BGA는 잘 알려진 패키지이지만, 많은 사람들이 여전히 LGA와의 차이점을 이해하지 못하고 있습니다. 이 글에서는 BGA와 LGA를 자세히 비교하고, 두 제품 중 하나를 구매하는 데 도움을 드리겠습니다.
BGA란 무엇인가
볼 그리드 어레이(BGA)는 마이크로프로세서를 집적회로에 고정하는 표면 부착 패키지 기술입니다. 바닥에 볼이 가득 차 있어 DIP 및 QPF보다 더 많은 연결 리드를 제공합니다.
BGA: 장점과 단점
고밀도
BGA는 제한된 공간에 많은 핀을 배치해야 하는 상황에서 탄생한 솔루션입니다. 핀 밀도는 높지만 솔더 브릿지 발생 위험은 낮습니다.
THermal C전도도
BGA 볼과 보드 사이는 열전도도가 낮아 패키지 내부에 집적되어 생성된 열을 보드로 쉽게 전달하여 IC 과열을 방지할 수 있습니다.
볼의 낮은 인덕턴스
일반 핀에 비해 볼의 모양이 매우 짧아 불필요한 인덕턴스가 감소합니다. 고속 PCB또한 신호 왜곡을 방지하는 데에도 도움이 됩니다.
N연성성 공의
하지만 공과 같은 모양은 또 다른 문제, 즉 연성이 부족하게 됩니다. 공과 보드 사이에 서로 다른 굽힘으로 인해 비동조 현상이 발생하면 열팽창 계수, 또는 장치에 기계적 응력이 가해지면 납땜 지점이 파손될 가능성이 높습니다.
전자는 PCB와 유사한 열적 특성을 가진 재료를 사용하여 해결할 수 있습니다. 예를 들어, PCB 생산에는 세라믹 소재보다 플라스틱 BGA 소재를 사용하는 것이 좋습니다. 또한 제조 중 손상을 줄이기 위해 무연 솔더 제품군을 사용하는 것이 좋습니다. RoHS를 준수하는 무연 솔더는 고온, 높은 열충격, 높은 G-포스 환경에서도 안정적으로 작동합니다. 그렇지 않으면 PCB가 리플로우 솔더링 공정을 거칠 때 헤드인필로우(head-in-pillow) 및 패드 크레이터링(pad cratering)과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
후자의 문제인 기계적 응력에 대해서는 언더필링 공정을 수행하는 것이 적극 권장됩니다. 간단히 말해, 전체 소자를 PCB에 부착한 후 기판과 소자 사이에 에폭시 화합물을 주입하면 됩니다. 기계적 응력을 처리하는 두 번째 방법은 BGA 패키지에 연성 코팅을 버퍼로 삽입하여 주석 볼이 패키지의 움직임에 따라 자체적으로 조정되도록 하는 것입니다. 마지막으로, BGA 패키지와 PCB 사이에 인터포저를 추가하는 것도 좋은 방법입니다.
불편한 테스트
BGA 패키지가 납땜된 경우, 부품 본체에 가려진 납땜 문제를 검사하는 것은 쉽지 않습니다. BGA 패키지 바닥면의 고품질 납땜을 보장하기 위해 공장에서는 일반적으로 X선 장비와 CT 스캐너를 사용합니다. BGA 패키지의 납땜 불량이 있는 경우, 리워크 스테이션을 사용하여 이를 제거하는 것이 좋습니다. 리워크 스테이션에는 적외선 또는 온풍 장비, 열전대, 진공 장비가 장착되어 있어 납땜 불량이 있는 패키지를 고정합니다. 그런 다음 패키지를 리볼링하여 보드에 다시 설치할 수 있습니다.
X선 검사 장비의 비용이 많이 들기 때문에 일부 사람들은 IEEE 1149.1 JTAG 포트를 통해 수행하는 경계 스캔 테스트 방법과 같은 회로 테스트 방식을 대신 채택합니다.
