PCB 조립에서 BGA 기술에 대한 모든 것

BGA는 Ball Grid Array의 약자로, SMT 조립에서 사용되는 고급 패키징 기술입니다. 이는 전자 기술 분야에서 중요한 진보를 이루었으며, 패키징 기법의 큰 발전을 나타냅니다.

BGA 패키지는 표면에 다수의 구형 융기부들(bumps)을 포함하고 있어, 고밀도 패키징의 목표를 달성할 수 있는 많은 상호 연결 지점을 제공합니다.

1. PCB 보드에서 BGA이란 무엇인가요?

BGA 통합 회로는 리드가 없는 표면 실장 소자(SMD)입니다. 대신, PCB에 납땜된 금속 구슬 배열인 솔더 볼(solder balls)을 포함하고 있습니다. BGA의 솔더 볼을 PCB에 고정하는 작업은 PCB 패키지 보드 하단에 있는 적층 기판을 통해 이루어집니다.

금속 배선을 사용하여 다이(Die)의 연결을 솔더 볼에 연결합니다. BGA-PCB 패키지는 평면 패키지나 듀얼 인라인 보드에 비해 더 많은 IO 연결을 허용합니다.

BGA IC는 실리콘 다이에서 솔더 볼로의 연결 길이가 짧기 때문에 더 높은 효율성과 고속 성능을 제공합니다. BGA 패키지는 짧은 리드 길이와 넉넉한 리드 간격을 갖추고 있어, 고밀도 회로가 포함된 고속 PCB 제품에 최적의 솔루션을 제공합니다.

PCB에서 BGA 적층 공정 :

PoP : PoP(package on package)는 BGA의 IC와 부품을 지정된 패키지에 적층하는 데 사용됩니다. 이 프로세스는 여러 개의 IC를 하나의 패키지에 적층하는 데 효율적이며, 예를 들어 메모리/로직 장치와 프로세서를 함께 패키징하는 경우에 유용합니다.

2. BGA 패키지 유형은 무엇입니까?

1. PBGA(Plastic over-molded BGA) : 플라스틱 코팅된 몸체, 유리 혼합 라미네이트 기판 및 식각된(etched) 구리 배선을 사용한 BGA. 볼 피치: 1.0 mm, 1.27 mm. 2-4층의 유기물 보드로 구성됨.

2. FlipChip BGA : 보드 위에 단단한 다층 기판을 사용하는 BGA.

3. CBGA(Ceramic BGA) : 세라믹 기판에 FlipChip(FC) 전기 연결이 포함된 세라믹 BGA.

4. CDPBGA(Cavity Down PBGA) : 칩 영역에 사각형의 얕은 오목한 부분(캐비티 영역)이 있는 PBGA.

5. TBGA(Tape BGA) : 플렉서블한 스트립 형태의 기판을 가진 BGA로, 1-2층 PCB를 포함하며, Flex Tape BGA라고도 불림.

6. H-PBGA : 높은 열 전도성을 가진 BGA입니다.

3. BGA의 장단점 :

BGA의 장점 :

• 소형화된 보드
• 전기적 성능의 효율적 구현
• 우수한 열 방출
• 높은 효율성과 신뢰성
• 경제적인 비용

BGA의 단점 :

• 납땜 후 검사하기가 어렵습니다.
• 매우 신중하고 어려운 재작업이 필요할 수 있습니다.
• 환경 변화에 대한 BGA 부품의 높은 민감성.
• 정전기 방지와 높은 수준의 저장 유지 관리가 필요 합니다.

4. BGA의 독특한 특징 :

• PoP 적층으로 인한 높은 상호 연결 밀도와 간단한 보드 설계
• 저비용 처리 공정
• 낮은 열 저항으로 칩 과열 방지
• 낮은 전기적 인덕턴스(inductance)
• 보드에서 차지하는 공간이 적음

5. BGA의 품질 검사 :

BGA 패키지의 검사 작업은 솔더 볼의 배치 때문이 매우 어렵습니다. 기존의 광학 검사 방법은 결함을 정확히 탐지하기엔 부족합니다. 이에 정확성을 높이기 위해, 전기적 테스트, 경계 스캔 검사, 그리고 자동 X-레이 검사가 BGA를 포함한 SMT 조립 공정에서 일반적으로 사용됩니다.

1. 전기 테스트 : 이 전통적인 방법은 회로의 개방(open) 및 단락(short) 결함을 식별하는 데 사용됩니다.

2. 경계 스캔 검사 : 경계 스캔 설계의 검사 포트를 이용하여, 이 기술은 경계 커넥터의 각 솔더 접점을 탐지하여 구성 요소의 개방(open)  및 단락(short)을 감지합니다.

3. 자동 엑스레이 검사 : 자동 엑스레이 검사는 구성 요소 아래의 납땜 접합을 검사하여, AOI(자동 광학 검사)에서는 감지할 수 없는 기포나 빈 공간 같은 숨겨진 결함을 찾아냅니다. 일반적인 BGA 결함에는 정렬 불량, 불완전한 납땜(loose solder), 단선, 냉납, 브리지 단락, 공동(cavities), 납땜 볼 누락/탈락, 그리고 불규칙한 크기가 포함됩니다.

BGA 결함 제거 :

부품 분리 : BGA 부품의 결함은 먼저 회로 기판에서 부품을 분리함으로써 수정할 수 있습니다. 이를 위해, 기판의 특정 부품을 신중하게 가열하여 납땜 접합부를 녹인 다음, 필요한 부품을 교체하고 납땜 접합부를 고정합니다.

BGA 재작업(rework) 공정 : BGA 재작업 공정은 공장 내 전용 재작업 스테이션에서 이루어집니다. 여기서 BGA-PCB 부품은 적외선 히터로 가열됩니다. 열 레벨은 열전대를 통해 모니터링할 수 있습니다. 패키지를 기판에서 분리할 때는 진공 장치를 비롯한 다양한 장비를 사용합니다.

국부 가열 : 가열 과정은 매우 신중하게 진행되며, 결함이 있는 부분에만 한정됩니다. 국부 가열을 통해 보드의 인접 부품들이 손상되지 않도록 안전을 확보합니다.

JLCPCB BGA 기술 :

JLCPCB은 신뢰할 수 있는 PCB 제조 및 조립 서비스 제공업체로 알려져 있으며, BGA 생산을 그들의 포괄적인 서비스 포트폴리오의 핵심 요소로 제공합니다. JLCPCB는 BGA 패키지를 포함한 PCB의 생산 및 조립에 있어 탁월한 전문성을 보유하고 있습니다. BGA 패키지는 고급 패키징 기술로, 높은 밀도의 인터커넥션을 가능하게 하는 솔더 볼 그리드로 구성되어 있습니다. JLCPCB는 BGA-PCB 제품을 최종 고객에게 발송하기 전에 고도로 효율적인 테스트 및 검사 시스템을 통해 품질을 보장합니다.

JLCPCB의 BGA 생산 서비스는 현대 전자제품의 요구 사항을 충족시키기 위해 특별히 최적화되어 있으며, 고객의 PCB 디자인에 BGA를 통합하는 다양한 요구를 높은 정밀도와 품질로 만족시킵니다.