솔더링 볼 그리드 어레이의 예술을 마스터합니다
빠르게 진화하는 전자 장치 제조 세계에서 효율적이고 신뢰할 수있는 반도체 포장의 위치는 과장 될 수 없습니다.BGA (Ball Grid Array) 기술은 더 높은 성능 및 소형화를위한 현대 전자 제품의 증가하는 수요를 충족시키는 이상적인 솔루션으로 나타납니다.이 기사는 BGA 기술에 대한 복잡한 세부 사항을 파고, 최종 구성 요소, 프로세스 및 반도체 포장에서 해결되는 기술적 과제를 탐구합니다.쿼드 플랫 팩과 같은 전통적인 핀 기반 시스템에 대한 BGA의 기본 구조 및 장점에서 납땜, 검사 및 재 작업의 정교한 프로세스에 이르기까지 Conmless는 포괄적 인 분석을 제공합니다.목록
그림 1 : 볼 그리드 어레이
볼 그리드 어레이의 기본
BGA (Ball Grid Array)는 반도체 포장의 최신 솔루션으로, 쿼드 플랫 팩과 같은 구형 핀 기반 방법의 문제를 극복하도록 설계되었습니다.BGA는 깨지기 쉬운 핀을 사용하는 대신 작은 솔더 볼 배열에 의존합니다.이 볼은 패키지의 밑면에 정확하게 위치되며 인쇄 회로 보드 (PCB)의 일치하는 구리 패드와 연결하기위한 것입니다.가열되면 솔더 볼이 BGA를 녹아서 보드에 고정시켜 강력하고 신뢰할 수있는 연결을 만듭니다.
BGA 형식은 몇 가지 실질적인 이점을 제공합니다.먼저, 이전 포장 시스템이 요구하는 밀도가 높은 상호 연결의 필요성을 줄임으로써 PCB 레이아웃을 단순화합니다.이보다 효율적인 레이아웃은 BGA가 내구성이 뛰어나고 처리 중에 손상의 위험을 줄입니다.
또한 BGA는 우수한 열 관리 및 전기 효율 성능을 제공합니다.BGA와 PCB 사이의 짧고 직접적인 연결은 열을보다 효과적으로 소산하는 데 도움이되므로 열 응력 하에서 회로의 안정성을 유지하는 데 도움이됩니다.또한, BGA 내의 짧은 전기 경로는 신호 손실을 감소 시키는데, 이는 특히 고주파에서 작동하는 장치에 상당합니다.내구성, 열 소산 및 전기 효율의 이러한 조합으로 인해 BGA 포장은 복잡성과 성능 요구가 증가함에 따라 현대 전자 장치에 점점 인기있는 선택이됩니다.
그림 2 : BGA 납땜 공정
BGA 솔더 프로세스 탐색
BGA (Ball Grid Array)를 납땜하는 프로세스는 처음에 신뢰성에 대한 우려와 구성 요소 아래에 숨겨진 연결을 검사하기가 어려워서 처음에 의문을 제기했습니다.그럼에도 불구하고, 시간이 지남에 따라 BGA 납땜은 납땜 프로세스 중 정확한 제어 덕분에 쿼드 플랫 팩과 같은 구형 시스템보다 더 신뢰할 수있는 것으로 입증되었습니다.이 개선 된 신뢰성은 대규모 제조 및 더 작은 프로토 타입 PCB 어셈블리에서 광범위한 사용으로 이어졌습니다.
리플 로우 납땜 방법은 BGA를 인쇄 회로 보드 (PCB)에 부착하는 데 지배적입니다.이 과정에서, 전체 어셈블리는 BGA 아래의 솔더가 반 액체 상태로 녹는 특정 온도로 가열된다.이 단계는 솔더가 구조를 유지하고 솔더 볼이 붕괴되거나 병합되지 않도록 신중하게 제어됩니다.정확한 온도 조절은 모든 변동이 연결 품질에 영향을 줄 수 있기 때문에 심각합니다.
반사 과정의 광범위한 특징은 용융 솔더가 동작하는 방식입니다.자연적인 표면 장력은 부품이 배치 될 때 약간의 중심이 아닌 경우에도 BGA를 PCB 패드와 완벽하게 정렬하는 데 도움이됩니다.이 자체 조정 능력은 수동 조정없이 각 연결을 올바르게 작성하도록합니다.이러한 고급 기술은 BGA 납땜을 매우 신뢰할 수있을뿐만 아니라보다 효율적으로 만들어 현대 회로 보드 생산에서 BGA를 선호하는 옵션으로 만들 수 있습니다.
