BGA 조립 프로세스 기능에서 신중하게 고려해야 하는 요소

BGA(볼 그리드 어레이) 어셈블리는 납땜 어셈블리 기술과 완전히 호환됩니다. 칩 스케일 BGA의 피치는 0.5mm, 0.65mm 또는 0.8mm일 수 있으며 플라스틱 또는 세라믹 BGA 부품은 1.5mm, 1.27mm 및 1mm와 같은 더 넓은 피치를 특징으로 합니다. 미세 피치의 BGA 패키지는 핀 패키지가 있는 IC(집적 회로)보다 손상되기 쉽고 BGA 구성 요소는 I/O 핀에 대한 특정 요구 사항을 충족하기 위해 접점을 선택적으로 줄일 수 있습니다. BGA 패키지는 SMT(표면 실장 기술) 조립에 적용되는 첨단 기술로, 파인 피치 및 초미세 피치 기술을 준수하기 위해 빠르게 중요한 선택이 되었으며 제공되는 안정적인 조립 기술로 고밀도 상호 연결을 달성하여 이러한 유형의 패키지 응용 프로그램이 점점 더 많아지고 있습니다.

BGA 어셈블리에 X-Ray 단층촬영 검사장치 적용

대부분의 PCB(인쇄회로기판) 제조업체와 전자 제조업체는 BGA 부품이 전자 어셈블리에 적용될 때까지 제조 공정에서 X-ray 검사를 적용할 필요성을 크게 인식하지 못했습니다. MVI(수동 육안 검사) 및 MDA(제조 결함 분석), ICT(회로 내 테스트) 및 기능 테스트를 포함한 전기 테스트와 같은 기존의 검사 방법은 충분하다고 간주되었습니다. 그러나 이러한 모든 검사 방법은 캐비티, 냉간 납땜 및 나쁜 주석 납땜 접착과 같은 숨겨진 납땜 접합 문제를 찾아내지 못합니다. X-ray 검사 시스템은 숨겨진 솔더 조인트를 검사하고 제조 공정의 수립 및 제어, 프로토타입 분석 및 공정 확인에 도움이 되는 것으로 검증된 일종의 검사 도구입니다. MDA, ICT 및 AOI(자동 광학 검사)와 달리 X선 검사 시스템은 단락, 개방 회로, 캐비티 및 BGA 솔더 볼 정렬을 확인하고 공정 품질을 모니터링하고 SPC(통계 공정 제어)에 대한 즉각적인 피드백 데이터를 제공할 수 있습니다. 높은 제조 효율성을 제공합니다.

X선 단층 촬영 검사 장치는 자동 땜납 접합 분석 및 실시간 단층 촬영 스캔을 구현할 수 있는 땜납 접합 이미지를 캡처하여 단층 촬영 이미지를 생성할 수 있습니다. 또한 몇 초 또는 2분 이내에 PCB 기판 양면에 있는 구성 요소의 모든 솔더 조인트에 대한 정확한 비교 분석을 수행하여 솔더 조인트가 적격인지 여부를 결정할 수 있습니다.

BGA 조립 프로세스 및 변형 소스

X선 검사 시스템을 보다 효과적으로 사용하려면 BGA 조립 공정의 제어 매개변수와 매개변수 제어 한계를 명확히 해야 합니다. BGA 조립 프로세스는 다음 순서를 따릅니다.

BGA 부품 공융 솔더 볼은 조립 과정에서 솔더 페이스트에 조립될 때 일반적으로 액체 솔더링 주석의 자체 정렬을 통해 위치를 수정합니다. 따라서 실장 정밀도는 미세 피치 리드 구성 요소만큼 중요하지 않으며 BGA 구성 요소 조립 기술의 주요 제어 단계는 솔더 페이스트 인쇄 및 리플로우 솔더링입니다. 또한 솔더 조인트 모양과 크기의 변화는 다른 많은 요소와도 관련이 있습니다.

