볼 그리드 어레이 검사 기법

볼 그리드 어레이 검사 기술

기술의 끊임없는 발전으로 전자 제품은 작고 가벼운 제품으로 이동했습니다. 이러한 소비자 요구에 부응하기 위해 표면 실장 기술(SMT)이 도입되었습니다. 그러나 이러한 제품에 대한 수요 증가로 인해 신속하게 조립할 수 있는 고밀도 기술의 개발도 필요했습니다. 이러한 추진력은 BGA(Ball Grid Array) 기술의 개발로 이어졌습니다.

BGA 및 이와 유사한 장치는 현대 인쇄 회로 기판(PCB) 설계에서 빠르게 표준 요소가 되었습니다. 그러나 이러한 장치는 조립 후 검사하기가 매우 어렵기로 악명이 높습니다. 이 기사에서는 BGA 검사의 문제, BGA 품질 관리에 사용되는 검사 기술 및 조립 전에 일반적인 BGA 결함을 방지하는 방법에 대해 논의합니다.

볼 그리드 어레이 검사란 무엇입니까?

볼 그리드 어레이는 장치를 장착하는 데 사용되는 집적 회로용 표면 장착 패키지입니다. BGA의 바닥 표면은 그리드 패턴으로 배열된 핀으로 덮여 있으므로 이 기술의 이름이 지정되었습니다. 와이어 핀 대신 이러한 연결은 솔더 볼이 있는 패드로 이루어집니다. 이러한 연결은 패키지 아래에 위치하기 때문에 조심스럽게 납땜해야 합니다.

그러나 솔더 연결이 완료되면 일반 관찰자에게는 더 이상 보이지 않습니다. 눈에 보이지 않기 때문에 품질을 보장하기 위해 보다 고급 검사 기술이 필요합니다. BGA 검사가 중요한 역할을 하는 곳입니다.

BGA 검사는 품질을 보장하기 위해 칩과 PCB 간의 연결을 분석하는 프로세스입니다. BGA 검사는 패키지의 스탠드오프 높이, 연결 품질 등을 포함하여 볼 그리드 어레이의 다양한 측면을 살펴봅니다. BGA 검사에서 비보조 육안 검사는 극히 제한적이므로 연결을 자세히 보려면 ​​다른 기술이 필요합니다.

이러한 분석 방법에는 전기 테스트, 보조 광학 검사 및 X선 검사가 포함됩니다. 이러한 기술의 구성 요소는 이 기사에서 더 자세히 논의될 것입니다.

검사가 왜 중요한가요?

BGA 검사는 한 가지 이유로 매우 어렵기로 악명이 높습니다. 바로 솔더 조인트가 BGA 패키지 아래에 있기 때문입니다. 이 기능의 위치 때문에 검사를 위해 BGA를 잘 보기가 어려울 수 있습니다. 이러한 어려움에도 불구하고 다음과 같은 몇 가지 이유로 BGA에 대한 검사가 필수적입니다.

• 납땜 어려움 :BGA 부품을 납땜하는 것은 어레이에 충분한 열을 가해야 하므로 그리드의 모든 볼이 솔더 조인트를 만들기에 충분히 녹을 수 있기 때문에 까다롭습니다. 연결 밀도와 납땜의 어려움은 모두 결함이 발생할 가능성이 높다는 것을 의미합니다. 검사를 통해 전문가는 이러한 결함을 파악하여 결함이 있는 부품을 보내는 것을 방지할 수 있습니다.
• 신뢰할 수 없는 전기 테스트: 전기 테스트는 PCB를 통해 전류를 흐르게 하여 전기적으로 건강한지 확인합니다. 그러나 이러한 유형의 테스트는 BGA 구성 요소가 연결될 때 전류가 켜져 있는지 꺼져 있는지 여부만 판단할 수 있습니다. 이러한 테스트는 소수의 결함 유형만 찾을 수 있고 발견된 결함의 위치를 ​​정확히 찾아낼 수 없기 때문에 신뢰할 수 없습니다. 이 방법을 다른 기술과 결합하는 종합적인 검사를 통해 오류 및 오류 위치에 대한 보다 완전한 개요를 생성할 수 있습니다.
• 자재 재사용: BGA에 땜납 결함이 있는 것으로 확인되면 재작업 스테이션을 사용하여 BGA를 제거하고 재사용을 위해 교체하거나 리퍼브할 수 있습니다. 검사 프로세스는 결함을 조기에 식별하여 이러한 방식으로 자재를 절약할 수 있으므로 자재 낭비를 줄입니다.
• 품질 관리: BGA SMT 어셈블리는 품질의 물리적 연결에 의존하므로 BGA 품질 관리에는 이러한 연결에 대한 자세한 검사가 포함되어야 합니다. 검사는 또한 일반적인 결함과 패턴을 식별할 수 있습니다. 반복되는 결함은 제조 및 조립 프로세스 또는 PCB 제품 설계에 문제가 있음을 나타낼 수 있기 때문에 중요합니다.
• 비용 절감: 철저한 검사 프로세스는 다음 생산 단계로 넘어가는 결함의 수를 최소화합니다. 검사를 통과한 결함은 생산 공정에서 더 오래 걸리게 되어 재작업에 더 많은 비용이 소요될 수 있습니다. 결함이 나중에 발견될수록 회사에 더 많은 비용이 듭니다. 그렇기 때문에 조기 예방과 해결이 중요합니다.

