BGA 패키지의 Tin-Spray 공정 사용 시 발생하는 위험성과 대책

집적회로(IC) 기술이 발전하고 장비와 고정밀 PCB 제조 기술이 향상됨에 따라 소비자 전자제품은 더 가볍고, 얇아지며, 더 강력해지는 추세를 보이고 있습니다.

기존의 관통홀(through-hole) 또는 일반 SMT 부품으로는 더 이상 이러한 요구사항을 충족할 수 없게 되었습니다. 실리콘 칩의 집적도가 증가함에 따라 패키징 방식은 BGA(Ball Grid Array) 기술로 전환되었습니다.

BGA 패키징의 현황

BGA 패키지는 기존 방식에 비해 여러 장점을 제공합니다:

• 소형 면적 내 고밀도 I/O 핀 실장 가능
• 고주파 특성 우수
• 열적/전기적 특성 개선
• 저전력 소비

오늘날 대부분의 다핀(Multi-pin) 칩은 BGA 패키지를 사용하여 고밀도, 고성능 애플리케이션에서 최고의 선택이 되고 있습니다.

BGA 패키지를 찾을 수 있는 곳

일상적으로 사용하는 모바일 기기 메인보드, PC 메인보드, 그래픽카드 등의 전자제품에서 볼 수 있는 정사각형 형태의 흑색 칩이 바로 BGA 패키지입니다. 이러한 BGA 패키지는 매우 소형이며, 패키지 하부에는 고밀도로 배열된 다수의 칩 핀이 있습니다. 납땜부가 육안으로 확인 가능한 기존의 삽입 실장이나 표면 실장 부품과는 달리, BGA 패키지는 이러한 특수 부품의 성공적인 실장을 위해 적절한 설계와 공정이 요구됩니다.

BGA 솔더링 불량 주요 발생 원인

BGA 솔더링 불량의 주요 원인은 다음과 같습니다:

• 부적절한 솔더링 온도 관리
• 솔더 페이스트 품질 저하
• SMT 장비 정밀도 이상

특히 PCB 표면처리 공정 중 Tin-spray 방식 적용 시 발생하는 문제점이 자주 간과되고 있습니다.

BGA 패드의 Tin-spray 적용 시 위험성

다이어그램에서 보이는 바와 같이, 주석 도포된 BGA 패드에서 '과도하게 얇은 솔더', '과도하게 두꺼운 솔더', '편중된 솔더', '함몰된 솔더 포인트' 등의 불량이 발생할 수 있습니다. 이러한 불량들이 BGA 실장 시 어떤 문제를 야기할 수 있는지 살펴보겠습니다.

주요 문제점은 다음과 같습니다:

1. 솔더 포인트의 높이 편차로 인해 BGA 부품 실장 시, 두꺼운 솔더는 부품 핀과 정상 접합이 이루어지나, 얇은 솔더의 경우 미접합 또는 크랙이 있는 취약 접합이 발생하여 불량 또는 가납을 초래할 수 있습니다.

2. BGA 부품 실장 시 리플로우 온도에 의해 솔더 페이스트가 용융되면서, 과도하게 두꺼운 솔더 포인트의 여분 솔더가 BGA 패드 간 간격으로 흘러 들어가 쇼트를 유발할 수 있습니다.

해결책 및 권장사항

BGA 패드는 고밀도로 배열되어 있어 PCB 표면에 높은 평탄도가 요구되므로, 불균일한 솔더링 포인트를 방지하고 균일한 솔더링 표면을 확보하기 위해 ENIG 처리를 권장합니다. BGA 부품이 실장된 PCBA는 일반적으로 고가이므로 품질 확보가 최우선 고려사항입니다. 보드의 가치에 비해 ENIG 처리 비용은 크게 중요한 요소가 아닙니다.
JLC에서는 BGA 적용 시 ENIG 처리를 선택할 것을 엔지니어들에게 적극 권장합니다. BGA 솔더링 품질 문제는 수정이 매우 어렵지만, ENIG 처리는 우수한 솔더링 품질을 제공하고 고비용 재작업의 필요성을 최소화합니다.

결론

BGA 패드에 tin-spray 공정 대신 ENIG(무전해 니켈 침지 금도금) 처리를 선택하는 것이 현대의 고성능 전자제품에서 신뢰성 있는 고품질 접합을 보장하는 최적의 방안입니다. JLCPCB는 6층 이상의 기판에 대해 ENIG를 기본 사양으로 적용하고 있습니다!