PCB 시험용 임시 연결 불안정
PCB 개발 초기에는 전체 PCB의 성능 디버깅을 위해 패키지와 회로를 임시로 연결해야 합니다. 이 경우, 볼의 형태가 회로에 부착하기에는 너무 불안정하여 임시 테스트용으로만 사용해야 합니다. 다행히 ZIF 소켓이나 엘라스토머 소켓과 같은 소켓은 이러한 문제를 매우 효과적으로 해결할 수 있습니다. 이러한 소켓은 볼의 안정적인 연결과 테스트 후 손쉬운 제거를 가능하게 하며, 추가적인 납땜 작업에 영향을 주지 않습니다.
LGA란 무엇인가
LGA에서 소켓은 임시적인 부속품이 아니라 장기적으로 사용되는 고정 프레임입니다. LGA 아래쪽에는 작은 접점들이 많이 있습니다. 이 접점들은 PCB 쪽 접점과 연결되는 데 사용됩니다. 소켓이 고정되면 패키지와 보드 사이에 전기적 연결이 잘 형성됩니다. IC를 교체하려면 소켓을 풀어서 빼내면 됩니다.
소켓 외에도 PCB와 LGA 사이의 전기적 연결은 전통적인 납땜 방식으로도 가능합니다. 단, 전기적 연결이 완료된 후에는 패키지를 제거해서는 안 됩니다.
LGA: 장점과 단점
양호한 전기 연결
이 제품은 안정적인 전기적 연결과 기계적 안정성을 제공하여 핀 스큐잉, 단락 및 개방 회로 문제를 방지합니다.
편의 유지 관리
소켓 고정 레버를 누르기만 하면 되므로, 패키지가 작동하지 않더라도 납땜을 제거할 필요가 없습니다. 그러면 불량 패키지가 제거됩니다. 마찬가지로, 소켓의 레버를 누르기만 하면 새 IC를 쉽게 설치할 수 있습니다.
두 가지 연결 방법
LGA는 전용 소켓뿐만 아니라 일반 납땜으로도 PCB에 연결할 수 있습니다. 이를 통해 PCB 레이아웃에 맞는 다양한 옵션을 제공합니다.
위험한 납땜 공정
하지만 LGA를 납땜으로 연결하는 것은 위험할 수 있습니다. 핀 높이가 낮기 때문에 납땜 후 빈 구멍이나 주석 비드가 발생할 수 있습니다. 이러한 예상치 못한 상황은 보드와의 연결 품질 저하로 이어질 수 있습니다.
PCB 레이아웃의 유연성
IC 포트와 마더보드 사이의 PCB 레이아웃을 자유롭게 합니다. LGA의 핀들이 보드를 관통하지 않으므로 신호 레이어를 활용하여 더 많은 회로 레이아웃을 구현할 수 있습니다. 또한, 다른 부품의 배치에 대한 제약도 줄어들어 PCB 설계의 유연성을 향상시킵니다.
PCB용 BGA 대 LGA 선택 시 고려 사항
LGA 패키지 대 BGA 신뢰성
LGA 패키지의 핀은 BGA보다 더 강력한 기계적 고정력을 제공합니다.
PCB 설계에 적합한 연결 방법
볼 납땜 연결을 사용할지, 아니면 소켓에 핀 연결을 사용할지 생각해 보세요. 신호 전달은 원활하지만 추가 교체가 필요 없다면 BGA 패키지를 선택하세요.
필요한 핀 수량
BGA는 LGA보다 핀 밀도가 높습니다. 복잡한 PCB 설계를 한다면 BGA 패키지를 선택하세요.
BGA와 LGA의 방열
볼의 접촉 면적이 핀보다 크기 때문에 BGA는 LGA보다 방열 성능이 우수합니다. IC가 작동 중 심각한 열을 방출하는 경우 BGA 패키지를 선택하십시오.
유지 보수 요구 사항
IC를 교체해야 하는 경우 소켓이 있는 LGA를 선택하세요. BGA보다 쉽고 비용도 절약됩니다.
LGA의 권장 적용 BGA 패키지 대비
BGA는 스마트폰, 소형 노트북, 휴대용 소형 기기 분야에서 널리 사용되는 반면, LGA는 일반적으로 CPU 보드와 카메라 모듈에 적용됩니다.
