Obwohl BGA ein bekanntes Gehäuse ist, verstehen viele Menschen die Unterschiede zu LGA immer noch nicht. Dieser Text vergleicht detailliert BGA und LGA und hilft Ihnen bei der Kaufentscheidung.
Was ist BGA?
Ball Grid Arrays sind eine Oberflächenbefestigungstechnologie zur Befestigung von Mikroprozessoren an integrierten Schaltkreisen. Mit einer Unterseite voller Kugeln bietet es mehr Anschlussmöglichkeiten als DIP und QPF.
BGA: Vorteile und Nachteile
Hohe Dichte
BGA ist eine Lösung, die sich für Situationen eignet, in denen eine große Anzahl von Pins auf begrenztem Raum angeordnet werden muss. Es ermöglicht eine hohe Pindichte bei geringem Lötbrückenrisiko.
Thermisch COnduktivität
Zwischen den BGA-Kugeln und der Platine besteht eine geringe Wärmeleitfähigkeit, sodass die durch die Integration im Gehäuse erzeugte Wärme problemlos an die Platine abgegeben werden kann, um eine Überhitzung des IC zu vermeiden.
Niedrige Induktivität von Kugeln
Im Vergleich zu herkömmlichen Stiften sind Kugeln so kurz, dass die unnötige Induktivität abnimmt. In Hochgeschwindigkeits-PCB, es verhindert auch hilfreich Signalverzerrungen.
NAufduktilität von Bällen
Die Form eines Balls führt jedoch zu einem weiteren Problem: der Nicht-Dehnbarkeit. Wenn es aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizient, oder wenn auf das Gerät eine mechanische Belastung ausgeübt wird, kann es sein, dass die Lötstelle bricht.
Wir können das Problem lösen, indem wir ein Material mit ähnlichen thermischen Eigenschaften wie PCB verwenden. Beispielsweise wird für die PCB-Herstellung Kunststoff-BGA gegenüber Keramik dringend empfohlen. Es empfiehlt sich außerdem, bleifreies Lot zu verwenden, um Fertigungsschäden zu reduzieren. Bleifreies Lot, das RoHS-konform ist, funktioniert zuverlässig bei hohen Temperaturen, hohem Thermoschock und hoher G-Kraft. Andernfalls können beim Reflow-Löten der PCB Probleme wie Head-in-Pillow- und Pad-Kraterbildung auftreten.
Für das letztgenannte Problem, mechanische Belastung, empfiehlt sich ein Unterfüllungsprozess. Einfach ausgedrückt: Wir spritzen eine Epoxidverbindung zwischen Platine und Gerät, nachdem das gesamte Gerät an der Leiterplatte befestigt ist. Eine zweite Möglichkeit, mechanische Belastungen zu bewältigen, besteht darin, eine duktile Beschichtung als Puffer in das BGA-Gehäuse einzufügen, damit sich die Zinnkugeln den Bewegungen des Gehäuses anpassen können. Nicht zuletzt ist das Hinzufügen von Zwischenlagen zwischen BGA-Gehäuse und Leiterplatte keine schlechte Lösung.
Unbequeme Tests
Nach dem Löten von BGA-Gehäusen ist es schwierig, Lötfehler im Bauteilkörper zu erkennen. Um eine hochwertige Lötung der Unterseite von BGA-Gehäusen sicherzustellen, setzen Fabriken üblicherweise Röntgen- und CT-Geräte ein. Bei fehlerhaften Lötstellen im BGA-Gehäuse hilft eine Rework-Station, diese zu entfernen. Sie ist mit einem Infrarot- oder Warmluftgerät, einem Thermoelement und einer Vakuumeinrichtung ausgestattet, um fehlerhafte Lötstellen zu erfassen. Anschließend kann das Gehäuse neu verlötet und auf der Platine installiert werden.
Aufgrund der hohen Kosten von Röntgenprüfgeräten greifen manche Leute stattdessen auf Schaltungstestmethoden zurück, beispielsweise auf die Boundary-Scan-Testmethode, die über den IEEE 1149.1 JTAG-Port durchgeführt wird.
