔더 볼이 모두 장착면에 대해 정렬되어 있지는 않지만, 이러한 정렬 불량에 대한 허용 오차가 있습니다.

BGA의 단점

1. 납땜 후 검사가 어렵습니다.

X선 검사는 납땜 연결부의 신뢰성을 보장하는 데 사용되는 유일한 방법이지만, 이 검사 기술은 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 들며, 숙련되고 경험이 풍부한 작업자가 필요합니다.

2. 수정하기 어려움

BGA 부품 유지보수 시 엔지니어는 솔더 페이스트를 제거하는 동안 솔더 볼을 보호해야 합니다. 솔더 접합부 하나라도 손상되면 전체 BGA를 제거해야 하며, 제거된 부품은 재사용할 수 없습니다.

그림 3: BGA 패키지 재작업

3. 저장 환경에 대한 높은 요구 사항

BGA 부품은 온도와 습도 변화에 매우 민감합니다. 이상적인 보관 온도는 20~25도이며, 습도는 10% 미만입니다. 또한 정전기 방지에 특별히 주의해야 합니다.

BGA 품질 검사

BGA 부품은 조립 장비, 작업 환경 및 납땜 기술로 인해 납땜 후 다양한 결함이 발생할 수 있습니다. 일반적인 BGA 결함에는 정렬 불량, 납 흩어짐, 단선, 냉납, 브리지, 단락 및 캐비티가 있습니다. 또한 BGA 솔더 볼은 누락되거나 떨어지거나 크기가 균일하지 않은 문제도 발생할 수 있습니다. 현재 전기 테스트, 경계 스캔 검사 및자동 X선 검사BGA 테스트에 가장 일반적으로 사용되는 기술입니다.

1. 전기 테스트

가장 전통적인 품질 검사 방법인 전기 검사는 주로 개방 회로 및 단락 회로 결함을 찾는 데 사용됩니다.

2. 경계 스캔 검사

경계 스캔 기술은 경계 커넥터의 모든 납땜 접합부에 접근하여 부품의 단선 및 단락을 검사할 수 있는 경계 스캔 설계의 검사 포트에 의존합니다.

3. 자동 X선  검사

위에서 설명한 두 가지 검사 기법은 패키지의 전기적 성능만 검사할 수 있으며 납땜 품질은 감지할 수 없습니다. BGA 부품은 납땜 후 다른 부품으로 완전히 덮여 납땜 연결부가 보이지 않습니다.AOI기존 기술로는 BGA 아래에 숨겨진 연결부를 검사할 수 없습니다. 따라서 자동 X선 검사(AOI) 기술이 개발되었는데, 이 기술은 부품 아래의 납땜 접합부를 검사하고 AOI로는 볼 수 없는 공극이나 기포와 같은 납땜 접합부 결함을 보여줄 수 있습니다.

그림 4: X선 검사기로 검출된 결함

X선 검출의 주요 작동 원리는 X선 투과에 기반합니다. 솔더, 부품, PCB 기판과 같이 밀도가 다른 물질들은 원자량에 따라 X선이 투과될 때 서로 다른 빛의 강도를 나타냅니다. 이러한 강도 차이가 방사선 이미지를 형성하여 패키지 내부의 결함을 쉽게 검출할 수 있도록 합니다. X선 검사는 패키지의 내부 구조에 손상을 주지 않으면서 높은 검출 정확도를 유지합니다.

그림 5: PCBGOGO 공장의 자동 X선 검사 장비

결론

전자 제품이 소형화되고 기능이 더욱 발전함에 따라, BGA 패키지는 초미세 피치 기술과 안정적인 고밀도 상호 연결 덕분에 널리 사용되고 있습니다. BGA 패키지의 품질을 보장하기 위해 조립 과정에서 전기 테스트, 경계 스캔 검사 및 자동 X선 검사를 병행하여 수행해야 합니다.PCB GOGO전문 PCB 제조업체입니다.PCB 조립풍부한 산업 경험을 보유한 제조업체입니다. 최첨단 테스트 장비를 갖춘 완전 자동화 SMT 라인을 통해 BGA 패키지에 필요한 정밀도와 품질 일관성을 보장합니다. BGA 조립이 필요하시면 지금 바로 문의하세요.