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볼 그리드 어레이, BGA

볼 그리드 어레이, BGA

볼 그리드 어레이는 고밀도 연결이 필요한 SMD IC에 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 에지 주변의 연결이 아닌 IC 패키지의 아래쪽을 사용하면 연결 밀도를 줄여 PCB 레이아웃을 단순화 할 수 있습니다.

SMD BGA IC 패키지 사용의 주된 문제는 칩 아래쪽을 사용하면 연결에 직접 액세스 할 수 없어 납땜, 납땜 제거 및 검사가 더 어려워진다는 것입니다. 그러나 메인 라인 PCB 생산 장비를 사용하면 이러한 문제를 쉽게 극복 할 수 있으며 전반적인 신뢰성과 성능을 향상시킬 수 있습니다.

BGA 사용의 근거

볼 그리드 어레이의 도입 및 사용에 대한 근거가 있으며, BGA는 다른 기술에 문제가 있었기 때문에 매우 간단합니다. 기존의 4 개의 플랫 팩 스타일 패키지는 매우 얇고 매우 촘촘한 핀을 가지고있었습니다. 이 구성은 많은 어려움을 야기합니다.

  • 피해를 주다: QFP의 핀은 자연적으로 매우 얇고 간격은 위치를 매우 밀접하게 제어해야 함을 의미합니다. 잘못 취급하면 이탈 될 수 있으며이 경우 복원이 거의 불가능합니다. 높은 핀 수를 사용하는 IC는 매우 비싸기 때문에 이것이 중요한 문제가 될 수 있습니다.
  • 핀 밀도 : 설계 관점에서 볼 때 핀 밀도는 IC에서 트랙을 떼어내는 것도 일부 영역에서 정체가있을 수 있으므로 문제가되는 것으로 판명되었습니다.
  • 납땜 공정 QFP 핀의 매우 가까운 간격을 고려할 때 납땜 프로세스를 매우 신중하게 제어해야합니다. 그렇지 않으면 접점이 쉽게 브리지 될 수 있습니다.

BGA 패키지는 이러한 문제를 극복하고 납땜 조인트의 신뢰성을 향상시키기 위해 개발되었습니다. 결과적으로 BGA가 널리 사용되고 있으며 사용 문제를 극복하기 위해 프로세스 및 장비가 개발되었습니다.

볼 그리드 어레이 BGA의 목표

Ball Grid Array는 IC 및 장비 제조업체에 많은 이점을 제공하고 최종 장비 사용자에게 이점을 제공하기 위해 개발되었습니다. 다른 기술에 비해 BGA 이점 중 일부는 다음과 같습니다.

  • 인쇄 회로 기판 공간을 효율적으로 사용하여 주변뿐만 아니라 SMD 패키지 아래에서 연결할 수 있습니다.
  • 열 및 전기 성능이 모두 향상되었습니다. BGA 패키지는 낮은 인덕턴스를위한 전력 및 접지면과 신호에 대한 제어 된 임피던스 트레이스를 제공 할뿐만 아니라 패드 등을 통해 열을 라우팅 할 수 있습니다.
  • 납땜 개선으로 제조 수율이 향상됩니다. BGA는 연결 사이의 넓은 간격과 더 나은 수준의 납땜 성을 허용합니다.
  • 예를 들어 많은 어셈블리를 훨씬 더 얇게 만들어야 할 때 큰 이점 인 패키지 두께 감소 휴대폰 등
  • 더 큰 패드 크기 등으로 인한 재 작업 성 향상

이러한 장점은 패키지에 대한 초기 회의론에도 불구하고 여러 상황에서 유용한 개선을 제공한다는 것을 의미합니다.

BGA 패키지 란 무엇입니까?