Unruhige temporäre Verbindung für PCB-Test
Zu Beginn der PCB-Entwicklung benötigen wir eine temporäre Verbindung zwischen Gehäuse und Schaltung, um die Leistung der gesamten Leiterplatte zu testen. In diesem Fall ist die Kugelform zu umständlich, um sie auf der Schaltung zu befestigen, selbst wenn sie nur für einen temporären Test benötigt wird. Sockel wie ZIF und Elastomersockel können dieses Problem jedoch sehr gut lösen. Sie ermöglichen eine stabile Verbindung der Kugeln und ein einfaches Entfernen nach dem Test, ohne dass das weitere Löten beeinträchtigt wird.
Was ist LGA
Bei LGA-Bausteinen sind Sockel kein temporäres Zubehör für den Testzeitraum, sondern ein langfristiger Befestigungsrahmen. Auf der Unterseite des LGA-Bausteins befinden sich zahlreiche kleine Kontakte. Diese dienen zur Verbindung mit den Kontakten auf der Leiterplatte. Durch die Fixierung des Sockels wird eine sichere elektrische Verbindung zwischen Gehäuse und Platine hergestellt. Wenn Sie den IC austauschen möchten, lösen Sie einfach den Sockel und entfernen ihn.
Zusätzlich zum Sockel kann die elektrische Verbindung zwischen PCB und LGA auch durch herkömmliches Löten hergestellt werden. Nach Abschluss der elektrischen Verbindung ist jedoch ein Entfernen des Gehäuses nicht mehr zulässig.
LGA: Vorteile und Nachteile
Gute elektrische Verbindung
Es bietet eine stabile elektrische Verbindung und mechanische Stabilität und vermeidet das Problem von Pin-Schiefstellung, Kurzschlüssen und offenen Stromkreisen.
Komfortwartung
Bei Problemen müssen wir das Gehäuse nicht auslöten, da die Sockelfixierung durch einfaches Drücken des Hebels gelöst werden kann. Anschließend wird das defekte Gehäuse herausgenommen. Ebenso lässt sich ein neuer IC einfach durch Drücken des Hebels am Sockel installieren.
Zwei Verbindungsmöglichkeiten
LGA kann nicht nur über einen entsprechenden Sockel, sondern auch durch herkömmliches Löten mit der Leiterplatte verbunden werden. Dies bietet mehr Möglichkeiten zur Anpassung des Leiterplattenlayouts.
Riskanter Lötprozess
Wenn Sie LGA jedoch durch Löten verbinden, ist der Vorgang riskant. Aufgrund der geringen Höhe der Pins können nach dem Löten leere Löcher und Zinnperlen entstehen. Diese unerwarteten Situationen führen zu einer minderwertigen Verbindung mit der Platine.
Flexibilität beim PCB-Layout
Es ermöglicht ein freies PCB-Layout zwischen IC-Port und Motherboard. Die LGA-Pins verlaufen nicht durch die Platine, sodass die Signalebene für weitere Schaltungslayouts zur Verfügung steht. Es gibt weniger Einschränkungen bei der Anordnung anderer Komponenten. Dies trägt zur Flexibilität des PCB-Designs bei.
Überlegungen zur Wahl von BGA vs. LGA für PCB
LGA-Paket vs. BGA-Zuverlässigkeit
Die Stifte von LGA-Gehäusen bieten einen stärkeren mechanischen Halt als BGAs.
Die richtige Anschlussmethode für Ihr PCB-Design
Überlegen Sie, ob Sie eine Kugellötverbindung oder eine Stiftverbindung mit Sockel wünschen. Wenn Sie eine gute Signalübertragung wünschen, aber keinen weiteren Austausch benötigen, wählen Sie das BGA-Gehäuse.
Benötigte Pin-Mengen
Die Pindichte von BGA ist höher als die von LGA. Wenn Sie mit einem komplizierten PCB-Design arbeiten, wählen Sie ein BGA-Gehäuse.
Wärmeableitung von BGA vs. LGA
Da die Kontaktfläche der Kugel größer ist als die der Stifte, ist die Wärmeableitung von BGAs besser als die von LGAs. Wenn Ihr IC im Betrieb viel Wärme abgibt, wählen Sie ein BGA-Gehäuse.
Wartungsbedarf
Wenn Sie den IC wechseln müssen, wählen Sie LGA mit Sockeln. Das ist einfacher und kostengünstiger als die Verwendung von BGA.
Empfohlene Anwendung von LGA Vs. BGA-Paket
BGA wird häufig im Bereich Smartphones, kleiner Laptops und tragbarer Kleingeräte verwendet, während LGA üblicherweise bei CPU-Platinen und Kameramodulen zum Einsatz kommt.
