BGA 납땜: 기술, X선 검사 및 재작업

기술의 끊임없는 발전으로 전자 제품은 가볍고 작은 제품으로 변화했습니다. 이러한 고객 요구에 부응하기 위해 SMT(표면 실장 기술)가 도입되었습니다. 또한, 이러한 제품에 대한 수요 증가로 인해 빠르게 조립할 수 있는 고밀도 기술 개발이 필요해졌습니다. 이러한 추세는 BGA(볼 그리드 어레이)의 개발로 이어졌습니다. 기술.

하지만 BGA 솔더링은 솔더볼이 회로 기판과 BGA 본체 사이에 끼어 있기 때문에 언뜻 보기에 어려워 보일 수 있습니다. 하지만 BGA를 사용한 PCB 조립은 성공적인 것으로 입증되었습니다. BGA 사용의 이점은 성능과 신뢰성 측면에서 매우 중요합니다.

이 기사에서는 BGA 부품을 사용하여 PCB를 조립, 검사, 재작업하기 위한 주요 BGA 납땜 기술, 장비, 프로세스 및 모범 사례를 다룹니다.

BGA 솔더링이란?

BGA는 쿼드 플랫 팩처럼 핀을 사용하는 패키지와는 매우 다릅니다. BGA 패키지의 핀은 격자 형태로 배열되어 있어 BGA라는 이름이 유래되었습니다. 연결에는 기존의 와이어 핀 대신 솔더 볼이 있는 패드를 더 추가합니다. BGA 부품을 장착할 PCB에는 일치하는 구리 패드 세트가 필요한 연결성을 제공합니다.

 

BGA의 장점

· BGA 패키지는 쿼드 플랫팩 경쟁 제품에 비해 다양한 장점을 제공합니다. 따라서 전자 회로 제조에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 장점 중 몇 가지는 다음과 같습니다.

· BGA 납땜은 견고합니다. 다른 패키지는 핀이 매우 가늘어서 아무리 조심스럽게 다루더라도 쉽게 손상됩니다. 핀이 휘어지면 수리가 거의 불가능합니다. 그러나 BGA는 BGA 솔더볼이 부착된 패드를 통해 연결되기 때문에 손상이 거의 발생하지 않습니다.

· 고속 성능: BGA 패키징에서는 도체가 칩 캐리어 아래쪽에 위치합니다. 즉, 칩 내부의 리드가 더 짧습니다. 따라서 불필요한 리드 인덕턴스 수준이 낮습니다. 이러한 방식으로 BGA 소자는 경쟁 제품보다 더 높은 수준의 성능을 제공합니다.

· 개선된 PCB 설계: 많은 패키지 주변의 트랙 밀도는 핀들이 매우 가까이 위치하기 때문에 매우 높아집니다. BGA는 접점을 전체 패키지 영역에 분산시켜 문제를 잠재적으로 줄일 수 있습니다.

· 낮은 열 저항성: BGA는 실리콘 칩 간의 열 저항이 낮습니다. 이를 통해 패키지 내부의 집적 회로에서 발생하는 열을 장치 외부로 더 빠르고 효과적으로 방출하여 PCB로 전달할 수 있습니다.

BGA의 응용 분야

BGA(볼 그리드 어레이) 솔더링은 항공우주, 컴퓨터 수리, 전자 제품 제조 등 다양한 산업에서 사용됩니다. 또한 고속 회로의 성능 향상에도 사용됩니다. 그 외 다음과 같은 용도로 사용됩니다.

· 전자기기 수리: 노트북, 스마트폰, 게임 콘솔, 태블릿 등의 기기를 수리하는 데 사용됩니다.

· 열 관리: BGA 납땜은 전자 장치의 열 관리를 개선할 수 있습니다.

· 전자파 간섭 감소: 더 높은 주파수에서 작동하는 장치의 전자파 간섭을 줄일 수 있습니다.

BGA 패키지

BGA 패키지는 집적 회로에 사용되는 SMT 어셈블리의 한 유형입니다. 기존의 스루홀 부품에 비해 신뢰성, 밀도 및 열 발산 추적 능력 등 여러 가지 이점을 제공합니다.