모든 편차를 제거하는 것은 거의 불가능하므로 제조 공정 제어의 핵심은 각 제조 단계의 편차를 줄이는 것입니다. 최종 조립 제품에 대한 다양한 변형의 영향은 신중하게 분석하고 정량적으로 처리해야 합니다. BGA 구성 요소에서 PCB 조립 공정에 이르는 전체 프로세스를 고려할 때 솔더 조인트 품질에 영향을 미치는 주요 요소는 다음과 같습니다.
1. 솔더 볼의 양,
2. BGA 구성 요소 패드 크기,
3. PCB 패드 크기;
4. 솔더 페이스트 양,
5. 리플 로우 솔더링 프로세스 중 BGA 구성 요소 변형,
6. 리플로우 솔더링 공정 중 BGA 실장 영역에서 PCB 변형,
7. 장착 위치 정확도,
8. 리플 로우 솔더링 온도 곡선.

어떤 종류의 검사장비를 사용해도 솔더 조인트의 적격 여부를 판단하는 기준이 있어야 합니다. IPC-A-610C는 12.2.12 항목에서 BGA 솔더 조인트의 허용 기준 정의를 규정합니다. 우수한 BGA 솔더 조인트는 매끄럽고 둥글며 가장자리가 투명하고 공동이 없어야 합니다. 직경, 부피, 그레이 스케일 및 대비는 위치가 정렬되고 변위 또는 비틀림이 없는 모든 솔더 조인트에 대해 동일해야 합니다.

BGA 조립 공정 능력

다음 논의에서는 BGA 구성 요소의 한 유형을 예로 사용합니다. 이 유형의 BGA 구성 요소는 520개의 핀과 2"x2" 크기의 PBGA(플라스틱 볼 그리드 어레이) 구성 요소로, 공융 솔더 볼과 무세척 플럭스를 활용합니다. 6 시그마 공정 능력 분석은 BGA 배치 정확도, 솔더 조인트 개방 회로 및 단락 발생 확률을 입증하기 위해 구현됩니다. 계산 전의 가정은 다음과 같습니다.
a. BGA 부품 패드 또는 PCB 패드에서는 변형이 발생하지 않습니다.
b. BGA 구성 요소는 변형이 발생하지 않습니다(리플로우 솔더링 프로세스).
c. 평균 편차는 리플로 솔더링 후 솔더 조인트의 평균 부피에 따라 계산됩니다.
d. BGA 구성 요소 무게는 부유물과 표면 장력에 의해 균형을 이룬다고 가정합니다.
e. 패드 및 공융 솔더 볼은 우수한 솔더링성을 제공해야 합니다.
f. 모든 분포는 정규 분포입니다.

• BGA 배치

표준 SMT 장비는 BGA 구성 요소를 장착하는 데 사용됩니다. 일반 장착 장비는 다음과 같은 배치 프로세스 기능으로 BGA 공정 솔더 볼 이미지를 인식할 수 있습니다.

위 데이터에 따르면 공정 능력이 6sigma일 때 최대 배치 편차는 6.53mil입니다. 패드의 직경이 28mil이기 때문에 솔더 페이스트가 녹을 때 표면 장력에 의한 부품의 자기정렬(self-alignment) 중 배치 편차를 무시할 수 있다. BGA 부품 배치 프로세스에 관해서는 6sigma 수준을 따릅니다.

• 개방 회로가 있는 솔더 조인트

조립 공정은 불충분한 공융 솔더 볼 붕괴로 인해 열린 솔더 조인트를 보는 경향이 있습니다. 핀이 520개인 PBGA와 관련하여 공융 솔더 볼은 표준 편차가 500mil인 직경 30mil의 볼입니다. ³ (볼륨 참여 시) 볼륨은 14,130mil로 규제됩니다. ³ . BGA 및 PCB 패드의 직경은 28mil이고 솔더 페이스트 두께는 6mil입니다. 따라서 BGA 솔더 볼 에지의 평균 높이는 약 24mils입니다. 솔더 볼 부피 변화를 반영하는 6sigma 기능이 관련되어 있으므로,

