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볼 그리드 어레이 납땜 방법

 볼 그리드 어레이 납땜 방법

솔더링 볼 그리드 어레이의 첫눈에 PCB에 솔더링되는 솔더 볼이 BGA 본체 자체와 회로 기판 사이에 끼워져 있기 때문에 BGA가 어려울 수 있습니다.

그러나 BGA를 사용하는 PCB 어셈블리는 작동하고 잘 작동하는 것으로 입증되었습니다. 납땜 공정 및 PCB 어셈블리의 다른 영역을 약간 수정해야 할 수도 있지만 BGA 사용의 이점은 신뢰성과 성능 측면에서 상당히 중요한 것으로 나타났습니다.

볼 그리드 어레이, BGA는 많은 칩의 핀 수가 크게 증가한 결과로 도입되었습니다. Quad Flat Pack과 같은 캐리어의 핀은 매우 섬세하고 손상되기 쉽습니다. 또한 많은 리드가 근접하여 PCB 라우팅이 어려웠습니다. 칩 밑면 전체를 사용하여 깨지기 쉬운 칩 리드의 밀도 문제를 한 번에 해결했습니다.

BGA 구성 요소는 많은 보드에 훨씬 더 나은 솔루션을 제공하지만 BGA 구성 요소를 납땜 할 때 PCB 조립 프로세스에서 모든 조인트가 올바르게 만들어 지도록 BGA가 올바르게 납땜되었는지 확인해야합니다.

볼 그리드 어레이 란?

Ball Grid Array 또는 BGA는 쿼드 플랫 팩과 같은 핀을 사용하는 패키지와는 매우 다른 패키지입니다. BGA 패키지의 핀은 그리드 패턴으로 배열되어있어 이름이 떠 오릅니다. 이 외에도 연결을위한 기존의 와이어 핀을 사용하는 대신 솔더 볼이있는 패드가 대신 사용됩니다. BGA 구성 요소가 장착되는 인쇄 회로 기판 PCB에는 필요한 연결을 제공하기 위해 일치하는 구리 패드 세트가 있습니다.

BGA 패키지는 쿼드 플랫 팩 라이벌에 비해 많은 이점을 제공하며 결과적으로 전자 회로 제조에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

  • 낮은 트랙 밀도의 결과로 향상된 PCB 설계 : 쿼드 플랫 팩과 같은 많은 패키지 주변의 트랙 밀도는 핀이 매우 가깝기 때문에 매우 높아집니다. BGA는 접점을 패키지의 전체 영역에 분산시켜 문제를 크게 줄입니다.
  • BGA 패키지는 강력합니다. 쿼드 플랫 팩과 같은 패키지에는 매우 미세한 핀이 있으며 가장 세심한 취급으로도 쉽게 손상됩니다. 핀이 매우 미세한 피치로 인해 구부러지면 수리가 거의 불가능합니다. BGA는 손상되기 매우 어려운 BGA 솔더 볼이있는 패드에 의해 연결이 제공되기 때문에 이러한 문제가 발생하지 않습니다.
  • 낮은 열 저항 : BGA는 쿼드 플랫 팩 장치보다 실리콘 칩 자체 사이의 열 저항이 낮습니다. 이를 통해 패키지 내부의 집적 회로에서 생성 된 열이 장치에서 PCB로 더 빠르고 효과적으로 전도 될 수 있습니다.
  • 고속 성능 향상 : 도체가 칩 캐리어의 아래쪽에 있기 때문입니다. 이것은 칩 내의 리드가 더 짧다는 것을 의미합니다. 따라서 원치 않는 리드 인덕턴스 수준은 더 낮으며 이러한 방식으로 볼 그리드 어레이 장치는 QFP 장치보다 높은 수준의 성능을 제공 할 수 있습니다.

BGA 솔더 공정

BGA 구성 요소 사용에 대한 초기 우려 중 하나는 납땜 가능성과 BGA 구성 요소 납땜이보다 전통적인 형태의 연결을 사용하는 납땜 장치만큼 신뢰할 수 있는지 여부였습니다. 패드가 장치 아래에 있고 보이지 않으므로 올바른 프로세스를 사용하고 완전히 최적화되었는지 확인해야합니다. 검사와 재 작업도 문제였습니다.