볼 그리드 어레이 (BGA)는 기존의 표면 실장 연결에 사용되는 연결에 대해 다른 접근 방식을 사용합니다. 쿼드 플랫 팩 QFP와 같은 다른 패키지는 연결을 위해 패키지 측면을 사용했습니다. 이는 필요한 연결 수준을 제공하기 위해 매우 가깝게 배치하고 훨씬 더 작게 만들어야하는 핀을위한 공간이 제한되어 있음을 의미합니다. 볼 그리드 어레이 (BGA)는 연결을위한 상당한 영역이있는 패키지의 밑면을 사용합니다.

핀은 칩 캐리어의 아래쪽 표면에 그리드 패턴 (따라서 이름 : Ball Grid Array)으로 배치됩니다. 또한 연결을 제공하기 위해 핀을 사용하는 대신 솔더 볼이있는 패드가 연결 방법으로 사용됩니다. BGA 장치가 장착 될 인쇄 회로 기판 PCB에는 필요한 연결을 제공하기 위해 일치하는 구리 패드 세트가 있습니다.

연결성 향상 외에도 BGA에는 다른 장점이 있습니다. 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. 이러한 방식으로 BGA 장치는 특별한 냉각 조치없이 더 많은 열을 생성 할 수 있습니다.

이 외에도 도체가 칩 캐리어의 아래쪽에 있다는 사실은 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 패키지 유형

다양한 유형의 조립 및 장비에 대한 다양한 요구 사항을 충족하기 위해 여러 BGA 변형이 개발되었습니다.

  • MAPBGA-성형 어레이 공정 볼 그리드 어레이 : 이 BGA 패키지는 낮은 인덕턴스, 손쉬운 표면 실장으로 패키징해야하는 저 성능 및 중성 능 장치를 대상으로합니다. 작은 설치 공간과 높은 수준의 안정성으로 저렴한 옵션을 제공합니다.
  • PBGA-플라스틱 볼 그리드 어레이 : 이 BGA 패키지는 낮은 인덕턴스, 손쉬운 표면 실장, 상대적으로 낮은 비용을 필요로하는 동시에 높은 수준의 신뢰성을 유지해야하는 중-고성능 장치를위한 것입니다. 기판에 약간의 추가 구리 층이있어 증가 된 전력 손실 수준을 처리 할 수 ​​있습니다.
  • TEPBGA-열 강화 플라스틱 볼 그리드 어레이 : 이 패키지는 훨씬 더 높은 열 방출 수준을 제공합니다. 기판에 두꺼운 구리 평면을 사용하여 다이에서 고객 기판으로 열을 끌어옵니다.
  • TBGA-테이프 볼 그리드 어레이 : 이 BGA 패키지는 외부 히트 싱크없이 높은 열 성능을 필요로하는 애플리케이션을위한 중-고급 솔루션입니다.
  • PoP-패키지 패키지 : 이 패키지는 공간이 매우 중요한 애플리케이션에 사용될 수 있습니다. 기본 장치 위에 메모리 패키지를 쌓을 수 있습니다.
  • MicroBGA : 이름에서 알 수 있듯이이 유형의 BGA 패키지는 표준 BGA 패키지보다 작습니다. 업계에서 널리 사용되는 피치는 0.65, 0.75 및 0.8mm입니다.

BGA 어셈블리

BGA가 처음 도입되었을 때 BGA 어셈블리는 주요 관심사 중 하나였습니다. 패드에 일반적인 방식으로 접근 할 수없는 경우 BGA 어셈블리는보다 전통적인 SMT 패키지로 달성 할 수있는 표준에 도달합니다. 사실 솔더링이 볼 그리드 어레이 (BGA) 장치에 문제가되는 것처럼 보였지만 표준 리플 로우 방법이 이러한 장치에 매우 적합하고 접합 신뢰성이 매우 우수하다는 것이 밝혀졌습니다. 그 이후로 BGA 조립 방법이 개선되었으며 일반적으로 BGA 납땜이 특히 신뢰할 수있는 것으로 나타났습니다.

