맥북 침수가 되면 왜 겉은 멀쩡한데 안돌아갈까 ? BGA Chip에 대한 이해와 설명

맥북이 침수되면 어떤 경우에는 세척을 해도 동작을 하지 않거나 과도한 발열이 발생하는것을 느낄수 있습니다. 

 

일단 로직보드에 물이나 기타 물질이 유입되면 기판에 흡착되어 일정한 시간 혹은 발열 정도에 따라서 마르게 되는데...

 

눈으로 보기에는 아주 멀쩡한 칩에서 과도한 열이 발생하거나 혹은 아예 칩이 동작을 하지 않아서 키보드가 않된다거나,

 

LCD가 흑색으로 나온다거나,... 하는 다양한 증상이 나타납니다.

 

일단 겉으로 보기에 멀쩡해 보여도 사실은 내부에 칩이 침수에 의해서 손상을 입어서 그런 경우가 많습니다.

 

 

일반적으로 로직보드(핸드폰 및 거의 모든 소형화 기기에 해당됨)은 아주 작은 사이즈로 다양한 기능을 탑재하고 있습니다.

 

어찌 보면 이렇게 작은 보드에 어떻게 이런 다양한 기능과 메모리를 넣었을까 ??? 하고 신기해 하는 분들도 많으시겠죠 ?

 

 

예전에는 우리가 반도체... 라고 하면 검정 플라스틱 같은것에 지네처럼 여러개의 다리가 나와 있는 부품을 많이 보셨을 겁니다.

 

예를 들면 아래와 같은 부품 입니다.

 

 

 

그림에 보이는 검정색이 반도체이고 그 양단에 많은 다리가 나와 있어서 이것이 기판에 납땜 되어 상태입니다. (이런 모양을 TSOP 타입의 IC라고 합니다)

 

** 로직보드가 이런 부품으로만 되어 있다면 수리도 훨씬 쉬웠을 것이다 (불량의 유무를 쉽게 판단할수 있으므로..)

 

그러나 이런 방식의 반도체를 사용하다보니 그림처럼 많은 다리를 납땜하고 그 배선을 처리하는게 많은 공간을 필요로 하게되어 기판(PCB)의 사이즈가 커져서 모바일용이나 소형화 하는데 많은 지장을 초래해 왔습니다.

 

그래서 사람들이 생각해 낸것이 "이 다리(핀)를 없애고 볼 형태로 만들어서 기판의 하단부에 붙이고 그 기판을 여러겹으로 하면 사이즈가 줄지 않을까 ?" 하는 발상에서 나온것이 BGA (Ball Grid Array) 타입의 부품입니다

 

BGA로 만들면 일단 최종 목적물의 사이즈를 줄일수 있고 무게도 경량화 시키고 다양한 이득을 취하게 됩니다.

 

단, BGA타입으로 부품은 PCB에다 붙일때  BGA부품 하단에 무수히 많은 볼(핀)이 있으므로 이것을 동일한 온도와 동일한 환경에서 붙이는 기술이 필요하게 되었습니다.

** 물론 요즘은 장비의 진화로 이런 BGA부품 실장 기술은 아주 일반적인 기술이 되었습니다. 

 

요즘 기판(PCB)들은 눈에 보이는 것이 전부가 아니라 기판과 기판 사이에 여러겹의 기판이 겹쳐져 있는 다중 레이어(Multi Layer PSB) 형태의 PCB를 사용합니다..  아이폰이나 맥북 같은 기판은 보통 16층 기판을 사용해서 제작되어 있습니다. (앞뒷면을 따지면 총 8장의 기판이 겹쳐 있다고 보시면 됩니다) 

 

그러다 보니 문제가 발생하는것이 일단 볼(핀)이 PCB에 붙을때 잘 붙었는지, 혹시 과도한 열에 의해서 볼이 손상되지 않았는지를 검사한는 다양한 장비도 개발되어 있는 상태입니다.

