BGA 작업: 납땜, 리볼링 및 재작업

Jul 18, 2023

BGA(볼 그리드 어레이)에 대한 이전 기사에서 우리는 회로 기판을 설계하는 방법과 BGA 패키지에서 나오는 신호를 라우팅하는 방법을 살펴보았습니다. 그러나 보드를 설계하는 것과 칩을 보드에 납땜하는 것은 전혀 다른 일입니다. SMD 납땜에 대한 경험이 있다면 SOIC, TQFP 또는 QFN 패키지도 약간의 연습을 통해 끝이 가는 철을 사용하여 납땜할 수 있다는 것을 알게 될 것입니다. BGA의 경우에는 그렇지 않습니다. BGA를 올바르게 납땜하려면 몇 가지 특수 도구를 가져와야 합니다. 오늘은 장비에 많은 비용을 들이지 않고 보드에 칩을 장착하는 방법과 다시 제거하는 방법을 살펴보겠습니다.

BGA 기반 설계이든 다른 종류의 SMD 작업이든 대규모 생산의 경우 리플로우 오븐을 선택하는 도구입니다. 작업장에 배치할 수 있을 만큼 작은 리플로우 오븐을 구입할 수 있지만(또는 직접 제작할 수도 있음) 항상 상당한 공간을 차지합니다. 리플로우 오븐은 소규모 시리즈 생산에는 적합하지만 수리나 재작업에는 적합하지 않습니다.

더 작고, 저렴하며, 틀림없이 더 다재다능한 도구는 핫 플레이트입니다. 조리기구를 납땜용 열판으로 전환할 수도 있지만, 온도 조절이 가능한 용도에 맞게 특별히 제작된 것을 구입하는 것이 더 편리합니다. "예열기"라고도 알려진 이 장치는 일반적인 온라인 채널에서 100달러 미만의 가격으로 구입할 수 있습니다. 사용하기도 매우 쉽습니다. 보드를 위에 놓고 원하는 온도를 설정한 다음 납땜이 마법처럼 작동할 때까지 기다리기만 하면 됩니다.

핫 플레이트의 단점은 전체 보드를 한 번에 가열하므로 단일 구성 요소를 납땜하거나 납땜을 제거하려는 경우 이상적이지 않다는 것입니다. 이를 위해 열풍 납땜 스테이션을 사용할 수 있는 도구입니다. 전문적인 열기 스테이션은 수천 달러에 달하지만 온도와 공기 흐름을 조절할 수 있는 저급 모델을 100~300달러에 구입할 수 있습니다.

핫 플레이트와 열풍 납땜 스테이션도 매우 잘 작동합니다. 핫 플레이트를 사용하면 보드 전체를 약 150°C로 예열할 수 있으며, 열풍 건은 납땜할 부품에만 사용할 수 있습니다. 이는 실온에서 한 지점만 가열하는 것에 비해 보드의 열 스트레스를 줄여줍니다.

처음부터 시작하고 첫 번째 BGA 프로젝트를 위해 어떤 도구를 구입할지 궁금하다면 다음과 같은 조언을 따르십시오. 최소한 핫 플레이트를 구입하십시오. 조금 더 돈을 쓸 수 있다면 열풍 납땜 스테이션을 구입하세요. 가능한 최고의 도구 세트를 원한다면 둘 다 구입하세요.

오븐, 핫 플레이트, 핫 에어 스테이션 또는 이러한 도구의 조합을 사용하든 BGA 칩 납땜의 기본 단계는 동일합니다. 지난번에 설계한 49볼 ATmega164의 기본 설치 공간부터 시작해 보겠습니다.

첫 번째 단계는 SMD 스텐실을 사용하여 솔더 페이스트를 증착하는 것입니다. 오늘날 대부분의 PCB 제조업체는 보드와 함께 스텐실을 주문할 수 있는 옵션을 제공하며 이는 BGA 부품뿐만 아니라 모든 SMD 부품에 솔더 페이스트를 사용하는 경우 편리합니다. 스텐실을 보드에 맞춰 정렬한 다음(여기서 지그가 유용함) 스퀴지를 사용하여 필요한 영역 전체에 약간의 솔더 페이스트를 펴 바릅니다. 모든 패드에 고르고 균일한 페이스트 층이 만들어져야 합니다.

다음으로 구성요소를 배치하겠습니다. 핀셋이나 진공 픽업 도구를 사용할 수 있으며, 완전한 픽 앤 플레이스 기계(있는 경우)를 사용할 수도 있습니다. BGA 칩의 경우 구성 요소를 배치할 때 패드를 볼 수 없으므로 실크스크린에 패키지 윤곽선을 표시하는 것이 적절한 정렬을 얻는 데 많은 도움이 됩니다.

마지막으로 보드를 가열하여 솔더가 리플로우되도록 합니다. 오븐을 사용하는 경우 칩 제조업체의 데이터시트에서 권장하는 리플로우 프로필로 설정하기만 하면 됩니다. 핫 플레이트를 사용할 때는 필요한 최고 온도(무연 솔더의 경우 일반적으로 약 245°C)로 설정하십시오. 보드 하단과 상단 사이의 온도 변화를 고려하여 몇도 더 높게 설정하는 것이 좋습니다.

보드가 가열됨에 따라 표면 장력으로 인해 칩이 풋프린트에 맞춰 BGA 칩이 조금씩 움직이게 되지만, 일반적으로 솔더가 모든 곳에서 적절하게 녹았는지 확인하기가 어렵습니다. 칩만 리플로우하려는 경우에도 보드에 몇 개의 저항기나 커패시터를 배치하는 것이 편리합니다. 솔더가 제대로 리플로우되었는지 여부를 이러한 구성 요소에서 쉽게 알 수 있기 때문입니다.