على الرغم من شهرة حزمة BGA، إلا أن الكثيرين ما زالوا لا يدركون اختلافاتها عن حزمة LGA. سيُجري هذا النص مقارنة مفصلة بين BGA وLGA، ويساعدك على اتخاذ قرار الشراء.
ما هو بغا
مصفوفة شبكة الكرات هي تقنية حزمة تثبيت سطحية لتثبيت المعالج الدقيق على الدائرة المتكاملة. بفضل قاعها المليء بالكرات، توفر هذه التقنية عددًا أكبر من الأسلاك مقارنةً بمصفوفات DIP وQPF.
BGA: المزايا والعيوب
كثافة عالية
BGA هو حلٌّ وُجد في الحالات التي تتطلب تنظيم عدد كبير من الدبابيس في مساحة محدودة. فهو يسمح بكثافة عالية للدبابيس مع انخفاض مخاطر جسر اللحام.
Tهيرمال Cالقدرة على التوصيل
بين كرات BGA واللوحة، توجد موصلية حرارية منخفضة، وبالتالي فإن الحرارة التي تنتجها المتكاملة داخل العبوة يمكن توصيلها إلى اللوحة بسهولة لتجنب ارتفاع درجة حرارة IC.
المحاثة المنخفضة للكرات
بالمقارنة مع الدبابيس الشائعة، تكون الكرات قصيرة الشكل لدرجة أن المحاثة غير الضرورية تقل. لوحة دارات مطبوعة عالية السرعةكما أنه يساعد أيضًا في منع تشويه الإشارة.
Nاللدونة من الكرات
ومع ذلك، فإن الشكل الكروي يؤدي إلى مشكلة أخرى، وهي عدم اللدونة. إذا كان هناك أي انحناء غير متزامن بين الكرات واللوح بسبب اختلاف معامل التمدد الحراريأو في حالة تعرض الجهاز لأي ضغط ميكانيكي، فمن المرجح أن تنكسر نقطة اللحام.
يمكننا حل المشكلة الأولى باستخدام مادة ذات خصائص حرارية مماثلة للوحة الدوائر المطبوعة. على سبيل المثال، يُنصح بشدة باستخدام مادة BGA البلاستيكية لإنتاج لوحات الدوائر المطبوعة بدلاً من السيراميك. كما يُنصح باستخدام خط إنتاج لحام خالٍ من الرصاص لتقليل التلف أثناء التصنيع. يتميز اللحام الخالي من الرصاص، المطابق لمعايير RoHS، بأداء موثوق في درجات الحرارة العالية والصدمات الحرارية العالية وقوة التسارع العالية. وإلا، فقد تحدث مشاكل مثل انزلاق رأس اللوحة إلى الوسادة وظهور فجوات فيها عند لحامها بالصهر.
بالنسبة للمشكلة الأخيرة، وهي الإجهاد الميكانيكي، يُنصح بشدة بإجراء عملية ملء ناقص. ببساطة، يجب حقن مركب إيبوكسي بين اللوحة والجهاز، بعد تثبيت الجهاز بالكامل على لوحة الدوائر المطبوعة. الطريقة الثانية للتعامل مع الإجهاد الميكانيكي هي إدخال طلاء مطيل في عبوة BGA كعازل، بحيث تُمكّن كرات القصدير من ضبط نفسها تلقائيًا تبعًا لحركة العبوات. وأخيرًا، لا يُعد إضافة حواجز فاصلة بين عبوة BGA ولوحة الدوائر المطبوعة حلاً سيئًا.
اختبار غير مريح
بعد لحام علب BGA، يصعب فحص مشكلة اللحام في جسم المكون. لضمان جودة لحام الجزء السفلي من علب BGA، يستخدم المصنع عادةً جهاز الأشعة السينية وماسح الأشعة المقطعية. في حال وجود لحام سيئ في علب BGA، تُعدّ محطة إعادة العمل جهازًا مفيدًا لإزالته. وهي مزودة بجهاز أشعة تحت الحمراء أو جهاز هواء دافئ، ومزدوج حراري، ووحدة تفريغ، وذلك لإحكام تثبيت العلبة ذات اللحام السيئ. بعد ذلك، يُمكننا إعادة تغليف العلبة وإعادة تثبيتها على اللوحة.
نظرًا للتكلفة العالية لجهاز فحص الأشعة السينية، فإن بعض الأشخاص يتبنون بدلاً من ذلك طريقة اختبار الدائرة، مثل طريقة اختبار مسح الحدود التي يتم إجراؤها من خلال منفذ IEEE 1149.1 JTAG.
