안녕하세요, 오늘은 BGA 와 LGA에 대해 알아보겠습니다. 해당 용어들을 접하시고 들어본 분이라면, 당연히 어느정도 공학이나 반도체 쪽 지식이 있을거라 생각하는데요, 최대한 다른 전문적인 용어는 배제하고 설명해 보겠습니다.
List
- BGA - Ball Grid Array란
- LGA - Land grid array
- 두 가지 chip의 비교
BGA - Ball Grid Array란?
BGA란 Ball grid array를 지칭 합니다. Ball은 '구' 를 의미하죠. grid는 수직과 수평을 의미하는데, 종합하면
'구 모양의 수직 수평 배열'을 의미합니다. 다시 말해 사각형에 solder ball 을 납땜한 chip을 뜻 합니다.
좀 더 자세한 구조를 보면, 초록색 PCB 위의 검은 색을 보통 Die(다이)라고 합니다. 다이는 wafer(웨이퍼) 죠 쉽게 말해서
작게 자른 웨이퍼 조각이 실제 어떠한 전기적인 역할을 하기 위해서는 외부와 연결되어 있어야 하고, 그 외부와의 독립적인 연결을 위해서 PCB와 먼저 연결되어 있습니다. PCB는 die의 첫 번째 외부연결이자 또 다른 외부 요인으로 부터 Die를 보호하는 역할을 하는 것이죠.
다이와 PCB를 연결하는 것이 바로 Ball 이고 보통 전기가 잘통하는 금속 재질로 PCB에 납땜 합니다. 이렇게 완성 된 chip이 BGA Chip 입니다. 해당 BALL 이 보이는 부분이 DIE or chip의 뒷면 입니다. 앞면에 이제 만든 회사의 이름이나, 정보들은 보통 적습니다.
LGA - Land Grid Array란?
LGA는 Land Grid Array 를 뜻 합니다. 사실 용어에서부터 눈치를 채실 수도 있겠는데요, LAND는 평평하다는 뜻을 의미하죠.
다시 말해, DIE 뒷면이 평평한 CHIP을 의미합니다. BGA에서 BALL이 없어졌다고 보시면 됩니다.
그렇다면, PCB와 결합 시 Ball 이라는 중간 매개체가 없어진 셈이므로 사실 별도의 추가 요건이 필요합니다.
한 가지 방법으로는, PCB 자체에서 BALL 비슷한 금속 Tip 같은 것들이 돌출되어 있을 수 있겠고
또 다른 방법으로는, Die와 PCB를 금속 Wire(줄) 로 연결하는 방법도 있을 수 있겠습니다. 당연히 BGA 방식에서 DIE의 바닥에 BALL을 붙인다음 PCB 와 연결 했다면, LGA 의 경우 바닥면이 위로 올라가 있는 모습이 되겠습니다.
두 chip의 비교
BGA/LGA 는 대표적인 패키징의 두 가지 유형 입니다. 패키징이란 웨이퍼 조각 DIE를 감싸는 반도체 공정 중 하나라고 생각하시면 됩니다. 이러한 패키징 된 Chip 들이 바로 다음 공정으로 가는 곳이 'TEST' 공정입니다. TEST 공정은 PCB와 결합 된 BGA/LGA CHIP의 불량 판별을 하는 곳이죠. 테스트 공정은 Tester (테스터) 라는 수십억 값이 나가는 장비를 사용하며 해당 장비와 chip의 contact 기술력이 중요한 공정 입니다. 쉽게 말해 chip을 얼마나 잘 눌러서 테스터로부터 신호를 잘 받을 것인가 정도로 표현이 되겠습니다.
BGA 칩의 테스트는 어떠할까요?아까도 말했듯이 접촉이 잘 되어야 하는데요, 정확히는 Ball에 접촉하는 pin이 정확히 접촉해야 합니다. 해당 pin은 tester pin 혹은 소켓 pin 이라고도 합니다. 구조상 보면, pin으로 들어간 전기적 신호가 검은색 ball을 거쳐, 초록색 chip or die에 그려진 전자회로 기능을 수행 및 테스트 하고 다시 ball -> pin 순서로 타고 나갑니다.
LGA 칩은 그러면 이러한 검은색 ball이 없으므로, 사실 BGA보다 테스트 하기 어렵습니다. Ball이 pin이랑 접촉하며 살짝 눌려야 전기적 신호가 잘 움직일텐데, LGA 칩은 애초에 이런 BALL이 존재하지 않으니까요.
직관적으로 해결방안을 생각해 본다면, PIN을 화살표 모양이 아니라 Tip(끝) 부분을 crown 이나 좀 더 뾰족뾰족한 타입으로 바꾸던지, 애초에 세게 눌러 접촉성을 높여야 LGA 테스트가 잘 된다고 볼 수 있겠네요. 모든 요소들이 Trade off라 자세하게 들어가면 조금 머리가 아픕니다.
이러한 BGA/LGA 를 TEST 하는 직무가 반도체 테스트 직무 인데요, 해당 직무관련 배경지식이 있으면 이해가 쉬우니 한 번 보시길 추천드리며, 이상 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
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