리플 로우 솔더링 후 솔더 조인트의 평균 부피에 의해 결정된 솔더링 본딩 지지대의 높이는 19mils입니다. 공정 능력을 6시그마로 설정하면 솔더 페이스트 두께는 4~8mil로 측정된다. 또한 BGA 솔더 볼은 3mils 동안 솔더 페이스트로 축소되어 다음과 같이 계산된 데이터가 생성됩니다.
솔더 볼 아래의 솔더 페이스트 최소 두께 =3mils
최소 붕괴 =7mils
최소 통합 붕괴 =10mils
개방 회로 발생을 막기 위해 생성된 최소 보안 편차 =2.2mils

위의 변화를 특정 범위로 제어할 수 있을 때 BGA 리플로 솔더링 공정은 6시그마를 달성할 수 있습니다.

불행히도, BGA 부품과 PCB의 변형은 일반적으로 BGA 리플로우 솔더링 어셈블리 동안 솔더링 본딩의 높이 불일치로 이어집니다. BGA 구성 요소와 PCB 패드는 프로세스 변동을 유발하는 차이점이 있습니다. 대체로 모든 변형을 고려하더라도 개방형 납땜 조인트는 여전히 발생합니다. 따라서 X선 검사 시스템을 사용하여 열린 솔더 조인트에 대한 결함 검사를 수행할 수 있습니다.

• 솔더 조인트 브리징(단락)

동일한 방법을 사용하여 납땜 접합부의 단락이 조립 공정 능력에 미치는 영향을 추정할 수 있습니다. 솔더 조인트는 직경 면에서 서로 다르며 측정된 데이터는 각 솔더 조인트의 접합 부피가 12800~19250mils 범위에 있음을 나타냅니다. ³ 6시그마 공정 능력 이하. 결과적으로 최소 납땜 본딩 지지대의 높이는 15mils이고 최대 납땜 본딩 직경은 38.5mils까지 될 수 있습니다. 피치가 50mil인 BGA 부품의 경우 솔더 조인트 브리징이 거의 발생하지 않습니다.

통계적 공정 관리 분석

효과적인 BGA 어셈블리 프로세스 제어는 솔더 연결에 발생하는 변동을 줄입니다. 그러나 실제 조립 공정에서 다음과 같은 변형은 일반적으로 공정을 변동시키므로 일관된 모니터링이 필요합니다.
1. 솔더 페이스트 높이 및 부피,
2. BGA 구성 요소의 측면 연결 직경,
3. PCB 패드의 측면 연결 직경;
4. 연결부의 중심 결합 직경,
5. Cavity 크기 및 발생률;
6. 주석 공.

X-ray 검사 장비로 솔더 페이스트 두께를 모니터링할 수 있으며 솔더 조인트 모양과 일관성에 따라 공정 변동을 일정 수준 내에서 제어할 수 있습니다.

PCBCart 편집자 Dora Yang이 작성한 기사, 원래 SMT007 Magazine 2018년 5월호에 게재되었습니다.

PCBCart는 BGA 어셈블리를 전문적으로 처리합니다.

PCBCart는 수년 동안 PCB 조립 서비스를 제공해 왔으며 BGA 조립 프로젝트에서 풍부한 경험을 가지고 있습니다. 우리는 0.4mm 이상에서 BGA 피치를 처리할 수 있으며 BGA 볼 수는 2에서 50 사이입니다. PCB 설치 요구 사항에 BGA 조립이 포함되는 경우 실용적이고 비용 효율적인 솔루션을 위해 언제든지 여기로 연락하십시오. 또는 아래 버튼을 클릭하여 PCBA 견적 요청을 제출할 수 있습니다. 가능한 한 빨리 맞춤형 회로 카드 조립 비용과 솔루션을 알려 드리겠습니다.

유용한 리소스
• BGA 패키지 유형에 대한 간략한 소개
• BGA 패키징 기술 소개
• BGA 조립 품질에 영향을 미치는 요소
• PCBCart의 원스톱 생산 서비스 PCB 제작, 부품 소싱 및 턴키 조립을 다룹니다.