 

 

서론이 길었네요~~~

 

 

일단 맥북이나 로직보드에 사용되는 BGA (Ball Grid Array) 부품의 그림을 보고 설명을 이어나가도록 하겠습니다.

 

아래 그림을 보면 BGA Chip의 구조를 그림으로 그려 봤습니다. (물론 이것보다 조금 복잡하지만 원리 설명을 위해서)

 

- BGA Chip의 상단은 마치 플라스틱 같은것으로 완전히 밀봉되어 있습니다.

 

- 하단은 Ball (정확히 말하면 동그랗게 생긴 볼형태의 납덩어리 입니다)이 붙어 있습니다.

 

- Solder Ball과 Via Hole를 통해서 배선이 연결되고 그것이 Logic Chip의 해당 핀에 연결되어 있는것 입니다.

 

- BGA Chip에 있는 수많은 볼들이 PCB(기판)의 면과 닿아서 회로를 연결하는 방식으로 되어 있습니다.

 

 

 

맥북에는 CPU, 메모리, 기타 많은 반도체 칩들이 이러한 BGA타입으로 되어 있습니다

 

문제는 침수나 어떤 다른 문제에 의해서 위의 볼과 볼 사이에 문제가 발생하면 그 부품을 떼어내어 현미경으로 관찰하는 방법 외에는 방법이 없는것이 큰 문제 입니다. (그래서 겉으로는 멀쩡해 보이지만 내부에서는 아주 치명적인 문제가 있어서 부팅이 않되거나 하는것 입니다)

 

 

또 다른 경우는 BGA타입의 칩을 오래 사용하다보면 열에 의해서 혹은 다른 외부 충격에 의해서 Ball이 깨지는 경우도 발생하게 됩니다.

위의 경우처럼 먼지가 과다하게 내부로 유입되어 작은 저항이 생겨서 문제가 생기는 경우도 많이 발생합니다.

 

저희쪽으로 입고되는 제품중에 키보드 좌측 부분에 과도하게 열이 발생하면서 시스템이 다운되는 경우가 보통 VGA칩셋이 열화현상으로 칩이 떨어진(정확히 말하면 떨어진것도 아니고 붙은것도 아닌 애매한 상황) 경우를 많이 보게 됩니다.

 

그림에서 보시다시피 로직보드에 사용된 BGA 부품이 워낙 촘촘하게 설계되어 있는 형태라 침수가 되었을때 겉은 멀쩡하고 속은 골병이 들어 있는 것을 알수 있었습니다.

 

 

BGA BALL이 깨진 상황

 

그림에서 보이는 동그란 납덩어리가 깨지는 것을 일반인들이 좀처럼 이해하기 힘듭니다.... 그 작은것이 어떻게 깨질까 ???

하지만 오랜 기간동안 사용하다보면 기판이 뒤틀리거나 상당한 발열에 의해서 기판 부분과 BALL부분이 깨지는 현상이 발생하는 것을 종종 볼수가 있습니다.

특히 과도한 게임이나 무리한 작업을 계속하는 경우 기판 또는 그래픽 칩셋 부분에 상당한 발열이 발생하므로 이 부분에서 크랙 내지는 기판과 BALL이 떨어지는것을 발견할수 있습니다.

여기 몇가지 사례를 그림으로 보여 드리도록 하겠습니다.

 

** 아래 BGA확대 그림은 http://www.caltexsci.com 에서 인용한 것입니다.

 

 

 

그래픽 칩 IC 부분과 기판부분이 열화현상으로 깨진 상태

 

 

그래픽 칩 IC 부분과 기판부분이 열화현상으로 상단 부분이 깨진 상태

 

 

이 문서는 침수에 대한 문서는 아니고 워낙 많은 분들이 침수나 다른 이유로 칩이 불량이 발생한 경우에 이해를 하지 못하는 경우가 많아서 그 이해를 돕기 위해 작성 하였습니다

 

참고하시고 도움되시기 바랍니다.

 

 

 

항상 즐거운 맥생활 하세요~~