BGA 부품의 SMT 조립 공정 핵심 요소

키워드: BGA 어셈블리

초대규모 집적 회로(IC)의 급속한 성장과 함께, 기존 패키지 유형은 전자 어셈블리 수요를 결코 충족시킬 수 없으며, 더 높은 집적도, 더 작은 보드 공간, 더 많은 I/O 수에 대한 증가된 수요로 인해 새로운 패키지들이 등장했습니다. 위에서 논의된 모든 새로운 형태의 패키지 중에서, BGA(볼 그리드 어레이) 패키지는 그 다양성 덕분에 가장 광범위한 적용 분야를 가진 주요 유형으로, 이전 패키지에서 나타났던 많은 제약을 극복합니다. 솔더링 기술 측면에서, BGA 패키지는 QFP(쿼드 플랫 패키지)와 같은 이전 패키지와 상당히 유사합니다. 그럼에도 불구하고, 핀이 솔더 볼로 대체되어 전자 어셈블리 분야에 혁명을 가져왔고 CSP와 같은 파생 패키지가 도입되었습니다. BGA 어셈블리 솔더링은 기존의 SMT(표면 실장 기술)와 통합되었으며 표준 SMT 어셈블리 장비를 사용하여 수행될 수 있습니다.

볼 그리드 어레이(BGA)는 구성 요소 아래쪽에 솔더 볼 연결부가 있는 표면 실장 패키징입니다. BGA는 다른 패키징 방법보다 더 높은 커넥터 밀도를 가지지만, 표면 실장 기술(SMT) 어셈블리에서 성공적으로 솔더링하기 어려울 수 있습니다.

SMT(표면 실장 기술)/SMD(표면 실장 소자) 실무자들이 피치 0.3mm의 QFP(쿼드 플랫 패키지)로는 SMT 품질 성취를 달성할 수 없다고 판단할 때, BGA(볼 그리드 어레이)의 사용은 어셈블리 결함을 상당히 줄입니다. 시스템 이론에 따르면, 공정 기술의 난이도를 낮추면 문제가 가능한 한 빨리 해결되고 제품 품질이 더 쉽게 통제되며, 이는 BGA 구성 요소 검사가 구현하기 어렵다는 점에도 불구하고 현대 제조의 개념과 일치합니다. 이 블로그에서는 실제 대량 생산을 통해 BGA 구성 요소에 대한 SMT 어셈블리 방법을 전방위적으로 검토하고 분석할 것입니다.

BGA 패키지 개요

장점

BGA 구성 요소는 다양한 이점을 제공합니다:

• 주변 리드 구성 요소보다 더 많은 상호 연결
• 주변 리드 구성 요소보다 더 작은 설치 공간
• 짧은 연결 길이
• 다이 및 와이어 본드 보호.

과제

그러나 BGA 솔더링은 공정상 문제를 제기합니다

• 솔더 조인트가 패키지 하단에 묻혀 있습니다.
• 조밀한 패키지 설치 공간이 솔더 페이스트 프린팅을 제한합니다.
• 대형 BGA의 열 질량이 프로파일링에 영향을 미칩니다.
• 보드 휨 및 공면도에 민감합니다.
• 견고한 BGA 솔더 접합부는 신중한 공정 제어가 필요합니다.

BGA 구성 요소에 대한 SMT 어셈블리 공정의 주요 특징

전처리

일부 BGA 구성 요소는 습기에 덜 민감하지만, 저온 베이킹이 해로운 영향을 미친다는 증거가 없으므로 모든 구성 요소는 125°C에서 베이킹해야 합니다. 이는 SMT 어셈블리를 준비 중인 베어 인쇄회로기판(PCB)에도 적용됩니다. 결국, 습기를 먼저 해결하면 솔더 볼 결함이 줄어들고 솔더 접착성이 개선될 수 있습니다.

솔더 페이스트 프린팅

제 어셈블리 전문 지식에 따르면, 솔더 페이스트 프린팅은 일반적으로 피치가 0.8mm 이상인 BGA 구성 요소와 피치가 0.5mm인 QFP 구성 요소에서 실행하기 쉽습니다. 그러나 일부 솔더 볼에 충분한 솔더 페이스트 프린팅이 이루어지지 않아 솔더링 변위 또는 단락이 발생하는 경우, 수동으로 주석을 수정해야 하는 상황이 있을 수 있습니다.

그럼에도 불구하고, 0.8mm 피치의 BGA 부품에 솔더 페이스트를 인쇄하는 것이 0.5mm 피치의 QFP 부품에 인쇄하는 것보다 쉽다고 여겨지지는 않습니다. 0.5mm 피치 QFP에 대한 수평 및 수직 인쇄의 차이는 기계적으로 설명될 수 있으며, 많은 엔지니어들이 이를 인지하고 있다고 여겨집니다. 따라서 특정 프린터는 45도 각도로 인쇄할 수 있습니다. 인쇄가 SMT 조립에서 중요한 역할을 한다는 관점에 따르면, 적절한 주의를 기울여야 합니다.

