BGA(볼 그리드 어레이) 조립은 솔더링 조립 기술과 완전히 호환됩니다. 칩 스케일 BGA 피치는 0.5mm, 0.65mm, 0.8mm이며 플라스틱/세라믹 BGA는 1.5mm, 1.27mm, 1mm 등 더 넓은 피치. 미세 피치 BGA 패키지는 핀 패키지 IC보다 손상되기 쉽지만 BGA 부품은 I/O 핀 특정 요구사항 충족 위해 접점 선별적 축소 가능. SMT(표면 실장 기술) 조립에 적용되는 첨단 기술로 미세 피치 및 초미세 피치 기술에 부합하며 고밀도 상호연결을 신뢰성 있는 조립 기술로 달성해 적용이 급증하고 있습니다.
대부분 PCB/전자 제조사는 BGA 부품이 전자 조립에 적용되기 전까지 X-ray 검사 필요성을 크게 느끼지 못했습니다. 기존 검사법(MVI 수동 육안 검사, MDA 제조 결함 분석, ICT 인서킷 테스트, 기능 테스트)으로 충분하다고 여겼기 때문. 하지만 이들 모두 공동 솔더 조인트 이슈(공동, 콜드 솔더링, 불량 주석 접착)는 찾아낼 수 없습니다. X-ray 검사 시스템은 은닉 솔더 조인트 검사 가능이 검증된 도구로 제조 공정 확립/제어, 프로토타입 분석, 공정 확인에 도움. MDA, ICT, AOI(자동 광학 검사)와 달리 X-ray는 쇼트/오픈 회로, 공동, BGA 솔더 볼 정렬 확인, 공정 품질 모니터링, SPC(통계적 공정 관리)용 즉각적 피드백 데이터 제공으로 고제조 효율 달성.
X-ray 단층 촬영 장비는 솔더 조인트 이미지 캡처로 단층 이미지 생성 → 자동 솔더 조인트 분석 및 실시간 단층 스캔 구현. 게다가 PCB 양면 모든 부품 솔더 조인트 정확 비교 분석을 수 초~2분 내 완료 → 솔더 조인트 합격/불합격 판정.
X-ray 검사 시스템 효과적 활용 위해 BGA 조립 공정 제어 파라미터와 파라미터 제어 한계 명확화 필요. BGA 조립 공정 순서: (이미지 참조)
BGA 부품 융점 솔더 볼이 조립 공정 중 솔더 페이스트에 실장될 때 위치는 액체 솔더 주석의 자기 정렬(self-alignment)로 보정됨. 따라서 마운팅 정밀도는 미세 피치 리드 부품만큼 중요하지 않음. BGA 부품 조립 기술의 핵심 제어 단계는 솔더 페이스트 인쇄와 리플로우 솔더링. 솔더 조인트 모양/크기 변동도 기타 여러 요소와 연관.
모든 변동 제거 불가능하므로 제조 공정 관리의 핵심은 각 제조 단계 변동 감소. 서로 다른 변동이 최종 조립 제품에 미치는 영향 신중 분석 및 정량 처리. BGA 부품부터 PCB 조립 공정 전체 고려 시 솔더 조인트 품질 영향 핵심 요소:
어떤 검사 장비든 솔더 조인트 합격 판정 기준 필요. IPC-A-610C 12.2.12항에서 BGA 솔더 조인트 수용 기준 정의. 우수 BGA 솔더 조인트: 매끄럽고 둥글며 가장자리 명확, 공동 없음. 직경, 부피, 그레이스케일, 대비 모든 솔더 조인트 동일, 위치 정렬, 변위/뒤틀림 없음.
예시로 PBGA(플라스틱 볼 그리드 어레이) 부품 사용: 520핀, 크기 2"×2", 융점 솔더 볼, 노클린 플럭스 적용. 6시그마 공정 능력 분석으로 BGA 배치 정밀도, 솔더 조인트 오픈/쇼트 발생 확률 검증. 계산 전 가정:
표준 SMT 장비로 BGA 부품 마운트. 일반 마운팅 장비는 BGA 융점 솔더 볼 이미지 인식 가능. 배치 공정 능력: (이미지 참조)
위 데이터 기준 6시그마 공정 능력 시 최대 배치 편차 6.53mil. 패드 직경 28mil이므로 솔더 페이스트 용융 시 표면장력 유발 자기 정렬 중 배치 편차 무시 가능. BGA 부품 배치 공정은 6시그마 레벨 충족.
융점 솔더 볼 붕괴 부족으로 오픈 솔더 조인트 발생 경향. 520핀 PBGA 기준: 융점 솔더 볼 직경 30mil, 표준편차 500mil³(부피 참여), 부피 14,130mil³ 규격. BGA/PCB 패드 직경 28mil, 솔더 페이스트 두께 6mil. 리플로우 후 평균 솔더 조인트 부피로 결정된 솔더 본딩 서포트 평균 높이 약 24mil. 6시그마 능력 반영 솔더 볼 부피 변동: (이미지 참조)
리플로우 후 솔더 본딩 서포트 높이 19mil. 6시그마 공정 능력 시 솔더 페이스트 두께 4~8mil 측정. BGA 솔더 볼이 솔더 페이스트로 3mil 붕괴 → 계산 데이터:
최소 솔더 볼 하부 솔더 페이스트 두께 = 3mil
최소 붕괴 = 7mil
최소 통합 붕괴 = 10mil
오픈 회로 방지용 최소 안전 편차 = 2.2mil
위 변동 특정 범위 내 통제 시 BGA 리플로우 공정 6시그마 달성.
하지만 BGA 부품과 PCB 변형으로 리플로우 조립 중 솔더 본딩 높이 불일치 발생. BGA 부품과 PCB 패드 차이로 공정 변동 유발. 모든 변동 고려해도 오픈 솔더 조인트 여전히 발생. 따라서 X-ray 검사 시스템으로 오픈 솔더 조인트 결함 검사 활용.
동일 방법으로 솔더 조인트 쇼트 회로가 공정 능력에 미치는 영향 추정. 솔더 조인트 직경별 차이 존재. 측정 데이터 기준 6시그마 공정 능력 시 각 솔더 조인트 본딩 부피 12,800~19,250mil³ 범위. 최소 솔더 본딩 서포트 높이 15mil, 최대 솔더 본딩 직경 38.5mil. 50mil 피치 BGA 부품 시 솔더 조인트 브리징 발생 어려움.
효과적 BGA 조립 공정 제어 → 솔더 연결 변동 감소. 실제 조립 공정에서 다음 변동으로 공정 변동 발생 → 지속적 모니터링 필요:
솔더 페이스트 두께는 X-ray 검사 장비로 모니터링 가능. 솔더 조인트 모양과 일관성 기반 공정 변동 일정 수준 내 통제.
본 글은 PCBCart 편집자 Dora Yang 작성, SMT007 Magazine 2018년 5월호 원문 게재.
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