다행히 BGA 솔더 기술은 매우 신뢰할 수있는 것으로 입증되었으며, 프로세스가 올바르게 설정되면 BGA 솔더 신뢰성은 일반적으로 쿼드 플랫 팩보다 높습니다. 이것은 모든 BGA 어셈블리가 더 안정적인 경향이 있음을 의미합니다. 따라서 현재 대량 생산 PCB 어셈블리와 회로가 개발되는 프로토 타입 PCB 어셈블리 모두에서 널리 사용되고 있습니다.

BGA 솔더 공정의 경우 리플 로우 기술이 사용됩니다. 그 이유는 전체 어셈블리를 BGA 부품 자체 아래에서 땜납이 녹을 수있는 온도까지 올려야하기 때문입니다. 이는 리플 로우 기술을 통해서만 달성 할 수 있습니다.

BGA 솔더링의 경우 패키지의 솔더 볼에는 매우 신중하게 제어 된 솔더 양이 있으며 솔더링 공정에서 가열되면 솔더가 녹습니다. 표면 장력은 용융 된 땜납이 패키지를 회로 기판과 올바른 정렬 상태로 유지하도록하는 반면 땜납은 냉각되고 응고됩니다.

솔더 합금의 구성과 솔더링 온도는 솔더가 완전히 녹지 않고 반 액체 상태로 유지되도록 신중하게 선택되어 각 볼이 인접 볼과 분리되도록합니다.

BGA 솔더 조인트 검사

BGA 검사는 BGA가 처음 도입되었을 때 상당한 관심을 불러 일으킨 PCB 조립 프로세스의 한 영역입니다.

BGA 검사는 간단한 광학 기술을 사용하여 일반적인 방식으로 달성 할 수 없습니다. 왜냐하면 솔더 조인트가 BGA 구성 요소 아래에 있고 보이지 않기 때문입니다.

이 기술이 처음 도입되었을 때 상당한 불안감을 불러 일으켰고 많은 제조업체가 BGA 부품을 만족스럽게 납땜 할 수 있는지 확인하기 위해 테스트를 수행했습니다. BGA 부품 납땜의 주된 문제는 그리드의 모든 볼이 모든 BGA 솔더 조인트를 만족스럽게 만들 수 있도록 충분히 녹도록 충분한 열을 가해 야한다는 것입니다.

솔더 조인트는 전기적 성능을 확인하여 완전히 테스트 할 수 없습니다. 이러한 형태의 BGA 솔더 프로세스 테스트는 당시 전도성을 보여 주지만 BGA 솔더 프로세스가 어떻게 성공했는지에 대한 전체적인 그림을 제공하지는 않습니다. 관절이 적절하게 만들어지지 않고 시간이 지나면 실패 할 수 있습니다. 이를 위해 유일하게 만족스러운 테스트 수단은 X- 레이를 사용한 BGA 검사의 한 형태입니다.이 형태의 BGA 검사는 아래에있는 납땜 된 조인트에서 장치를 통해 볼 수 있습니다. 그 결과 AXI는 BGA가 포함 된 PCB 어셈블리를 검사하는 주류 기술이되었으며, 다행스럽게도 솔더 기계의 열 프로파일이 올바르게 설정되면 BGA 부품이 매우 잘 솔더링되고 문제가 거의 없음이 밝혀졌습니다. BGA 솔더 프로세스에서 발생합니다.

BGA 재 작업

예상대로 올바른 장비를 사용할 수없는 경우 BGA 어셈블리를 재 작업하는 것은 쉽지 않습니다. BGA 구성 요소에 결함이있는 것으로 의심되는 경우 장치를 제거 할 수 있습니다. 이것은 BGA 구성 요소를 국부적으로 가열하여 그 아래의 솔더를 녹여서 달성됩니다.

BGA 재 작업 프로세스에서 가열은 종종 특수 재 작업 스테이션에서 이루어집니다. 여기에는 적외선 히터가 장착 된 지그, 온도를 모니터링하는 열전대 및 패키지를 들어 올리기위한 진공 장치가 포함됩니다. BGA 만 가열 및 제거하려면 세심한주의가 필요합니다. 주변의 다른 장치는 가능한 한 영향을받지 않으면 손상 될 수 있습니다.

일반적으로 BGA 기술, 특히 BGA 납땜 공정은 처음 도입 된 이래로 매우 성공적인 것으로 입증되었습니다. 이제 대부분의 회사에서 대량 생산 및 프로토 타입 PCB 어셈블리에 사용되는 PCB 어셈블리 프로세스의 필수 부분입니다.


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