BGA 조립 품질에 영향을 미치는 요소

초대형 집적 회로(IC)의 빠른 개발과 함께 전자 어셈블리 요구 사항은 기존 패키지 유형으로는 결코 충족될 수 없으며 더 높은 무결성, 더 작은 보드 크기 및 더 높은 I /O 카운트. 위에서 언급한 모든 새로운 유형의 패키지 중에서 BGA(ball grid array) 패키지는 기존 패키지의 여러 한계를 극복하는 다양성으로 인해 가장 광범위한 응용 분야를 가진 기본 유형입니다. 솔더링 기술과 관련된 요소의 관점에서 BGA 패키지는 예를 들어 QFP(쿼드 플랫 패키지)와 같은 기존 패키지와 거의 다르지 않습니다. 그럼에도 불구하고 핀은 전자 어셈블리의 혁명으로 간주될 수 있는 솔더 볼로 대체되고 CSP(칩 스케일 패키지)와 같은 파생 패키지의 출현을 앞당깁니다. 현재 BGA 솔더링은 여전히 ​​기존 SMT(표면 실장 기술)를 적용하여 구현해야 하며 BGA 솔더링은 여전히 ​​일반 SMT 조립 장비에서 수행할 수 있습니다. 이 기사에서는 BGA 패드 설계, 솔더 페이스트 인쇄, 장착 정렬 정확도, 솔더링 온도 곡선 및 솔더링 결함을 포함하여 BGA 어셈블리 기술의 적용에 영향을 미치는 몇 가지 요소에 대해 설명합니다.

BGA 패드 설계의 가능성

BGA 패키지는 서로 다른 피치에 따라 몇 가지 분류로 제공됩니다. 일반적으로 BGA 패드 설계는 CAD 추적 가능성과 PCB(인쇄 회로 기판)의 제조 가능성을 초기에 고려해야 합니다. BGA 패드도 다양한 종류가 있으며 일반적으로 사용되는 다음과 같은 종류로 공간이 여유가 있을 때 자유롭게 선택할 수 있습니다.

• 개뼈 패드

Dog-bone 패드는 비아를 이용하여 트레이스를 다른 레이어로 연결하므로 패드 크기에 몇 가지 제한이 있습니다. 비아의 존재로 인해 PCB 제조 공정에서 솔더 마스크가 떨어져서 솔더 브리징과 같은 일부 불량이 발생하는 경향이 있습니다. 따라서 BGA 솔더링 중 발생하는 솔더링 불량을 최소화하고 향후 BGA 재작업을 위한 공간을 확보하기 위해 실제 제조 수준에 엄밀히 준수하여 패드 크기를 설계해야 합니다.

• 외부에서 BGA 패드로 배포되는 비아

이 유형의 패드는 I/O 수가 적은 BGA 구성 요소에 가장 적합합니다. 이러한 유형의 패드 디자인은 납땜에 편리함을 제공하고 패드 크기에 더 많은 여유 공간을 설정합니다. 물론 추적 측면에서 기본적인 요구 사항을 충족해야 합니다. 따라서 I/O 수가 많은 BGA에서 이러한 유형의 패드를 활용하는 것은 거의 불가능합니다.

• Via-in-pad 패드

비아 인 패드는 PCB 제조 분야의 마이크로비아 기술의 발전과 함께 발전하고 있습니다.

패드 유형 외에도 솔더 마스크 및 BGA 패드 위치는 BGA 솔더링과 직접 관련됩니다. 다른 솔더 마스크 위치에 따라 BGA 패드는 SMD(솔더 마스크 정의) 패드와 NSMD(비 솔더 마스크 정의) 패드의 두 가지 유형으로 제공되며 각각 BGA 솔더링 기능을 합니다. SMD 패드가 적용됨에 따라 패드는 패드와의 접합 면적이 넓어 솔더링 조인트와 PCB 기판 사이의 접합 면적이 동등하게 커집니다. 그러나 패드 크기가 증가함에 따라 인접한 패드 사이의 간격이 작아져 비아 패드 분포 및 추적 기능에 영향을 줍니다.

PCB 제작 과정에서 솔더 마스크가 같은 방향으로 벗어나면 BGA 패드가 영향을 받지 않아 BGA 솔더링에 유리하다. 그러나 이런 형태의 패드는 에지에서 솔더 마스크 재작업 시 파손되는 경향이 있어 재작업 효과에 좋지 않다. NSMD 패드를 사용하면 패드가 상대적으로 작아지므로 비아 패드 분배 및 추적에 유리합니다. 그러나 이러한 유형의 패드 구조는 솔더링 조인트와 패드 사이의 접합 면적을 감소시키고 솔더링 조인트 접합 강도를 더욱 감소시킨다. 즉, 두 패드 모두 장단점이 있으며 해당 패드는 기술 고려 사항에 따라 결정될 수 있습니다.