검사의 중요성 때문에 검사 ​​팀은 프로세스에서 철저하고 효과적인 도구와 기술을 활용해야 합니다. 이러한 방식으로 이러한 팀은 모든 문제를 파악하고 더 크고 비용이 많이 드는 문제가 되기 전에 위치와 원인을 정확히 찾아낼 수 있습니다.

일반적인 BGA 결함

BGA의 복잡성으로 인해 BGA의 납땜 프로세스 중에 많은 잠재적 결함이 발생할 수 있습니다. 발생할 수 있는 몇 가지 문제는 다음과 같습니다.

• 오정렬: 오정렬은 리플로우 중에 PCB와 BGA가 오프셋되어 잘못된 지점에 연결될 때 발생합니다. 이것은 BGA 조립 중에 발생하는 가장 일반적인 문제 중 하나입니다.
• 일관되지 않는 스탠드오프 높이: BGA는 PCB 위에 설정되며 부적절한 납땜으로 인해 BGA가 PCB 표면의 비뚤어진 각도로 설정될 수 있습니다. 이 비대칭 스탠드오프 높이는 연결 보안을 손상시킬 수 있습니다.
• 누락된 공: BGA가 PCB에 부착될 때 볼이 누락되면 어셈블리에서 필수 연결 지점이 누락될 수 있습니다.
• 젖지 않는 패드: 어떤 경우에는 리플로된 솔더 페이스트가 패드를 제대로 적시지 못할 수 있습니다. 이는 불완전한 리플로우 또는 생산 공정의 이전 단계에서 남은 솔더 레지스트로 인해 발생할 수 있습니다.
• 교량: 브리지는 페이스트 침전물 사이에 여분의 솔더 페이스트가 남아 있을 때 발생합니다. 연결 지점 간의 브리지로 인해 종종 단락이 발생합니다.
• 부분 리플로우: 경우에 따라 리플로우가 보드를 완전히 덮지 않을 수 있습니다. 이는 불충분한 솔더 리플로우, 인적 오류 또는 기계적 오작동으로 인해 자주 발생합니다.
• 팝콘: 팝코닝은 납땜 과정에서 볼이 합쳐질 때 발생합니다. 이것은 BGA의 일반적인 문제이며 브리지와 마찬가지로 단락이 발생합니다.
• 개방 회로: 개방 회로는 솔더가 PCB 패드를 적시지 못하고 솔더 볼과 부품 표면 위로 올라갈 때 발생합니다. 전기 테스트를 통해 이를 보드의 문제로 식별할 수 있지만 문제의 원인을 식별할 수는 없습니다.
• 무효: 흐름이 땜납 연결에서 멈췄을 때 보이드가 발생합니다. 이는 접을 수 있는 BGA 구성요소에서 흔히 발생하는 문제입니다.

이러한 문제는 모두 최종 제품에 치명적인 오류가 될 수 있으므로 품질 검사 기술과 기술로 잡아내는 것이 필요합니다. 다행스럽게도 현대 검사 기술은 하나 이상의 검사 방법을 사용하여 이러한 결함의 대부분을 식별할 수 있는 수준까지 발전했습니다. 그러나 조립 전에 가능한 한 이러한 결함을 피하는 것도 중요합니다.

BGA 결함 방지를 위한 설계 고려 사항

검사 기술은 제조 공정을 진행하기 전에 많은 결함을 포착할 수 있는 수준까지 발전했지만 항상 불규칙성을 피하는 것이 이상적입니다. 이를 위해서는 디자인 팀의 세심한 계획이 필요합니다. BGA에서 성공적으로 솔더링된 조인트를 얻을 수 있는 기회를 최대화하려면 설계 팀은 PCB 레이아웃에서 다음을 고려해야 합니다.

