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BGA IC 납땜기술

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X-ray 검사기 개요
납땜 양불 판정 기준
Repair Process
최대 관심 항목 : Void
Void
void 는 신뢰성에 큰 영향이 없다. 반면 Process의 parameter개선은 필요하다.
발생 원인
flux 가 빠져나갈 충분한 시간 부족
circuit board 상의 오염물
X-ray 영상에서는 실제 Size 와 다르게 나타남.
정확한 치수는 기준 샘플과 비교 측정해서 구함.
정확한 치수 측정보다는 원인을 찾아 요인을 제거하는 것이 경제적.
Source of void
solder ball 자체(공기, 오염물 등)
Reflow (Flux, ball 과 PCB 면 사이에서 주로 발생)
board design (Via in pad- 공기 확장으로)
Void 발견 위치
주로 중간에서 상단 사이, 밑에서 발생해서 위로 빠져나가다 시간부족으로 붙잡힘 (온도 PROFILE중요)
Collapsible ball - 210 ~ 230 도
noncollapsible ball - 302도(90% Pb, 10 Sn) - 발생빈도 낮다.
Void 의 영향
기계적 강도 저하, 열 전달률 저하, 전류 저항 증가
큰 void에서 보통의 사이즈의 void로 관리하면 약간 신뢰성이 증가하는 것으로 보고됨.
X-ray 검사
laminography 방식은 고가이지만 void 위치 파악이 쉽다.
transmission 방식은 tilting 기능 사용하여 위치 파악 하면됨.
X-ray 검사 계측의 주의사항
Voltage Blooming(Phosphor Blooming)
대책, Anti-blooming film 이용
기준 샘플과 비교 측정
Void
Void 의 제거
통상 BGA IC의 Ball 에는 Void 가 거의 없음
Reflow 의 time-temperature profile 최적화
Flux 양,type,특성 최적화
Void 의 제거
Void 양불 판정 기준
ball size, pitch>작아짐 ; 지속적 불량 증가
하단 [표] 참조
Void 양불 판정 기준
Location of Void Class Ⅰ Class Ⅱ Class Ⅲ
Void in ball (dimple)%Dia. / % area 60% of dia=36% of area 45% of dia=20 1/4% of area 30% of dia=9% of area
At interface of ball and substrate% Dia. / % area 50% of dia=25% of area 35% of dia=12 1/4% of area 20% of dia=4% of area
[표] Voids in Ball at Interface
Solder bridge
reflow condition 이 상 → solder spattering → bridging solder ball 이상 과대 → bridging
Opens
BGA IC ball 자체에 냉납 > nonwetting > open
주변 ball 보다 가운데 ball 이 작아서 → open
통상 ball 지름이 양품 보다 작게 관측됨
Cold solder
Reflow profile 불량 → Land 와 ball 접촉이 불안정 →
기계적 접착력 약화, 전기 특성 열화, 간헐적 동작 불량 유발
참고,열 부족 → Cold solder, 열 과잉 → solder splattering > bridge, solder balls
불량 과 프로세스 개선
- 불량 검출 정보 → 수율 및 품질 향상에 이용
보통 Visual 검사를 통해 → Process 불량 해결을 위한 단서를 확보함.

- 정성적 분석으로,
먼저 사각 Edge 의 Stand-off 가 적절해야 하고, Ball 의 형상과 size 가 균일 해야함.

- 정량적 분석이 필요하면,
stand-off 는 레이저나 touch-probe sensor를 활용한다.

- ball 지름
reflow 후 팽창 표준치 관리 BGA 의 pad 면의 검사를 위해서는 각을 주어 돌려본다.
정량적 계측 S/W는 꼭 필요하지는 않지만 유용하다.
정량적 계측 값의 추이로부터 프로세스 추이를 유추 가능함.
Insufficient/Uneven Heating
repair 시 , 다층 PCB, 양면 PCB 의 BGA 뒷면에 방열판(설계 불량)
→ Insufficient/Uneven Heating, misalignment 야기
Solder bridge
Component Defect
잘못된 부품 취급 →
popcorning(수분), warpage(휨)
Component Defect
잘못된 부품 취급 → popcorning(수분), warpage(휨)