SMT BGA 설계 및 조립 공정: BGA 불량 및 불량 분석 사례

이 기사에서는 BGA 부품 조립과 관련하여 발생할 수 있는 조립 이상 현상을 식별합니다.. 실장 구조의 특성과 BGA 단자로 사용되는 솔더볼의 변형과 관련된 공정 후 불량에 대해 설명합니다.. 많은 경우, 기능이 연결점 오류로 인해 발생한 경우, 커넥터의 금속 조직학에 대한 특별한 논의가 필요합니다.. 최종 연결점 구조도 분석됩니다..

1.솔더 레지스트 정의 BGA 조건

BGA 패드는 두 가지 방식으로 정의됩니다.: 솔더 레지스트의 정의 (SMD), 패드 크기가 솔더 레지스트의 개구부보다 큰 경우, 리플로우 솔더링 후 용융된 BGA 솔더 볼이 솔더 레지스트에 접촉하도록 허용; 그리고 에칭 또는 Non-Solder Resist Defined라는 또 다른 방법 (NSMD), 솔더 레지스트 개구부가 구리 패드보다 큰 경우, 리플로우 솔더링 후 솔더 볼이 솔더 레지스트에 접촉하지 않도록 합니다.. 섹션 보기 1.1 그리고 1.2 자세한 내용은.

1.1 솔더 레지스트 정의와 비교. 정의되지 않은 패드

1.2 제품 보드의 솔더 레지스트 정의 패드

SMD 패드는 패드 크레이터링의 결함을 최소화하는 데 도움이 될 수 있으므로 솔더 레지스트 정의 패드는 중요하지 않거나 기능적인 해당 핀에 사용할 수 있습니다.. 하지만, 솔더 레지스트 정의 연결은 추가 응력 시작 지점을 생성하므로 인터포저 기판 및 PCB 패드에서는 피해야 합니다..

솔더 레지스트 정의 패드의 주요 단점은 SMD에 의해 생성된 응력 집중에 있습니다. (솔더 레지스트의 정의) 솔더 조인트, 이는 솔더 접합 불량의 원인이 되며 신뢰성을 떨어뜨립니다.. 포인트에 표시된 대로 3 아래에, 동일한 솔더 조인트 높이에 대해, Non-Solder Resist Defined 사용시 피로수명계수 (NSMD) 추정치만큼 증가 1.25 에게 3 SMD 패드와 비교한 시간, 더욱 엄격한 부하 조건에서 더욱 향상된 성능 제공.

SMD 패드에는 세 가지 주요 단점이 있습니다.

• 상부 분리를 유발하는 기판 면적 감소
• 패드 크기 정확도 손실
• 신뢰성 감소, 솔더 조인트의 조기 불량 원인이 되기 때문입니다.

2.BGA 솔더볼의 과도한 붕괴

성형된 BGA 솔더 볼은 일반적으로 원래 크기인 750μm에서 약 625μm로 붕괴됩니다.. 패키지가 보드에 납땜된 후, 솔더 볼은 약 500μm까지 붕괴됩니다.. 하지만, 패키지 내부에 방열판이나 열 블록이 있는 경우, 솔더 볼은 300μm까지 붕괴될 수 있습니다.. 솔더볼이 평평해지면, 제한된 솔더 높이와 솔더 조인트의 유연성으로 인해 신뢰성이 떨어집니다.. 또한, 솔더 볼의 확장이 예상되는 피치 갭을 초과할 수 있습니다.. 더 나은 근사치는 약 의 초기 리플로우 감소입니다. 10% 키; 방열판의 무게가 추가됨, 이 숫자는 다음과 같이 증가할 수 있습니다. 25% 원래 높이보다 (솔더볼 직경). 연결 패드의 패턴과 솔더 레지스트의 간격도 분석에 중요한 역할을 합니다.. 이 상황의 극단값은 섹션에 표시됩니다. 2.1 에게 2.4.

2.1 히트싱크가 없는 BGA 솔더볼, 300μm 유지 높이

2.2 방열판이 있는 BGA 솔더볼, 375μm 유지 높이

2.3 방열판이 있는 BGA 솔더볼, 300μm 유지 높이

2.4 중요한 솔더 페이스트 조건

증착된 솔더 페이스트의 양은 성형된 BGA 연결에 도움이 되지만 우수한 솔더 조인트 형성에는 그다지 중요하지 않습니다., 솔더 볼 자체가 솔더 소스로 작용할 수 있기 때문입니다.. 하지만, 세라믹 BGA용 (CBGA), 충분한 솔더 페이스트를 증착하는 것이 매우 중요합니다.. 890μm CBGA의 경우, 솔더 페이스트의 권장량은 0.12mm³입니다., 적어도 0.08 mm³. 솔더 페이스트가 충분히 증착되지 않은 경우, 섹션에 표시된 대로 3.1, 솔더 조인트의 신뢰성에 문제가 있을 수 있음. 패키지 터미널의 솔더 양은 솔더 조인트에 영향을 미치지 않으므로 고온 솔더 볼이나 포스트에 솔더를 추가해야 합니다..