• BGA 발자국: PCB 설계자는 사용하려는 BGA 장치에 대한 올바른 풋프린트 패턴이 있는지 확인해야 합니다. 설치 공간이 올바른지 확인하고 조립 중 단락 및 납땜 문제를 방지하기 위해 PCB 설치 공간 패드를 정확하게 설계하도록 주의하십시오.
• 열 관리: PCB 레이아웃은 열 질량을 고려해야 합니다. BGA를 밀접하게 그룹화하면 보드의 많이 채워진 부분과 덜 채워진 부분 간에 열 불균형이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 밀접하게 그룹화된 BGA를 적절하게 납땜하기 위해 충분한 열을 가하면 인구가 적은 지역에서 화상을 입을 수 있습니다. 반대로 인구가 적은 지역을 태우지 않도록 충분한 열을 가하면 BGA에 빈 공간이 생길 수 있습니다.
• 게재위치를 통해: 비아 또는 스루홀은 PCB의 일반적인 기능이지만 비아의 배치는 BGA 조립 공정에서 솔더의 동작에 영향을 미칠 수 있습니다. BGA 패드에 인접한 비아는 패드에서 비아로 흐르는 과도한 솔더로 인해 단락을 일으킬 수 있습니다. 이를 방지하려면 솔더 마스크가 있는 BGA 패드에 인접한 모든 비아를 텐트하십시오.

이러한 설계 고려 사항 외에도 조립 전에 적절한 리플로우 프로파일을 개발하고 확인하는 데 주의를 기울여야 합니다. 여기에는 보드가 리플로우 오븐을 통과할 때 BGA 볼/패드 접합부의 온도 범위를 측정하고 기록하기 위해 프로파일러를 사용하는 것이 포함됩니다. 이것은 스크랩 베어 PCB 및 BGA 부품으로 수행할 수 있습니다. 이 데이터는 페이스트의 리플로우 프로파일과 PCB의 열 프로파일이 정확한지 확인하고 조립 전에 설계 문제를 식별하는 데 사용할 수 있습니다.

볼 그리드 어레이의 검사 기술

결함을 피하는 것이 목표이지만 BGA와 PCB 간의 연결을 분석하려면 항상 BGA 검사가 필요합니다. 직접적인 육안 관찰을 통해 솔더 조인트를 보는 것은 거의 불가능하기 때문에 이 분석은 다양한 검사 기술과 도구를 사용하여 수행됩니다. 이러한 도구와 기술은 수년에 걸쳐 신뢰할 수 있고 사용자 친화적으로 발전했습니다. 이러한 도구를 개별적으로 사용하여 검사의 모든 측면을 다룰 수는 없지만 결합하면 BGA에 대한 포괄적인 보기를 제공할 수 있습니다.

검사 도구 및 기술은 종종 다음 범주로 구성됩니다.

1. 전기 테스트

BGA의 전기적 테스트는 보드의 전기적 특성을 테스트하는 또 다른 검사 프로세스입니다. 이것은 BGA가 스트레스를 받는 솔더 조인트의 품질을 평가하기 위해 충격 및 전단 테스트를 받는 파괴적인 프로세스인 기계적 테스트와 다릅니다.

전기 테스트는 BGA를 통해 전류를 흐르게 하여 보드의 전기적 안정성을 분석합니다. 테스트는 BGA 구성 요소가 연결된 후 전류가 켜져 있는지 또는 꺼져 있는지 확인합니다. 이 유형의 테스트는 단락 또는 개방과 같은 전기적 문제가 있는지 식별하는 데 유용합니다. 그러나 이전에 논의한 바와 같이 전기 테스트는 이러한 결함의 존재만 식별할 수 있으며 BGA에서 결함이 있는 위치를 찾는 데 사용할 수 없습니다.

전기 테스트는 검사 프로세스에서 중요한 단계이지만 BGA 구성 요소 아래에서 테스트 포인트를 선택하는 것은 어렵습니다. 또한 전기 테스트만으로는 평가 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. 그 대신 전기 테스트는 볼 그리드 어레이 검사에서 문제를 식별하기 위해 다른 테스트 기술과 함께 사용되는 경우가 많습니다.

2. 광학 또는 육안 검사

육안 검사라고도 하는 광학 검사는 광학 기술을 사용하여 BGA와 그 연결을 보는 것입니다. 이 기술은 역사적으로 제한된 결과를 제공하는 육안 ​​또는 현미경을 사용했습니다. 그러나 내시경을 도입하는 것은 이 검사 기술에 특히 가치가 있는 것으로 입증되었습니다.