그림 3 : BGA 솔더 공동 검사
BGA 솔더 조인트를 효과적으로 검사하는 방법?
BGA 솔더 조인트를 검사하는 것은 조립 공정의 핵심 부분이며, 조인트가 BGA 구성 요소 아래에 숨겨져 있다는 사실에 의해 복잡합니다.전통적인 육안 검사는 이러한 은폐 된 연결에 액세스 할 수 없기 때문에 X-Ray 및 자동화 된 X- 선 검사 (AXI) 기술은 솔더 조인트의 명확하고 비 침습적보기를 얻는 데 사용됩니다.
X- 선 검사는 각 솔더 조인트를 철저히 점검하는 데 유용합니다.이미징을 통해 기술자는 모든 솔더 볼이 올바르게 녹아 PCB와 강한 유대를 형성 할 수 있습니다.이 단계는 솔더가 완전히 녹지 않은 콜드 조인트 또는 시간이 지남에 따라 관절을 약화시킬 수있는 공기 주머니 인 공극과 같은 문제를 식별하는 데 사용됩니다.
X- 선 기술을 통해 검사관은 리플 로우 공정에서 적절한 양의 열이 적용되었으며 솔더 조인트가 정확한 표준을 충족 함을 확인할 수 있습니다.이 수준의 조사는 최종 제품이 신뢰할 수 있고 직면 할 수있는 운영 스트레스를 견딜 수 있도록하여 높은 제조 품질을 유지하는 데 도움이됩니다.
전자 제품의 BGA 재 작업을위한 효과적인 전략
BGA 구성 요소를 재 작업하는 것은 가열 공정을 신중하게 제어 해야하는 매우 정확한 작업입니다.이 작업은 일반적으로 작업을 위해 특별히 설계된 도구가 장착 된 특수 재 작업 스테이션에서 수행됩니다.국소 적외선 난방은 근처 부품을 과열시키지 않고 BGA를 표적으로하는 데 사용됩니다.구성 요소 아래에있는 땜납이 녹 으면 진공 도구가 보드에서 BGA를 조심스럽게 들어 올립니다.이 과정에서 인접한 구성 요소의 손상을 피하기 위해 열을 정확하게 제어해야합니다.
성공적인 BGA 재 작업은 정확한 온도 설정을 유지하고 구성 요소 주변 환경 제어에 따라 다릅니다.이것은 결함이있는 BGA를 제거하고 교체하는 동안 주변 회로가 영향을받지 않도록합니다.이 작업은 프로세스를 올바르게 수행 할 수 있도록 BGAS 기능과 숙련 된 취급에 대한 깊은 이해를 요구합니다.이러한 복잡성으로 인해 BGA 재 작업은 올바른 장비와 숙련 된 기술자가 전체 어셈블리의 무결성을 유지 해야하는 섬세한 작업입니다.
그림 4 : BGA PCB 랜드 패턴
BGA PCB 토지 패턴에 대한 설계 전략
BGA를위한 PCB 랜드 패턴을 설계하려면 어셈블리 중에 매끄럽고 안전한 연결을 보장하기 위해 세부 사항에 정확한주의를 기울여야합니다.랜드 패턴은 BGA의 그리드와 완벽하게 정렬되어 각 솔더 볼이 해당 패드와 정확하게 일치하도록해야합니다.솔더 마스크 릴리프와 같은 주요 설계 기능, 경우에 따라 마스크로 패드를 남겨두고 더 많은 솔더가 흐르고 더 강한 결합을 만들 수 있도록 사용됩니다.IPC 표준에 대한 엄격한 준수는 성공적인 BGA 납땜을 위해 원하는 정확도 수준을 달성하는 데 유용합니다.
토지 패턴의 모든 측면은 BGA 구성 요소의 특정 요구 사항을 충족시키기 위해 신중하게 계획해야합니다.여기에는 패드의 크기를 조정하고 각 연결이 완벽한 지 확인하기 위해 위치 공차를 신중하게 관리하는 것이 포함됩니다.설계 단계에서 사려 깊은 계획을 통해 납땜 프로세스가 효율적이고 신뢰할 수 있으므로 BGA가 PCB 어셈블리 내에서 BGA가 안전하게 부착하고 올바르게 작동하는 데 도움이됩니다.