배치 및 장착

실제 조립 경험에 따르면, 물리적 특성으로 인해 제조 용이성이 높기 때문에 0.5mm 피치의 QFP 부품보다 BGA 부품을 장착하는 것이 더 쉽습니다. 그러나 SMT 조립 공정 전반에 걸쳐 우리가 직면하는 가장 큰 문제는 30mm 이상의 회로 기판에 부품을 배치하기 위해 고무 링이 있는 대형 노즐을 사용할 때 부품에 발생하는 진동입니다. 연구에 따르면, 이는 과도한 장착 강도로 인해 노즐 내부에 너무 많은 압력이 발생한 결과로 간주되며, 적절한 변경을 통해 제거될 수 있다고 여겨집니다. BGA 부품은 솔더의 표면 장력으로 인해 솔더링 과정에서 뚜렷한 자체 중심 정렬 효과를 가지므로, 일부 설계자는 BGA 패드 설계에서 네 모서리의 패드를 의도적으로 확대하여 자체 중심 정렬 효과를 더욱 뚜렷하게 만들어, 장착 위치가 이동되었을 때 BGA 부품이 자가 재설정될 수 있도록 합니다.

솔더링

열풍을 이용한 리플로우 솔더링은 SMT 조립 공정 내에서 특이한 절차이거나, 독특한 기술로 분류될 수 있습니다. BGA 조립 부품은 표준 곡선과 동일한 시간 및 온도 곡선을 가지지만, 리플로우 솔더링 측면에서 대부분의 기존 SMD와는 다릅니다. BGA 부품의 솔더 접점은 부품 본체와 인쇄회로기판 사이, 부품 아래쪽에 위치합니다. 이는 BGA 부품이 핀이 부품 본체 주변에 위치한 일반적인 SMD보다 솔더 접점의 영향을 훨씬 더 크게 받는다는 것을 의미합니다. 최소한, 일반 SMD는 가열된 공기에 직접 노출됩니다. 열저항 계산과 실제 사례는 BGA 부품 본체 중앙부의 솔더 볼이 열 지연, 중간 정도의 온도 상승, 그리고 낮은 최고 온도를 경험한다는 것을 보여줍니다.

검사

BGA 부품의 물리적 구조로 인해, 가시적 검사는 숨겨진 솔더 접합부의 검사 요구 사항을 충족시킬 수 없습니다. 따라서 기공, 공극, 단락, 누락된 솔더 볼과 같은 솔더링 결함을 감지하기 위해서는 X-선 검사가 필요합니다. X-선 검사의 유일한 단점은 높은 비용입니다.

재작업

BGA 부품의 광범위한 사용과 개인 통신을 위한 전자 제품의 채택으로 인해 BGA 재작업의 중요성이 커졌습니다. 그러나 QFP 부품과 달리, BGA 부품은 일단 회로 기판에서 분리되면 재사용할 수 없습니다.

이제 BGA 패키징 기술이 SMT 조립에서 표준이 되었으므로, 그 기술적 복잡성 수준을 결코 과소평가해서는 안 되며, 이 글에서 논의된 주요 측면들을 철저하고 정확하게 평가하고, 문제점들을 논리적으로 해결해야 합니다. 전자 제조 위탁업체나 조립업체를 선택할 때는 전문적인 생산 라인과 완전한 규모의 조립 능력 및 장비를 갖춘 곳을 찾아야 합니다.

BGA 조립 공정에서 정전기 보호와 BGA 부품 베이킹은 추가로 고려해야 할 요소입니다. BGA 부품은 일반적으로 정전기 보호 기능을 제공하는 특수 용기가 필요합니다. 인쇄회로기판 조립 공정 동안에는 장비 접지, 직원 관리, 환경 관리 등을 포함한 엄격한 정전기 보호 조치가 시행되어야 합니다.

결론

요약하자면, 볼 그리드 어레이 제품은 상당한 연결 밀도 향상을 제공하지만 독특한 솔더링 공정 문제를 가지고 있습니다. 정밀한 프린팅, 올바른 조립, 최적의 리플로우, 탄력적인 보드 설계, 취급 관리 및 포괄적인 검사를 위한 지정된 일곱 단계를 따름으로써 양질의 BGA 솔더 연결을 얻을 수 있습니다. 정교한 패키지가 발전함에 따라, 허용 가능한 수율과 신뢰성을 달성하기 위해서는 추가적인 공정 혁신이 필요할 것입니다. EFPCB는 전 세계 고객의 PCB 어셈블리 요청을 관리하는 다년간의 전문 지식을 바탕으로 BGA 어셈블리 구성 요소를 포함하여 거의 모든 유형의 부품을 회로 기판에 솔더링할 수 있습니다. 모든 새로운 형태의 패키지 중에서 BGA(볼 그리드 어레이) 패키지는 그 다양성으로 인해 가장 광범위한 적용 분야를 가진 주요 유형으로, 기존 패키지에서 나타나는 많은 제약을 극복합니다.