내시경은 원래 의료용으로 설계되었지만 제한된 영역의 작은 물체를 시각적으로 검사할 수 있는 이 기술의 기능은 BGA에 이상적입니다. 이 기술에는 고배율 렌즈가 있는 카메라와 연결된 모니터를 사용하여 검사 영역의 클로즈업 이미지를 얻는 것이 포함됩니다. 이 기술은 고급 이미지 캡처 및 측정을 위해 시각화 소프트웨어와 함께 사용되는 경우가 많습니다.

내시경을 사용한 육안 검사를 통해 기술자는 BGA와 PCB 사이의 외부 연결 열을 볼 수 있습니다. 조명이 좋은 경우 기술자도 일부 내부 열을 볼 수 있습니다. 이 광학 기술은 서로 다른 결함을 나타낼 수 있는 조인트의 모양, 표면 질감 및 모양을 포함하여 솔더 조인트의 전반적인 품질을 식별하고 평가하는 데 도움이 됩니다.

광학 검사는 또한 단락, 개방, 파편 및 냉납땜을 식별할 수 있으며 적절한 리플로우 적용 범위를 식별할 수 있으므로 재작업을 평가하는 데 필수적입니다. 그러나 이 검사 기술의 시각적 기능은 제한적이며 내부 연결에 대한 자세한 분석을 허용하지 않습니다.

내시경에 대한 마지막 참고 사항은 내시경이 매우 다양한 검사 장비라는 것입니다. 내시경은 BGA 솔더 조인트뿐만 아니라 일반적인 방법으로 분석하기 어려울 수 있는 다양한 표면 실장 및 스루홀 실장 어셈블리를 검사하는 데 사용할 수 있습니다.

3. 엑스레이 검사

BGA의 가장 진보된 검사 방법은 X선 검사입니다. X선은 X선 튜브에서 기판으로 X선 에너지를 방출하여 작동합니다. X선은 다른 양으로 기판을 통과하며 더 많은 X선은 솔더 조인트와 같은 밀집된 영역에 갇힙니다. 그런 다음 X선이 감지기에 수집되어 가시광선으로 변환되어 이미지를 생성합니다.

이 이미지에서 솔더 조인트는 주변보다 어둡기 때문에 뷰어가 솔더 패턴을 볼 수 있습니다. 결과 이미지는 이상적인 보드에서 동일한 다크 서클의 균일한 그리드를 보여줍니다. 원은 솔더 조인트입니다.

X선 테스트 결과 볼 그리드와 솔더 패턴을 하향식 각도에서 쉽게 보고 검사할 수 있는 이미지가 생성됩니다. 보다 발전된 X선 검사 기술은 틸트 기능을 제공하여 다양한 각도에서 솔더 조인트의 모양을 분석할 수 있습니다. 이러한 이미지는 솔더 패턴 및 모양의 변화를 확인하는 데 특히 유용하므로 솔더 브리지, 팝코닝, 과잉 솔더 및 유사한 결함을 식별하는 데 좋은 기술입니다. 그러나 이 기술은 열림 감지에 좋지 않습니다.

내시경과 마찬가지로 X선 검사 기술은 BGA 검사 외에도 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다. 몇 가지 예에는 비아 및 스루홀 검사, 표면 실장 결함 분석 및 무연 솔더 검사가 포함됩니다.

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서로 결합하여 사용할 때 효과적이고 철저한 볼 그리드 어레이 검사 기술은 검사 단계를 통과하는 결함의 수를 크게 줄일 수 있습니다. 생산 공정에서 진행되는 결함의 양을 줄임으로써 기업은 값비싼 재작업 및 리콜의 발생을 줄일 수 있습니다. 그러나 품질 설계를 통해 BGA 결함을 피하는 것이 항상 이상적입니다. BGA, 검사 기술 및 BGA 결함 방지 방법에 대해 궁금한 점이 있으면 Millennium Circuits의 전문가에게 자세한 내용을 문의하십시오.

Millennium Circuits Limited(MCL)는 펜실베니아 중부에 위치한 업계 최고의 PCB 공급업체입니다. 우리의 목표는 최고의 PCB를 최고의 가격으로 제공하고 경쟁업체와 차별화되는 데 필요한 PCB 지식을 제공하는 것입니다. 10년 이상의 헌신적인 서비스, 다양한 수상 경력 및 전 세계적으로 400개 이상의 고객을 보유한 MCL은 신뢰할 수 있는 인쇄 회로 기판 회사입니다.

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