BGA 패키지 유형

타입	기술설명	어플리케이션
PoP(패키지 온 패키지)	이 t유형은 여러 개의 IC 패키지를 수직으로 쌓아서 높은 기능성을 갖춘 컴팩트한 디자인을 구현합니다.	스마트폰과 태블릿에서 프로세서를 결합하는 데 사용됩니다.
CSP(칩 스케일 패키지)	그것은 더 작습니다 BGA 칩 솔더링 칩이 들어있는 크기에 꼭 맞는 패키지입니다.	이는 휴대용 기기나 웨어러블 기기와 같은 소형 기기에서 흔히 볼 수 있습니다.
TBGA(테이프 BGA)	PCB 대신 테이프 기판을 사용하여 더 가볍고 얇은 패키징을 구현했습니다.	일반적으로 휴대하기 편리하고 가벼운 가전제품에 사용됩니다.
PBGA(플라스틱 BGA)	비용 효율적인 대량 생산을 위해 플라스틱 기판으로 개발되었습니다.	게임 콘솔, 노트북 등 가전제품에 널리 사용됩니다.
CBGA(세라믹 BGA)	뛰어난 열적, 기계적 특성을 제공하기 위해 세라믹 기질을 사용하여 제작되는 경우가 많습니다.	항공우주, 자동차, 군용 애플리케이션에 이상적입니다.
FBGA(미세 피치 BGA)	더 높은 연결 밀도를 위해 더 작은 솔더 볼 피치가 특징입니다.	고성능 컴퓨팅 및 네트워킹 장비에 사용되는 고밀도 PCB에서 널리 선호됩니다.
EBGA(향상된 BGA)	이 유형은 열 비아나 히트 스프레더와 같은 향상된 열 관리 기능을 갖도록 설계되었습니다.	산업 장비 및 서버와 같은 고전력 애플리케이션에 적합합니다.

 

BGA는 어떻게 PCB에 납땜되나요? - BGA 납땜 공정?

BGA 솔더링 공정은 BGA 패키지와 PCB 간의 안정적인 연결을 보장하기 때문에 현대 전자 제품 제조에 매우 중요합니다. 하지만 제대로 된 작업이 필요하다면 고품질 결과를 얻기 위한 모범 사례를 준수해야 합니다. 아래에서는 이 공정에 필요한 필수 단계와 기술을 살펴보겠습니다.

BGA 납땜 기술

BGA 솔더링은 주로 리플로우 솔더링과 수동 솔더링, 두 가지 기법을 사용합니다. 전자는 리플로우 오븐을 사용하여 솔더 페이스트를 가열하여 녹이고 견고한 전기적 및 기계적 연결을 형성합니다. 후자는 수리 및 시제품 제작에 사용되며, 최상의 결과를 얻으려면 열풍 스테이션과 같은 특수 도구와 숙련된 작업자가 필요합니다.

앞서 언급했듯이 BGA 납땜 기술을 선택하는 것은 PCB 설계의 응용 분야, 생산 규모, 복잡성에 따라 달라집니다.

BGA PCB 랜드 패턴

효과적인 BGA 납땜을 위해서는 PCB의 적절한 랜드 패턴 설계가 중요합니다. 랜드 패턴은 BGA 볼 피치 및 직경과 일치해야 합니다. 이 패턴은 솔더 접합 신뢰성 향상을 위해 비솔더 마스크 정의(NSMD) 패드를 사용합니다. 또한, 이 패턴에는 고밀도 기판을 위한 비아-인-패드 설계도 포함됩니다. 마지막으로, IPC 표준을 준수하면 일관된 결과를 보장하고 납땜 결함을 줄이는 데 도움이 됩니다.

BGA 솔더 페이스트 인쇄

가장 중요한 단계는 솔더 페이스트를 PCB에 정확하게 도포하는 것입니다. 고려해야 할 사항은 다음과 같습니다.

· 스텐실 디자인: 랜드 패턴에 맞는 적절한 조리개 크기가 있는 스텐실을 사용해야 합니다.

· 페이스트 농도: 또한 틈새와 공극이 생기지 않도록 솔더 페이스트의 점도가 균일한지 확인해야 합니다.

