BGA 검사: 자동 vs. 수동

볼 그리드 배열(BGA) 패키지는 소형 설계와 뛰어난 전기적 성능 덕분에 고밀도 전자 장치 조립에서 널리 사용됩니다. 하지만 BGA의 솔더 조인트는 패키지 아래에 숨겨져 있어 검사가 매우 까다롭습니다. BGA의 신뢰성을 보장하려면 적합한 검사 방법을 선택하는 것이 필수적입니다. 이 글에서는 수동 검사와 자동 검사 방식을 비교하고, 각각의 장점과 단점, 그리고 활용 사례를 살펴봅니다.

BGA 검사의 중요성

부품이 제대로 작동할 수도 있지만, 처음부터 작동하지 않을 수도 있습니다. BGA 검사는 솔더 볼의 정렬 불량, 불충분한 납땜, 브리징, 공극 등과 같은 결함을 식별하는 데 필수적입니다. 이러한 결함은 PCB의 성능을 저하시켜 신호 손실, 과열, 기계적 고장을 초래할 수 있습니다. BGA 조인트가 보이지 않는 구조이기 때문에, 검사를 위해서는 전문 장비와 기술이 필요합니다. PCB는 생산 과정 전반에 걸쳐 여러 번 검사해야 합니다:

• 솔더 페이스트의 양 분석
• 솔더 결함 탐지
• 부품 위치 확인
• 기판 휘어짐(워페이지) 검사
• 보드 두께와 치수 확인
• 단선, 버(burr), 솔더 브리징, 작은 구멍, 흠집 등 발견

이러한 검사를 통해 단락이나 잘못 배치된 부품 같은 결함을 조기에 발견할 수 있습니다. 또한, 설계 단계에서 발견되지 않았던 오류를 찾아낼 수도 있습니다. 결함이나 설계상의 문제를 발견하면 기술자가 이를 바로잡고, 이후 동일한 실수를 방지하기 위한 개선책을 마련할 수 있습니다.

검사 방법은 어떻게 결정될까?

사용할 수 있는 검사 방법이 다양하기 때문에, 각 PCB에 적합한 기법을 선택하려면 다음 네 가지 요소를 고려해야 합니다:

1. 결함 종류: 제조업체나 고객이 중점적으로 발견하려는 특정 결함의 유형.
2. 예산: 일부 방법은 다른 방법보다 비용이 저렴하거나 고가일 수 있음.
3. 검사 속도: 일부 기술은 검사 속도가 빠르며, 대량 생산이 필요한 경우 자동화된 기술이 더 적합함.
4. 설계 복잡성: 여러 개의 BGA가 포함된 고밀도 회로 기판은 자동화된 시스템에서 더 큰 효과를 발휘함.

수동 검사 기법

단순한 PCB나 예산이 제한된 경우, 수동 시각 검사가 적합합니다. 여기에는 수동 X선 검사와 광학 현미경 검사가 포함됩니다.

1.수동 X선 검사

작업자는 X선 장비를 사용하여 BGA 패키지 아래의 솔더 조인트를 관찰합니다. 이 방법은 공극, 브리징, 정렬 불량 등의 결함을 발견할 수 있지만, 결과를 정확히 해석하려면 숙련된 기술자가 필요합니다.

2.광학 현미경 검사

BGA 검사에서 흔히 사용되지는 않지만, 주변 솔더 조인트나 표면 정렬을 검사할 때 유용할 수 있습니다. 소량 생산에 매우 경제적인 방법으로, 숙련된 작업자가 세부적인 결함을 확인할 수 있습니다. 그러나 시간 소모가 크고 작업량이 많아 인적 자원에 크게 의존하며, 작업자의 숙련도에 따라 결과가 달라질 수 있습니다.

자동화 검사 기법

자동화 검사는 고급 장비와 소프트웨어를 활용하여 BGA를 빠르고 정밀하게 평가합니다.

1.자동 X선 검사 (AXI)

AXI 시스템은 고급 이미징 알고리즘을 사용해 솔더 브리징, 공극, 불완전한 조인트와 같은 결함을 자동으로 탐지합니다. 이 기법은 검사 속도를 크게 향상시키고 일관된 결과를 제공합니다. 또한, 비파괴 방식으로 시간을 절약하면서 미세한 결함까지 식별합니다. 자동화 및 데이터 관리 시스템과 통합되어 워크플로 효율을 개선하고 수작업을 줄이며 데이터 기반 개선을 가능하게 합니다.

2.자동 광학 검사 (AOI)

AOI는 PCB 제조 과정에서 기판을 다양한 단계에서 시각적으로 검사하는 기법입니다. 고해상도 카메라를 사용해 부품 누락, 휘어진 부품, 납땜 결함, 단락 등의 품질 문제를 식별합니다. 이 시스템은 LED, 적외선, 자외선, 형광 조명을 활용해 다중 이미지를 캡처할 수 있습니다.

3.열화상 검사

PCB의 열 분포를 평가하여 열 방출과 관련된 납땜 결함을 찾아내는 기법입니다.

4.자동 레이저 검사 (ALT)

ALT는 납땜 페이스트의 형상과 높이를 측정하는 기법입니다. 레이저 빔을 납땜 표면에 비춰 반사각을 측정하여 페이스트의 높이와 반사율을 계산합니다. 이를 통해 페이스트의 방향, 점도, 청결도와 같은 정보를 실시간으로 수집할 수 있습니다.

자동 광학 검사(AOI)의 장점과 단점

제조 과정 초기에 결함을 발견하면 수정 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 또한, 대량 생산 중 동일한 결함이 반복되는 문제를 방지하여 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

장점:

• 빠르고 신뢰할 수 있어 대량 생산에 적합함.
• 작업자 숙련도에 대한 의존도가 낮음.
• 항상 높은 정확도를 유지함.

단점:

• 초기 도입 비용이 높음.
• 정밀한 보정과 지속적인 유지 관리가 필요함.
• 수동 점검 없이 특정 결함을 놓칠 가능성도 있음.

결론

수동 검사와 자동 검사는 각각 BGA 품질 관리에서 중요한 역할을 합니다. 수동 검사는 소규모 작업에 유연하고 비용 효율적인 해결책을 제공합니다. 반면, 자동화된 시스템은 대량 생산에서 속도, 일관성, 확장성을 제공합니다. PCB 제조업계에서는 기판의 복잡성, 생산 속도, 요구되는 검사 수준에 따라 가장 적합한 자동화 방식을 선택합니다.

수동과 자동 검사를 적절히 조합하면 최상의 결과를 얻을 수 있습니다. 이러한 조합은 현대 전자 조립 공정에서 높은 신뢰성과 성능을 보장합니다. 올바른 검사 방법을 선택하면 제조업체는 BGA 결함을 효과적으로 해결할 수 있으며, PCB 생산 과정에서 높은 품질 기준을 유지할 수 있습니다.