그림 5 : BGA 솔더 페이스트 인쇄
BGA 솔더 페이스트 인쇄에서 정밀도 달성
BGA 어셈블리에 솔더 페이스트를 적용하려면 정확한 정당한 양의 페이스트가 각 BGA 볼 아래에 증착되도록 정확한 스텐실 링 기술이 필요합니다.이 프로세스는 PCB 랜드 패턴과 완벽하게 정렬 된 레이저 컷 스텐실을 사용합니다.정확도를 더욱 향상시키고 솔더 볼링과 같은 결함을 최소화하기 위해이 스텐실은 종종 나노 코팅으로 처리됩니다.미니어처 프린트 헤드는 각 패드에 적용되는 페이스트의 양을 조심스럽게 제어하는 반면 광학 검증 시스템은 페이스트에 정밀도가 높은지 확인합니다.
사용 된 솔더 페이스트의 유형 (형성 3 또는 타입 4)은 특정 어셈블리에 원하는 점도에 따라 다릅니다.페이스트의 선택은 땜납 조인트가 반사 과정에서 얼마나 잘 형성되는지 직접적인 영향을 미칩니다.이 단계는 최종 연결의 강도와 신뢰성에 대한 토대를 마련하기 때문에 솔더 페이스트 인쇄 프로세스는 BGA 어셈블리의 위험한 부분으로, 고품질 결과를 보장하기 위해 세부 사항에주의를 기울여야합니다.
BGA 납땜의 복잡성
납땜 BGA는 솔더 조인트가 구성 요소 아래에 숨겨져있어 직접적인 시각적 검사가 불가능하기 때문에 독특한 어려움을 나타냅니다.이를 해결하기 위해 X- 레이 머신과 같은 특수 도구는 연결을 검사하는 데 사용되며 적외선 재 작업 스테이션은 필요할 때 구성 요소를 정확하게 재정렬 할 수 있습니다.납땜 공정을 관리하려면 솔더 조인트의 스트레스를 피하기 위해 열을 신중하게 제어해야하므로 균열이 발생할 수 있습니다.마찬가지로, 모든 솔더 볼은 일관된 성능과 장기 신뢰성을 보장하기 위해 동일한 높이 (coplanarity)를 유지해야합니다.
노화 및 수분 민감도와 같은 환경 적 요인은 프로세스를 더욱 복잡하게 만듭니다.시간이 지남에 따라 솔더 조인트의 악화를 방지하기 위해 이러한 문제를 엄격하게 제어해야합니다.이러한 과제를 성공적으로 탐색하려면 BGA 납땜 기술과 고급 장비 사용에 대한 철저한 이해가 필요합니다.
다양한 유형의 볼 그리드 어레이
BGA (Ball Grid Array) 기술은 통합 회로 (ICS)를 인쇄 회로 보드 (PCBS)에 장착하여 전기 연결 및 열 소산을 향상시키는 방법입니다.구성 요소 아래의 솔더 볼 배열을 사용하여 안전한 연결을 만듭니다.
그림 6 : 플라스틱 볼 그리드 어레이 (PBGA)
플라스틱 BGA는 저렴하고 대부분의 표준 애플리케이션에서 안정적인 성능을 제공하기 때문에 널리 사용됩니다.그것들은 밑에있는 솔더 볼이있는 플라스틱 기판으로 구성됩니다.이들은 종종 소비자 전자 제품, 자동차 시스템 및 극한 조건에서 작동하지 않는 기타 장치에서 발견됩니다.그들의 단순한 디자인은 우수한 전기 연결성과 중간 정도의 열 관리를 제공하며, 이는 일상적인 사용에 충분합니다.
그림 7 : 세라믹 볼 그리드 어레이 (CBGA)
세라믹 BGA는 세라믹 기판을 사용하여 플라스틱 BGA보다 열과 전기 간섭에 더욱 저항력이 있습니다.이러한 내구성은 통신, 항공 우주 및 고급 서버와 같은 까다로운 환경에 이상적입니다.세라믹은 탁월한 단열재를 제공하며 고온과 기계적 응력을 모두 처리하여 장치의 장기 신뢰성을 보장 할 수 있습니다.
그림 8 : 테이프 BGA (TBGA)
테이프 BGA는 PCB 표면을 준수 할 수있는 유연한 기판으로 설계되어 기계적 연결 및 열 소산을 모두 향상시킵니다.이 BGA는 공간이 제한되는 휴대용 전자 제품 및 고밀도 장치에 이상적입니다.기판의 유연한 특성은 소형 공간에서 더 나은 열 관리를 가능하게하여 스마트 폰 및 기타 휴대용 장치에 선호되는 선택입니다.