솔더 페이스트 인쇄

솔더 페이스트 인쇄는 솔더링 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 솔더 페이스트 인쇄는 스텐실, 솔더 페이스트 및 프린터가 포함된 패드로 솔더 페이스트를 스텐실에서 정확하게 변환하는 것입니다. 솔더 페이스트 프린터의 정밀도는 먼저 BGA 어셈블리의 요구 사항을 준수해야 합니다. 스텐실은 두께와 개구부 크기를 통해 솔더 페이스트의 양을 결정합니다. BGA 패키지에서 호출하는 솔더링 페이스트의 양은 일반적으로 3가지 측면에서 결정됩니다.
• 우수한 BGA 솔더링 연결을 보장하려면 충분한 솔더를 사용해야 합니다.
• 솔더링 페이스트의 양은 솔더 볼 공평성 오류를 보상해야 합니다. (보통 0.1mm) BGA 부품.
• 회로 기판에 다른 미세 피치 부품을 사용할 수 있는 경우 더 많은 납땜 결함이 발생하지 않도록 납땜 페이스트 양을 종합적으로 고려해야 합니다.

위치 정확도

회로 기판에서 BGA 부품의 정확한 위치는 전적으로 BGA 부품의 정확한 위치를 달성하는 데 도움이 되는 특정 위치 지정 시스템을 포함하는 칩 마운터의 정밀도에 달려 있습니다. 또한 일부 칩 마운터는 BGA 솔더 볼의 공평면도를 검사하고 볼 누락과 같은 일부 결함을 인식할 수 있어 BGA 솔더링 신뢰성 향상에 매우 유용합니다.

또한 BGA 부품의 실장 정확도를 더욱 향상시키기 위해 몇 가지 다른 조치를 취할 수 있습니다. 예를 들어, BGA 패드의 외부 부분에 국부적인 기준 마크를 설정하거나 조립 후 수동 검사를 위해 몇 개의 접는 선을 기준 마크로 설정하여 둘 다 실제 제조에 효과적인 것으로 검증되었습니다.

또한 BGA 구성 요소는 솔더의 표면 장력으로 인해 솔더링 과정에서 명백한 셀프 센터링 효과를 제공하므로 일부 설계자는 BGA 패드 설계에서 의도적으로 네 모서리의 패드를 확대하여 셀프 센터링 효과를 더 명확하게 만들어 BGA 구성 요소가 다음을 수행할 수 있도록 합니다. 장착 위치가 변경되면 자체 재설정됩니다.

납땜 온도 곡선 및 납땜 결함

납땜 온도 곡선은 납땜 품질을 직접 결정합니다. 온도 곡선은 일반적으로 서로 다른 물리적/화학적 변화를 특징으로 하는 예열 단계, 담금 단계, 리플로 단계 및 냉각 단계의 4단계로 구성됩니다. 온도 곡선 설정은 납땜 이음의 형성 과정을 결정하므로 납땜 이음의 신뢰성과 밀접한 관계가 있습니다. BGA 패키지의 특성으로 인해 만족스러운 온도 곡선을 생성하기가 매우 어렵습니다. 일반적으로 BGA 구성 요소는 패키징 온도, 회로 기판 표면 온도 및 BGA 내부 솔더 접합 온도의 세 가지 온도를 측정해야 합니다.

BGA 검사 및 재작업 기술

모든 BGA 솔더 조인트는 솔더링 후 패키지 아래에 있기 때문에 플라잉 프로브 테스트 또는 육안 검사와 같은 기존 검사 방법은 실제 요구 사항을 충족하지 못합니다. 지금까지 BGA 솔더링 조인트의 솔더링 결함을 스캔할 수 있는 방법은 AOI(Automated Optical Inspection) 테스트와 AXI(Automated X-Ray Inspection) 테스트가 있다.

BGA 구조의 특성에 따라 BGA 부품의 단일 솔더링 조인트를 검사하는 것은 거의 불가능합니다. 그러나 전체 포장 본체는 다시 작업해야 합니다.

기타 요인

정전기 보호 및 BGA 구성 요소 베이킹과 같은 다른 요소는 BGA 조립 공정에서 주의해야 합니다. 일반적으로 BGA 구성 요소에는 정전기 보호 요구 사항이 있는 특수 패키지가 필요합니다. 인쇄 회로 기판 조립 과정에서 장비 접지, 직원 관리 및 환경 관리를 포함한 엄격한 정전기 보호 조치를 취해야 합니다.

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