볼 그리드 어레이(BGA)는 오늘날 가장 널리 사용되는 패키징 기술 중 하나입니다. 높은 핀 수, 작은 크기, 그리고 우수한 전기적 성능이 특징입니다. 하지만 이 기술은 납땜 품질 검사라는 큰 과제를 안고 있습니다. 일반적으로 우리는 엑스레이 검사 BGA 납땜 문제를 감지하는 과정에서 몇 가지 일반적인 BGA 납땜 문제를 발견했습니다. 이 글에서는 각 문제의 원인과 해결 방법을 하나씩 살펴보겠습니다.
6가지 일반적인 BGA 납땜 문제
솔더볼 브리징
솔더볼 브리징 인접한 솔더 볼이 서로 연결되어 의도치 않은 단락을 일으키는 상황입니다. 이는 BGA 조립 과정에서 자주 발생하고 동시에 많은 문제를 야기하는 문제 중 하나입니다. 솔더 볼 브리징의 주요 원인으로는 솔더 페이스트의 과다 공급, 잘못된 솔더 페이스트 인쇄 방법, 부품의 부적절한 위치, 그리고 리플로우 공정 중 부적절한 프로파일 등이 있습니다.
솔더볼 누락
솔더 볼 누락은 솔더 볼이 의도치 않게 없거나 변위된 것을 말합니다. BGA 패키지, 이는 부적절한 전기 연결 및 정전을 유발합니다. 이 결함은 쉽게 식별할 수 있으며 BGA 어레이의 X선 검사 시 더욱 명확하게 드러납니다. 솔더 볼 누락의 가능한 원인은 열 피로, 사용된 솔더 또는 기타 재료의 품질 저하, 볼의 부적절한 배치, 그리고 솔더 볼이 인쇄 회로 기판의 비아를 통과하는 것 등입니다.
머리 베개 결함
헤드인필로우는 솔더볼이 완전히 결합되지 않는 부분 연결 문제입니다. PCB 패드단면에서 베개에 머리를 기대고 있는 것처럼 보입니다. 이 결함은 일반적으로 BGA 패키저 또는 PCB의 휘어짐, 솔더볼 또는 패드의 산화, 리플로우 온도 또는 시간, 또는 둘 다에 기인합니다.
솔더 조인트의 공극
BGA 솔더링에서 흔히 발생하는 또 다른 문제는 솔더 조인트 보이드입니다. 이는 솔더 조인트 내부의 기포 또는 공동을 의미하며, 크기가 클 경우 조인트의 신뢰성을 위협합니다. 어느 정도의 보이드는 허용되는 것으로 간주되지만, 허용 범위를 초과할 경우 문제가 될 수 있습니다. 이러한 문제를 일으키는 원인으로는 PCB 또는 기타 부품의 가스 방출, 플럭스 포집, 그리고/또는 리플로우 공정 사용 시 잘못된 프로파일 등이 있습니다.
솔더볼 붕괴
솔더볼 붕괴는 BGA 솔더링에서 흔히 발생하는 문제 중 하나로, BGA와 PCB 사이의 간격이 필요 이상으로 좁아지는 현상을 말합니다. 이로 인해 단락 및 기계적 이완 현상이 발생할 수 있습니다. 솔더볼 붕괴를 유발하는 주요 요인으로는 리플로우 공정의 과도한 온도 또는 시간, 잘못된 양의 솔더 페이스트 사용, 그리고 리플로우 공정 중 지지력 부족 등이 있습니다.
솔더볼 시프트
솔더볼 이동은 BGA 솔더볼이 특정 방향으로 기울어지는 현상으로, 이로 인해 볼과 PCB 패드 사이의 정렬이 불완전해집니다. 이러한 결함은 전기적 성능에 영향을 미치지는 않지만, 저희가 아는 한 납땜 안정성을 약화시킬 수 있습니다. 솔더볼 이동은 배치 작업 시 정렬 불량, 습기로 인한 솔더볼 이동, 열 팽창 및 수축 미세 이동 제어 불량, BGA 부품 품질, 그리고 설계 단계에서 제대로 설계 및 일치하지 않은 패드 레이아웃 및 치수 등이 원인일 수 있습니다.
BGA 납땜 결함을 방지하기 위한 제안
- 사용하는 솔더 페이스트가 신선한지, 페이스트가 제대로 혼합되었는지, 적용이 적절한지, 부품이 제대로 배치되었는지 확인하세요.
- 플라스틱 캡슐화용 PBGA납땜하기 전에 100°C에서 6~8시간 동안 건조하는 것이 좋으며, 질소가 더 선호됩니다.
- 리플로우 온도 프로파일 또한 중요한 요소입니다. 온도를 변경할 때는 온도를 점진적으로 높이거나 낮추어 부품이 균일하게 가열되도록 해야 하며, 특히 납땜 과정에서는 더욱 그렇습니다. 납땜 영역에서는 모든 솔더 접합부가 완전히 녹아야 합니다. 온도가 충분하지 않으면 콜드 솔더 조인트두 번째 붕괴 단계에서 접합 표면이 거칠어지거나 융착이 불완전해질 수 있습니다. 이로 인해 PCB 표면에 도포된 솔더 페이스트와 부품의 솔더 사이에 균열이 발생하여 솔더 접합이 불량하거나 '차가운' 상태가 될 수 있습니다.
- 적정량의 솔더 페이스트를 도포합니다. 솔더 페이스트의 점도는 부품을 일시적으로 고정하고 용융 단계에서 솔더 브릿지 형성을 방지하는 데 도움이 됩니다. BGA 스텐실의 경우, 솔더 접합부의 개구부 크기는 일반적으로 패드 크기의 70~80%이며, 스텐실 두께는 일반적으로 약 0.15mm(6mil)입니다.
- PCB의 모든 패드는 동일한 크기로 설계해야 합니다. 패드 아래 설계가 필요한 공정이 있는 경우, 적절한 PCB 제조업체를 선택해야 합니다. 패드 위치는 적절하게 드릴링해야 하며, 패드 크기를 너무 크게 하면 안 됩니다. 비아를 너무 작게 드릴링하면 크고 작은 패드를 납땜한 후 솔더의 양과 높이가 증가하기 때문입니다. 결과적으로 연결이 약해지거나 단선될 수 있습니다.
- 또한, PCB 제조 공정에서는 솔더 마스크 문제를 주의해야 합니다. BGA 솔더링 전에 패드를 둘러싼 솔더 마스크가 적합한지, 그리고 비아에 배리어 필름이 도포되었는지 확인하십시오.
최종 생각
이 글에서는 몇 가지 일반적인 BGA 솔더링 문제를 나열하고 이를 방지하기 위한 몇 가지 제안을 제시합니다. 이러한 조치를 통해 제조업체는 BGA 솔더링 결함을 크게 줄이고 전반적인 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 전자 산업이 끊임없이 발전함에 따라 이러한 BGA 솔더링 문제 해결은 품질 관리 및 제품 개발에 있어 여전히 중요한 요소입니다.