· 조정: 잘못된 인쇄를 방지하려면 스텐실과 PCB를 정확하게 정렬하는 것이 중요합니다.

컴포넌트 배치

PCB에 BGA 패키지를 올바르게 배치하려면 솔더 볼을 해당 패드에 정밀하게 정렬해야 합니다. 다행히 이 단계에서는 일반적으로 자동화된 픽앤플레이스 장비가 사용됩니다. 이러한 장비는 정확한 위치 지정, BGA 패키지 손상을 방지하기 위한 부드러운 핸들링, 그리고 광학 검사 시스템을 사용한 정렬 확인 기능을 제공합니다.

리플로 납땜 공정

The 리플로 납땜 이 공정은 일반적으로 솔더 접합부를 굳히는 데 사용되며, 전기적 연결도 확립합니다. 이 공정에는 다음이 포함됩니다.

1. 예열 : 이 단계에서는 온도가 점진적으로 상승하므로 열 충격이 최소화됩니다.

2. 몸을 담그기 : PCB 온도를 안정시키고 플럭스를 활성화하여 표면을 세척합니다.

3. 리플로우 존: 이 단계는 솔더 페이스트를 녹는점 이상으로 가열하기 위한 것입니다. 그 결과, 솔더 페이스트가 흐르면서 접합부가 형성될 수 있습니다.

4. 냉각 : 이 단계의 이름에서 알 수 있듯이, 이 단계는 납땜을 굳히고 조립체에 열 응력이 발생하는 것을 방지합니다.

따라서 정확한 납땜 온도 프로파일링은 솔더 브리징, 툼스토닝, 보이드와 같은 결함과 실수를 방지하는 데 중요합니다. 위에서 언급한 단계를 따르면 제조업체는 견고한 연결과 고성능 어셈블리를 보장할 수 있으며, 이는 다음과 같은 요건을 충족하는 애플리케이션에 적합합니다. b모든 g제거 a배열 구성 요소.

BGA 솔더 조인트 검사

 

BGA 검사는 BGA가 처음 도입되었을 때 상당한 관심을 불러일으킨 PCB 조립 공정의 한 분야입니다.

검사 기술

BGA 검사는 일반적인 광학 기술을 사용해서는 달성할 수 없습니다. 왜냐하면, BGA 부품 아래에 납땜 접합부가 있어 눈에 보이지 않습니다. 이 기술이 처음 도입되었을 때 상당한 불안감을 야기했습니다. 많은 제조업체가 BGA 부품을 만족스럽게 납땜할 수 있는지 확인하기 위해 테스트를 실시했습니다.

더욱이 BGA 솔더 접합부 품질을 위해서는 육안 검사, X선 검사, 단면 검사, 음향 현미경 검사와 같은 특수 검사 기술이 필요합니다. 이러한 검사 기술은 제품이 생산되기 전에 잠재적인 BGA 솔더링 문제를 사전에 식별합니다.

BGA용 X선 검사

솔더 접합부는 전기적 성능을 검사하는 것만으로는 완벽하게 테스트할 수 없습니다. 이러한 BGA 솔더 공정 테스트는 당시 전도성을 보여주지만, BGA 솔더 공정이 어떻게 성공했는지에 대한 자세한 정보를 제공하지는 않습니다. 이를 위해 유일하게 가능한 테스트는 X선을 이용한 BGA 검사입니다.

X선 검사는 장치를 통해 아래쪽 납땜 접합부를 검사할 수 있습니다. 따라서 자동 X선 검사는 BGA를 포함한 PCB 검사의 주요 기술이 되었습니다. 다행히 BGA 납땜 장비의 열 프로파일을 올바르게 설정하면 BGA 부품의 납땜이 매우 잘 이루어지고 BGA 납땜 공정에서 발생하는 문제는 거의 없습니다.

불량 BGA 조인트 문제 해결

BGA 재작업을 시도하기 전에 근본 원인을 찾아 해결하는 것이 중요합니다. BGA 솔더 접합 불량의 잠재적 근본 원인은 다음과 같습니다.