2.5 과도한 두꺼운 페이스트 증착

2.6 X-Ray 및 절편을 통한 보이드 감지

투과 X-레이는 보이드의 존재를 감지할 수 있습니다. (밝은 영역) 및 관련 X-Y 위치. 이 기술은 고르지 않거나 누락된 솔더 볼도 감지할 수 있습니다. (다양한 어두운 이미지 직경), 그 예는 섹션에 나와 있습니다. 2.7. 하지만, 수직을 결정하려면 X-ray 절편이 필요합니다. (Z축) 솔더 조인트의 보이드 위치.

2.7 보이드 및 고르지 못한 솔더볼

BGA에서 보이드가 형성되는 데는 여러 가지 이유가 있습니다.. 더 일반적인 보이드가 섹션에 표시되어 있지만 2.7, 보이드는 신뢰성 위험을 초래하지 않습니다.. 섹션에 표시된 것과 같은 보이드 2.8 견딜 수 있다 1000 열주기 (충격 없음, 0-100℃). 일부 테스트에서도, 보이드는 피로 수명 결과를 감소시키지 않습니다., 솔더 조인트의 과도한 보이드는 설계 문제를 나타냅니다., 프로세스, 또는 재료. 제품 신뢰성도 검증해야.

2.8 달걀 껍질 공허

3.BGA 기판의 변형 및 왜곡

일반적인 어셈블리 리플로우 공정에서, 성형된 BGA는 휘어지는 경향이 있습니다.. BGA 기판이나 제품 PCB에 Warpage가 발생할 수 있습니다.. 그 결과 응력을 받은 솔더 조인트가 개방 또는 단락 회로 상태가 됩니다.. 온도 (리플로우 프로파일), BGA 구조, 솔더 페이스트 볼륨, 냉각 조건은 모두 잠재적인 결함을 가져옵니다. 코너 솔더 볼 단락은 BGA 변형을 나타냅니다., BGA 패키지의 모서리가 안쪽으로 휘어짐 (우는 BGA).

기판 하향 굽힘으로 인해 인접한 및/또는 반대편 BGA 모서리 사이에서 솔더 단락이 발생합니다. (우는 얼굴), 코너 솔더 볼에 스트레스를 가함. 동일한 현상으로 인해 모서리에서 멀리 떨어진 솔더 볼이 장착 기판에서 멀어지게 됩니다., 기질이 우는 얼굴에서 웃는 얼굴로 바뀌면서, 섹션에 표시된 대로 3.1 그리고 3.2. BGA 기판과 칩이 얇아지면서, 패키지의 변형도 증가합니다.. 견고한 SMT 프로세스를 갖추려면, 연결 패드에 충분한 솔더 페이스트가 추가되었는지 확인하는 것이 좋습니다.. 솔더 브릿지나 비드와 같은 추가 결함이 발생하지 않도록 이 프로세스를 면밀히 모니터링해야 합니다..

3.1 BGA 인터포저 기판 변형

코너 솔더 볼의 개방 회로는 BGA 변형을 나타냅니다., 패키지 모서리가 위쪽으로 들어 올려진 상태. 이 개방 회로, 섹션에 표시된 대로 3.2, 추가 솔더 페이스트 볼륨을 사용하여 최소화할 수 있습니다..

3.2 인터포저 기판 변형으로 인한 솔더 조인트 개방 회로

과도한 솔더 페이스트를 적용하는 것은 이 문제에 대한 해결책이 아닙니다.. 강력한 프로세스를 구축하려면 근본 원인을 식별하고 이상 원인을 해결하는 것이 더 중요합니다.. 보드에 솔더 페이스트를 증착하기 위해 스텐실 개구부를 수정하는 것은 공정이나 부품 조건을 변경할 수 없는 경우 코너 개방 회로를 수정하기 위한 솔루션으로만 고려해야 합니다., 예를 들어 리플로우 프로세스가 최적화되었는지 여부, BGA 패키지 또는 BGA 인터포저 기판은 재설계할 수 없습니다., 또는 제품 보드를 재설계할 수 없습니다.. 추가적으로, 이상 현상은 계속해서 발생할 가능성이 높다, 프로세스를 변경하기 전에, 납땜 및 부품 재고를 고려해야 합니다.. 코너 솔더 볼 개방 회로를 수정하기 위해 과도한 솔더 페이스트를 사용하기로 결정한 경우, 솔더 브리지나 비드와 같은 추가 결함이 발생하지 않도록 이 프로세스를 면밀히 모니터링합니다..

솔더 조인트 조건

다음, 실장 구조 및 인터포저 기판과 관련된 솔더볼의 조건에 대해 논의합니다.. 각 사례에 대해, 이 상태의 원인에 대한 설명이 제공됩니다..

4.1 타겟 납땜 조건

4.2 과산화된 솔더볼

4.3 습윤성의 징후

4.4 발견된 조건

4.5 주석/납 솔더볼 평가

4.6 SAC 합금

4.7 콜드 솔더 조인트

4.8 패드 오염으로 인한 불완전한 접합

4.9 변형된 솔더볼로 인한 오염

4.10 변형된 솔더볼

4.11 적절한 조인트 형성을 위한 불충분한 솔더 및 플럭스

4.12 터미널 접촉면적 감소

4.13 솔더 브리지

4.14 불완전한 솔더 리플로우

4.15 건식 솔더 조인트

4.16 비습식 솔더 조인트 개방 회로

4.17 베개 효과 솔더 조인트 (깡충깡충 뛰다)