BGA IC 패키징 기술의 5가지 장점 이해하기

BGA는 IC를 PCB에 실장하기 위한 방법 중 하나입니다. 쉽게 말해서, IC는 직접회로 즉 우리가 흔히 칩이라고 부르는 반도체들 입니다. 그리고 PCB는 우리가 흔히 보는 전자기기의 기판을 말하는 것입니다. 이 칩들을 기판에 장착하는 방법에는 여러가지가 있고, 여러가지 규격들이 있는데, 현재 흔히 사용되는 대표적인 장착 방식에는 DIP, SOP, QFP, QFN, BGA등이 있습니다.

BGA가 무엇인지 핵심을 알아보자

BGA는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array)의 약자입니다. 작은 솔더(납땜) 볼을 격자로 정렬해 사용하여 반도체 다이를 PCB에 연결하는 집적 회로용 표면 실장 패키징 유형입니다. IC를 PCB에 장착하는 방법에는 PCB에 구멍을 뚫고 그 구멍에 핀을 삽입하는 방식, 또는 표면에 회로 노선 역할을 하는 구리 등의 전도체의 일부를 노출시키고 그 표면에 직접 납땜을 하는 방식 등이 존재합니다. 이 BGA는 표면에 직접 납땜을 하는 방식중 하나입니다.

<사진 출처: Infineon https://www.infineon.com/cms/en/product/packages/PG-BGA/PG-BGA-416-24/>

위의 사진에서 볼 수 있듯이, BGA 패키지의 밑면에는 IC 다이와 PCB 사이의 연결을 만드는 데 사용되는 격자 배역의 금속 남땜 볼들이 있습니다. 볼은 일반적인 납땜의 주재료인 주석-납 합금이나 순수 주석 등을 재료로 해서 만들어집니다. 다른 패키징 방식이 핀을 사용해 접점을 만들거나 금속면을 납땜하는 방식으로 접점을 만드는 데에 비해 BGA방식의 패키지는 솔더 볼을 이용한다는 점이 차이점입니다.

BGA의 장점

BGA 패키지는 전통적인 DIP(Dual In-Line Package)방식, 또는 SOP(Small Outline Package), 심지어 QFP(Quad Flat Package), QFN(Quad Flat No-leads)과 같은 다른 패키징 방법에도 장점이 있습니다. BGA 패키지의 장점을 알아보도록 하겠습니다.

• 다이와 PCB 사이에 더 많은 연결을 제공한다.
• 더 빠른 데이터 전송 속도를 가진다.
• 더 나은 신호 무결성을 가진다.
• 열 및 기계적 스트레스에 대한 내성이 더 강하다.
• 고성능 애플리케이션에 더 적합하다.

BGA의 종류

BGA 패키지에는 PBGA(Plastic Ball Grid Array)와 CBGA(Ceramic Ball Grid Array) 두 가지 유형이 있습니다. PBGA 패키지는 플라스틱 기판을 사용하는 형태이며, 일반적으로 가전 제품에 사용됩니다. CBGA 패키지는 세라믹 기판을 사용하며, 일반적으로 항공우주 및 방위와 같은 고신뢰성 애플리케이션에 사용됩니다. BGA 패키지는 솔더 볼 수에 따라서도 분류를 하는데, 솔더볼의 갯수에 따라 마이크로 BGA(최대 200개 볼), 미세 피치 BGA(최대 1,000개 볼) 및 초미세 피치 BGA(1,000개 이상)의 세 가지 정도로 분류할 수 있습니다. 당연하게도 패키지의 볼 수는 첫번째로 다이 크기와 관련됩니다. 그리고 두번째로는 칩에서 필요한 연결 수에 따라 달라지게 됩니다.

BGA의 제조공정

BGA 패키지의 제조 공정에는 여러 단계가 필요합니다. 일반적인 반도체 제조 공정과 유사한 것도 있으며 차이가 나는 점도 있습니다. 핵심적인 과정만을 단순화하여 나열하면 다음과 같습니다.

• 실리콘 웨이퍼에 반도체 다이를 제조
• 웨이퍼를 개별 다이로 절단
• 전도성 접착제를 사용하여 다이를 BGA 기판에 부착
• 기판을 솔더 페이스트 층으로 코팅하고 솔더 볼을 페이스트 위에 안착
• 솔더 볼을 가열하여 다이와 기판 사이에 결합을 형성

BGA에 대해 확실히 기억하자

모든 내용을 간단히 정리해 보겠습니다. BGA는 납땜 볼을 격자배열하여 반도체 다이를 PCB에 연결하는 IC용 표면 실장 패키징 유형입니다. BGA 패키지에는 많은 수의 연결, 더 나은 신호 무결성, 열 및 기계적 스트레스 저항성 등의 다른 패키징 방법에 대비한 이점이 있습니다. 보다 복잡은 연결와 처리능력을 필요로 하는 반도체들이 점점 더 많아지는 추세에 BGA 패키지는 확실한 강점이 있다고 할 수 있습니다. 더군다나 최근들어 점점 더 하나의 패키지 안에 다양한 반도체 다이를 함께 집어넣는 것이 추세가 되고 있는 만큼, 향상된 신호 무결성과 연결 수에서의 강점 같은 BGA패키지의 특성은 점점 더 각광받고 있다고 할 수 있습니다.