그림 9 : 스택 다이 BGA
쌓인 다이 BGA는 작은 공간에 많은 가공 전력을 포장 해야하는 장치에 사용됩니다.이 유형은 단일 패키지 내에 다중 통합 회로를 수직으로 스택하여 장치 크기를 늘리지 않고 더 많은 기능을 제공합니다.쌓인 다이 BGA는 일반적으로 스마트 폰, 태블릿 및 소형 폼 팩터에서 고성능이 필요한 기타 소형 전자 제품에서 발견됩니다.
결론
BGA (Ball Grid Array) 기술의 탐색은 현대 전자 제품 제조 환경에서 주요 역할을 강조합니다.이 기사에서 설명한 바와 같이, BGA 포장은 구형 포장 방법의 물리적 한계를 해결할뿐만 아니라 개선 된 열 관리 및 전기 효율을 통해 성능을 크게 향상시킵니다.BGA 납땜, 검사 및 재 작업과 관련된 기술 프로세스는 정밀성 및 신뢰성에 대한 약속을 반영하여 전자 장치가 오늘날의 기술 표준의 엄격한 요구 사항을 충족시킬 수 있도록합니다.
또한, 플라스틱 BGA에서 높은 열전도율 금속 상단 BGA에 이르기까지 다양한 유형의 BGA는 광범위한 스펙트럼의 응용 분야를 수용하여 BGA 기술의 다양성과 적응성을 입증합니다.궁극적으로 전자 장치가 복잡성과 기능으로 계속 발전함에 따라 BGA 기술은 여전히 필수품을 유지하며 혁신을 계속 주도하고 반도체 포장에서 높은 수준의 품질을 유지합니다.
자주 묻는 질문 [FAQ]
1. BGA 패키지를 납땜하는 방법은 무엇입니까?
준비: BGA 패키지와 PCB (인쇄 회로 보드)를 청소하여 오염 물질 또는 잔류 물을 제거하십시오.
조정: PCB의 BGA 패키지를 조심스럽게 정렬하여 칩의 모든 패드가 보드의 해당 패드와 정렬되도록합니다.
납땜 : 리플 로우 납땜 공정을 활용하십시오.BGA와 함께 PCB를 리플 로우 오븐에 넣으십시오.패드에 이미 적용된 솔더는 가열주기 동안 녹고 연결을 형성합니다.
냉각: 열 응력을 피하기 위해 리플 로우 공정 후 PCB가 천천히 식히도록하십시오.
2. 납땜의 BGA는 무엇입니까?
BGA는 볼 그리드 어레이를 나타냅니다.통합 회로에 사용되는 표면 장착 포장 유형입니다.BGA 패키지는 패키지 밑면에 고정 된 작은 솔더 볼을 사용하여 전통적인 리드 대신 PCB와 전기적으로 연결됩니다.
3. 볼 납땜을하는 방법은 무엇입니까?
볼 배치 : BGA가 배치 될 PCB 패드에 솔더 페이스트를 바릅니다.각 솔더 볼이 PCB의 해당 패드와 정렬되도록 BGA를 배치하십시오.
리플 로우 납땜 : 리플 로우 오븐에서 어셈블리를 데우십시오.솔더 페이스트가 녹아서 솔더 볼을 패드에 결합하고 견고한 전기 및 기계적 연결을 만듭니다.
점검: 납땜 후 브리지 또는 불량한 관절의 연결을 검사하며, 일반적으로 X- 선 검사를 사용하여 BGA 아래를 확인하십시오.
4. BGA 납땜을 확인하는 방법은 무엇입니까?
육안 검사 : 처음에 BGA 패키지 주변의 눈에 보이는 오정렬 또는 결함을 확인하십시오.
X- 선 검사 : 연결의 숨겨진 특성으로 인해 BGA 납땜을 시각적으로 완전히 검증 할 수 없으므로 X- 선 검사를 사용하여 BGA 아래의 솔더 조인트를 검사하십시오.
기능 테스트 : 마지막으로 모든 연결이 올바르게 작동하는지 확인하기 위해 전기 테스트를 수행하십시오.
5. BGA 솔더는 어떤 온도가되어야합니까?
전형적인 온도 : 납땜 BGA의 정확한 온도는 사용 된 솔더 페이스트에 따라 다릅니다.일반적으로 무연 솔더 페이스트는 약 217 ° C ~ 245 ° C의 온도를 필요로합니다.솔더 페이스트 제조업체의 사양에 정확한 온도를 확인하십시오.
리플 로우 프로필 : 어셈블리를 서서히 가열하는 특정 열 프로파일을 따르고 필요한 반사 온도로 오랫동안 유지하고 적절한 솔더 용융을 보장 할 수있을 정도로 오랫동안 유지 한 다음 열 응력을 피하기 위해 점차적으로 냉각시킵니다.