BGA 리플로우 공정의 문제점: 방사열과 대류열의 차이
만약 여러분이 Ball Grid Array(BGA) 패키지를 다룬 적이 있다면, “섀도잉 효과”라는 끔찍한 문제를 잘 알고 있을 것입니다.
문제는, 열공기를 사용할 때 그 공기가 칩 아래까지 도달하여 납땜된 부분을 가열해야 한다는 점입니다. 하지만 대부분의 경우, 공기는 쉬운 길을 택해 컴포넌트 주위를 그냥 돌아갈 뿐입니다.
그 결과, 칩의 가장자리는 뜨거워지는 반면, 중심부는 여전히 차가운 상태가 됩니다. 정말 혼란스러운 상황입니다.
열을 전달하는 다른 방법
적외선 가열은 이런 원리와는 다릅니다. 공기를 가열해서 그 열이 컴포넌트에 도달하기를 기대하는 대신, 적외선 발생기는 직접적으로 파동을 보내어 컴포넌트 안쪽으로 열을 전달합니다.
이는 마치 추운 날에 태양이 피부를 따뜻하게 하는 것과 비슷합니다. 에너지는 직접적으로 기판과 납땜된 부분에 흡수됩니다.
적외선은 열을 전달하기 위해 공기가 필요하지 않으므로, BGA 패키지의 물리적인 형태는 전혀 고려되지 않습니다. 열은 정확히 필요한 곳, 즉 납땜된 부분에 전달됩니다. 더 이상 칩의 중심부가 충분히 뜨거운지 걱정할 필요가 없습니다.
열공기의 한계
열공기는 속도가 매우 느립니다. 열공기는 PCB 위에 얇은 층을 형성하고, 부피가 큰 컴포넌트가 있는 경우, 그 컴포넌트들이 마치 벽처럼 작용하여 공기의 흐름을 막고 서늘한 부분을 만듭니다.
“팬의 속도를 높이거나 온도를 높이면 되겠지”라고 생각할 수도 있습니다. 하지만 그건 위험한 방법입니다. 그렇게 하면 작은 SMD 컴포넌트들이 패드에서 떨어질 수도 있고, 너무 빠르게 과열될 수도 있습니다.
현실적인 검토
적외선은 더 빠르고 훨씬 더 정확하지만, 그렇다고 해서 모든 문제가 해결되는 것은 아닙니다. 서로 다른 재료들은 서로 다르게 반응합니다. 검은색 컴포넌트는 반짝이는 은색 컴포넌트보다 훨씬 빠르게 열을 흡수합니다.
따라서 디지털 온도 조절기를 사용할 때는 반드시 주의해야 합니다. PID 설정이 조금만 잘못되어도, 액체 상태가 되는 온도를 초과하여 실리콘이 손상될 수 있습니다.
제 조언은, 정밀한 온도 센서와 테스트용 기판을 준비하여 프로파일을 완벽하게 조정하는 것입니다. 그렇게 하면 나중에 골칫거리를 줄일 수 있습니다.