· 열응력 균열

· 솔더볼 결함 또는 손상

· 볼과 랜드 사이의 정렬 불량

· 포장재 아래의 습기 흡수

· 오염으로 인한 젖음 방지

· 솔더 페이스트 높이 또는 양이 부족합니다.

BGA 재작업 및 수리

예상했던 대로, 적절한 장비가 없다면 BGA 어셈블리를 재작업하는 것은 쉽지 않습니다.

BGA 재작업 개요

일반적인 BGA 구성 요소 재작업 프로세스의 단계는 다음과 같습니다.

1) 준비 : 먼저, 잠재적인 요인을 파악하기 위해 원래 조립 과정을 검토해 보세요. 또한, 교체 도구와 부품이 준비되어 있는지도 확인하세요.

2) 제거: 이 단계에서는 패드를 잔여물 없이 깨끗이 세척합니다. 그런 다음 플럭스를 다시 도포하여 새 볼을 준비합니다. 이제 패드를 다시 정렬하고 PCB 랜드 패턴을 랜드합니다.

3) 리볼링: 먼저 스텐실을 사용하여 BGA 패키지에 새로운 솔더 볼을 적용한 다음 리플로우 볼을 패키지 단자에 부착합니다.

4) 바꿔 놓음: 이제 접착제를 사용하여 부품을 임시로 고정하고, 현장에서 새로운 BGA를 조심스럽게 재정렬하고, 리플로우하여 연결을 형성해야 합니다.

5) 검사 : 마지막으로 정렬과 볼 연결을 검증해야 하며, 패드나 보드의 부수적 손상을 평가해야 합니다.

재작업 장비

일반적인 BGA 재작업 장비는 다음과 같습니다.

· 예열기 열 충격을 피하기 위해 보드를 점차적으로 가열합니다.

· 열풍 노즐 가열된 공기 흐름을 국부적으로 가열합니다.

· 현미경 정렬과 관절을 검사하기 위해 고배율로 제공됩니다.

· PCB 지지대 가열을 방지하기 위해 부품 아래에 보드를 고정합니다.

· 폐쇄 루프 온도 제어 노즐도 재작업된 장비 중 하나입니다.

· 대류 재작업 오븐 전체 오븐 열 프로필이 필요한 소형 보드에 적합합니다.

· BGA 툴킷 정렬 가이드, 플럭스, 볼, 스텐실 및 접착제를 제공합니다.

이러한 특수 재작업 도구는 최소한의 부수적 손상으로 BGA를 적절하게 제거하고 교체하는 데 도움이 됩니다.

재작업 프로세스

BGA 부품에 결함이 의심되는 경우, 해당 부품을 제거할 수 있습니다. 이는 BGA 부품을 국부적으로 가열하여 그 아래의 솔더를 녹임으로써 가능합니다. BGA 재작업에서는 공정에서 가열은 종종 특수 재작업 스테이션에서 수행됩니다. 이 스테이션은 적외선 히터가 장착된 지그, 패키지를 들어 올리는 진공 장치, 그리고 온도를 모니터링하는 열전대로 구성됩니다.

BGA만 가열하여 제거하도록 세심한 주의가 필요합니다. 주변의 다른 장치는 최대한 영향을 받지 않도록 해야 합니다. 그렇지 않으면 손상될 수 있습니다.

맺음말

요약하자면, 일반적인 BGA 기술과 BGA 솔더링 특히 공정은 처음 도입된 이후 매우 성공적인 것으로 입증되었습니다. 현재 이 공정은 대부분의 기업에서 프로토타입 PCB 조립 및 대량 생산에 사용되는 PCB 조립 공정의 중요한 부분으로 자리 잡았습니다.

PCB기본 사내 BGA 재작업 프로세스를 완벽하게 구축할 수 있도록 BGA 재작업 스테이션을 제공합니다. 일반적인 BGA 재작업을 피할 수 있도록 도와드리겠습니다. 이러한 고유한 구성요소를 다루어 본 사람이라면 누구나 알고 있는 실수입니다.

또는 오늘 저희에게 연락하십시오. BGA 재작업의 모든 측면을 포함하여 당사가 제공하는 서비스에 대해 논의해 보세요.