볼 그리드 어레이(BGA): 개념, 중요성, 그리고 장점

볼 그리드 어레이(BGA)란?

BGA란 용어를 들어보셨을 겁니다. 무슨 뜻인지 모르겠다면 여기서 정리해드립니다. BGA(Ball Grid Array)는 표면 실장 기술(SMT)의 특정 유형입니다. 대부분 전문가들이 마이크로프로세서 등 다양한 디바이스를 영구 실장할 때 BGA 패키지를 씁니다. 기판과 디바이스 면 사이에 솔더 볼을 녹여 연결하는 방식입니다.

BGA가 듀얼 인라인(Dual In-line)이나 플랫 패키지(Flat Package)보다 더 많은 상호연결 핀을 제공할 수 있다는 사실, 아셨나요? 장점은 디바이스 전체 바닥면을 쓸 수 있어 주변부만 쓰는 것보다 훨씬 편리하다는 점입니다. 현대 전자제품이 다양한 기능, 소형화, 고성능, 경량화를 요구함에 따라 볼 그리드 어레이 외형이 대중화됐습니다.

또한 BGA는 여러 겹 중첩 층으로 구성되며, 1개에서 100만 개 이상의 멀티플렉서, 플립플롭, 로직 게이트 등 회로를 집적합니다. BGA마다 차이가 큽니다. 중앙에 연결이 없는 BGA도 있고, 패키지 바닥 전체에 핀이 있는 BGA도 있습니다. 피치가 크고 중앙 공간이 넉넉한 단순한 BGA는 브레이크아웃 패턴 없이 수동 라우팅이 가능합니다.

솔더 볼 정렬

BGA는 연결된 디바이스 바닥면 아래 격자 형태로 솔더 볼을 정렬합니다. 이는 구식 주변부 전용 패키지 타입이 디바이스 에지 따라 솔더 핀을 배치하던 것과 다릅니다.

이 접근법의 이점은 PCB 위에 훨씬 작고 콤팩트한 풋프린트를 남기며, 기존 주변부 실장 패키지 대비 우수한 전기·열 특성을 유도합니다. 전자제품 급속 소형화와 맞물려 이 포맷 인기가 크게 늘었습니다.

BGA의 이점들

PCB 공간 극대화

BGA 패키징 사용은 보통 부품 수 감소를 뜻합니다. 또한 작은 풋프린트가 커스텀 PCB 공간을 절약해줍니다. 이는 PCB 공간 효율성을 크게 높입니다.

열 성능 향상

또 다른 핵심 이점입니다. BGA 패키징 기반의 콤팩트한 PCB 크기 덕분에 열이 더 빠르고 쉽게 방출됩니다.

실리콘 웨이퍼를 위에 올리면 대부분의 열이 볼 그리드로 쉽게 전달됩니다. 실리콘 웨이퍼를 아래에 장착하면 웨이퍼 후면이 패키지 상단과 단단히 연결돼, 가장 효과적인 방열 방식 중 하나가 됩니다.

비용 절감

PCB 공간을 효율·효과적으로 쓰면 소재 절약과 열전기 성능 향상을 동시에 이뤄냅니다. 이는 각종 전자 부품 전반 품질을 보장하고 결함 위험을 줄이는 데 중요합니다.

전기 성능 향상

BGA 패키징의 환상적인 점은 부러지거나 휘어질 핀이 없어, BGA 패키징이 충분히 안정적이어서 대규모 전기 성능을 보장할 수 있다는 것입니다.

BGA 사용 증가

BGA 사용은 매우 합리적입니다. 꽤 직관적이기 때문입니다. 반면 다른 기술들은 나름의 문제들을 안고 있었습니다. 예컨대 전통 쿼드 플랫 팩(QFP) 스타일 패키지는 매우 촘촘하고 얇은 핀들을 가졌습니다. 이 구성은 여러 심각한 어려움을 낳습니다.

손상

QFP 핀들은 매우 얇습니다. 그래서 전문가들이 이 핀 위치를 매우 정밀하게 제어해야 합니다. 결과적으로 사소한 취급 실수도 핀 변위를 유발하고, 한번 변위되면 복구 매우 어렵습니다.

납땜 공정

QFP 핀 간격이 극도로 촘촘해 납땜 공정도 정교하게 제어해야 합니다. 그렇지 않으면 컨택트가 쉽게 브리징(Bridging)됩니다.

BGA를 여러분 설계에 어떻게 쓸지, 우리가 어떻게 어셈블리에서 BGA와 작업하는지 궁금하면 연락 주십시오.