اتصال مؤقت غير مريح لتجربة PCB
في بداية تطوير لوحات الدوائر المطبوعة، نحتاج إلى توصيل مؤقت بين العبوة والدائرة لتصحيح أداء اللوحة بأكملها. في هذه الحالة، يكون شكل الكرة غير مريح للتركيب على الدائرة، مع أننا نحتاجها فقط للتجربة المؤقتة. لحسن الحظ، تُحل هذه المشكلة بشكل ممتاز باستخدام مقبس مثل ZIF ومقبس الإيلاستومر. فهي تضمن اتصالًا مستقرًا للكرات وسهولة إزالتها بعد التجربة دون أي تأثير على اللحام الرسمي.
ما هو LGA
في حالة لوحات LGA، لا تُعد المقابس ملحقًا مؤقتًا لفترة تجريبية، بل إطار تثبيت يُستخدم على المدى الطويل. توجد العديد من نقاط التلامس الصغيرة على الجانب السفلي من LGA، تُستخدم لتوصيل نقاط التلامس على جانب لوحة الدوائر المطبوعة. بتثبيت المقبس، يتم بناء اتصال كهربائي جيد بين العلبة واللوحة. وإذا كنت ترغب في استبدال الدائرة المتكاملة، فلا تتردد في فك المقبس وفصله.
بالإضافة إلى المقبس، يمكن أيضًا توصيل لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بلوحة LGA باللحام التقليدي. مع ذلك، يُمنع إزالة الغلاف بعد إتمام التوصيل الكهربائي.
LGA: المزايا والعيوب
اتصال كهربائي جيد
إنه يوفر ربطًا كهربائيًا مستقرًا واستقرارًا ميكانيكيًا، مما يتجنب مشكلة انحراف الدبوس والاختصار والدائرة المفتوحة.
صيانة الراحة
لا نحتاج إلى فكّ لحام العبوة إذا لم تنجح العملية، إذ يُمكن فكّ تثبيت المقبس بالضغط على الرافعة. بعد ذلك، تُخرَج العبوة التالفة. وبالمثل، يُمكن تركيب الدائرة المتكاملة الجديدة بسهولة بالضغط على الرافعة الموجودة على المقبس.
طريقتان للاتصال
يمكن توصيل LGA بلوحة الدوائر المطبوعة ليس فقط بمقبس مناسب، بل أيضًا باللحام العادي. هذا يوفر خيارات أكثر لتناسب تصميم لوحة الدوائر المطبوعة.
عملية لحام محفوفة بالمخاطر
مع ذلك، إذا اخترتَ توصيل LGA باللحام، فستكون العملية محفوفة بالمخاطر. نظرًا لانخفاض ارتفاع دبابيسها، قد تظهر ثقوب فارغة وخرزات معدنية بعد اللحام. هذه الحالات غير المتوقعة ستؤدي إلى ضعف جودة التوصيل باللوحة.
مرونة تخطيط PCB
يُحرر تصميم لوحة الدوائر المطبوعة بين منفذ IC واللوحة الأم. لا تمر دبابيس LGA عبر اللوحة، مما يُتيح طبقة الإشارة لمزيد من تخطيط الدوائر. يُقلل ذلك من القيود المفروضة على تنظيم المكونات الأخرى، مما يُسهم في مرونة تصميم لوحة الدوائر المطبوعة.
اعتبارات حول اختيار BGA مقابل LGA للوحة الدوائر المطبوعة
حزمة LGA مقابل موثوقية BGA
توفر دبابيس حزم LGA تثبيتًا ميكانيكيًا أقوى من دبابيس حزم BGA.
طريقة التوصيل الصحيحة لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة الخاصة بك
فكّر فيما إذا كنت تريد توصيل كرات اللحام أم توصيل دبابيس بمقبس. إذا كنت ترغب في نقل إشارة جيد دون الحاجة إلى استبدالها، فاختر حزمة BGA.
كميات الدبابيس التي تحتاجها
كثافة دبابيس BGA أعلى من LGA. إذا كنت تتعامل مع تصميم PCB معقد، فاختر حزمة BGA.
تبديد الحرارة لـ BGA مقابل LGA
بما أن مساحة تلامس الكرة أكبر من مساحة المسامير، فإن تبديد الحرارة في دوائر BGA أفضل من دوائر LGA. إذا كانت درجة حرارة الدائرة المتكاملة لديك مرتفعة أثناء التشغيل، فاختر دوائر BGA.
متطلبات الصيانة
إذا كنت بحاجة إلى تغيير الدائرة المتكاملة، فاختر LGA مع مقابس. فهو أسهل وأكثر توفيرًا من استخدام BGA.
التطبيق الموصى به لـ LGA مقابل حزمة BGA
يتم استخدام BGA على نطاق واسع في مجال الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الصغيرة والأجهزة الصغيرة المحمولة، في حين يتم تطبيق LGA بشكل شائع في لوحة وحدة المعالجة المركزية ووحدة الكاميرا.