납땜 공정에서 전체 어셈블리가 가열됩니다. 솔더 볼은 매우 신중하게 제어 된 솔더 양을 가지고 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.

이제 많은 제품이 BGA 패키지를 표준으로 사용하므로 BGA 조립 방법은 이제 잘 확립되어 있으며 대부분의 제조업체에서 쉽게 수용 할 수 있습니다. 따라서 설계에서 BGA 장치를 사용하는 것에 대해 걱정할 필요가 없습니다.

볼 그리드 어레이, BGA, 검사

BGA 장치의 문제점 중 하나는 광학적 방법을 사용하여 납땜 된 연결을 볼 수 없다는 것입니다. 그 결과 처음 도입되었을 때이 기술에 대한 의심이 있었으며 많은 제조업체가 장치를 만족스럽게 납땜 할 수 있는지 확인하기 위해 테스트를 수행했습니다. 볼 그리드 어레이 장치 납땜의 주요 문제점은 그리드의 모든 볼이 모든 조인트를 만족스럽게 만들 수 있도록 충분히 녹도록 충분한 열을 가해 야한다는 것입니다.

조인트는 전기적 성능을 확인하여 완전히 테스트 할 수 없습니다. 관절이 적절하게 만들어지지 않고 시간이 지나면 실패 할 수 있습니다. 유일한 만족스러운 검사 수단은 X-ray 검사를 사용하는 것입니다.이 검사 수단은 아래의 납땜 된 접합부에서 장치를 볼 수 있기 때문입니다. 납땜 기계의 열 프로파일이 올바르게 설정되면 BGA가 장치는 매우 잘 납땜되고 문제가 거의 발생하지 않으므로 대부분의 응용 분야에서 BGA 조립이 가능합니다.

볼 그리드 어레이, BGA 재 작업

예상대로 올바른 장비를 사용할 수없는 경우 BGA가 포함 된 보드를 재 작업하는 것은 쉽지 않습니다. BGA에 결함이있는 것으로 의심되는 경우 장치를 제거 할 수 있습니다. 이것은 장치를 국부적으로 가열하여 그 아래의 땜납을 녹임으로써 달성됩니다.

BGA 재 작업 프로세스에서 가열은 종종 특수 재 작업 스테이션에서 제거됩니다. 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.

BGA 수리 / BGA 리 볼링

일단 제거되면 BGA를 새 것으로 교체 할 수 있습니다. 때때로 제거 된 BGA를 리퍼브하거나 수리하는 것이 가능할 수 있습니다. 이 BGA 수리는 칩이 비싸고 일단 제거되면 작동하는 장치로 알려진 경우 매력적인 제안이 될 수 있습니다. BGA 수리를 수행하려면 리 볼링으로 알려진 프로세스에서 솔더 볼을 교체해야합니다. 이 BGA 수리는 이러한 목적으로 제조 및 판매되는 소형 기성품 솔더 볼 중 일부를 사용하여 수행 할 수 있습니다.

이 BGA 리 볼링을 수행하기 위해 전문 장비를 갖춘 많은 조직이 있습니다.

BGA, 볼 그리드 어레이 기술이 확립되었습니다. 연락처에 대한 액세스 부족 문제가있는 것처럼 보일 수 있지만이를 극복 할 수있는 적절한 방법이 발견되었습니다. 트랙 및 핀 밀도가 감소함에 따라 PCB 레이아웃 및 보드 신뢰성이 향상되었으며,이 납땜에 더하여 신뢰성이 높아지고 적외선 리플 로우 기술이 개선되어 안정적인 납땜이 가능해졌습니다. 마찬가지로 BGA를 사용하는 보드 검사는 X-ray 검사, AXI를 사용할 수 있으며 이러한 재 작업 기술 외에도 개발되었습니다. 결과적으로 BGA 기술의 사용은 품질과 신뢰성의 전반적인 향상으로 이어졌습니다.


비디오보기: Dement After Legend BGA (일월 2021).