BGAはよく知られたパッケージですが、LGAとの違いを理解していない人はまだ多くありません。この記事では、BGAとLGAを詳細に比較し、どちらを購入するかの判断に役立つ情報を提供します。
BGAとは
ボールグリッドアレイは、マイクロプロセッサを集積回路に固定するための表面実装パッケージ技術です。底面にボールが多数配置されており、DIPやQPFよりも多くのリード線で接続できます。
BGA：メリットとデメリット
高密度
BGAは、限られたスペースに多数のピンを配置しなければならない状況から生まれたソリューションです。高密度のピン配置が可能でありながら、はんだブリッジのリスクを低減します。
Tヘルマル C導電率
BGA のボールとボード間の熱伝導率が低いため、パッケージ内部で発生した熱は容易にボードに伝達され、IC の過熱を回避できます。
ボールの低インダクタンス
一般的なピンに比べて、ボールは非常に短い形状のため、不要なインダクタンスが減少します。 高速PCBまた、信号の歪みを防ぐのにも役立ちます。
N延性について ボールの
しかし、ボールのような形状は、延性がないという別の問題を引き起こします。ボールとボードの曲げが、異なる振動や振動によって同期していないと、 熱膨張係数、またはデバイスに機械的なストレスが加わると、はんだ付け点が破損する可能性があります。
前者の問題は、PCBと同様の熱特性を持つ材料を使用することで解決できます。例えば、PCB製造にはセラミックタイプよりもプラスチックBGAが強く推奨されます。また、製造中の損傷を軽減するために、鉛フリーはんだ製品ラインの使用も推奨されます。RoHS指令に準拠した鉛フリーはんだは、高温、高熱衝撃、高重力下でも信頼性の高い性能を発揮します。そうでなければ、PCBをリフローはんだ付けする際に、ヘッドインピローやパッドクレーターなどの問題が発生する可能性があります。
後者の問題、すなわち機械的ストレスについては、アンダーフィル工程を実施することを強くお勧めします。簡単に言えば、デバイス全体をPCBに実装した後、基板とデバイスの間にエポキシ樹脂を注入するということです。機械的ストレスに対処する2つ目の方法は、BGAパッケージに延性コーティングを緩衝材として挿入することです。これにより、錫ボールがパッケージの動きに合わせて自己調整できるようになります。最後に、BGAパッケージとPCBの間にインターポーザーを追加することも、悪くない解決策です。
不便なテスト
BGAパッケージはんだ付け後、部品本体に覆われたはんだ付け不良を検査するのは容易ではありません。BGAパッケージ底面の高品質なはんだ付けを保証するために、工場では通常、X線検査装置とCTスキャナーが導入されています。BGAパッケージのはんだ付け不良が発生した場合、リワークステーションはそれを除去するのに非常に役立ちます。このリワークステーションは、赤外線または温風装置、熱電対、真空装置を備えており、はんだ付け不良のパッケージを吸着します。その後、パッケージをリボールし、基板に再実装することができます。
X 線検査装置は高価なため、代わりに IEEE 1149.1 JTAG ポートを介して実行される境界スキャン テスト方式などの回路テスト方法を採用する人もいます。
PCB試験のための不安定な一時接続
PCB開発の初期段階では、PCB全体の性能をデバッグするために、パッケージと回路を一時的に接続する必要があります。しかし、一時的なテスト用であっても、ボールの形状が回路に取り付けにくい場合があります。幸いなことに、ZIFソケットやエラストマーソケットなどのソケットは、この問題をうまく解決します。これらのソケットは、ボールの安定した接続と、その後の正式なはんだ付けに影響を与えることなく、テスト後の容易な取り外しを実現します。
LGAとは
LGAの場合、ソケットは一時的な試用用アクセサリではなく、長期的に使用する固定フレームです。LGAの裏面には多数の小さな接点があり、PCB側の接点と接続するために使用します。ソケットの固定により、パッケージと基板間の電気的接続が確実に確立されます。ICを交換する場合は、ソケットを緩めて取り外すだけで済みます。
ソケットに加え、PCBとLGA間の電気接続も従来のはんだ付けで行うことができます。ただし、電気接続が完了した後はパッケージを取り外すことはできません。
LGA：メリットとデメリット
良好な電気接続
安定した電気的接続と機械的安定性を提供し、ピンの歪み、ショート、断線の問題を回避します。
利便性の維持
ソケットの固定はレバーを押すだけで解除できるので、うまく動作しない場合でもパッケージをはんだ付け解除する必要はありません。そして、不良パッケージを排出します。同様に、新しいICもソケットのレバーを押すだけで簡単に取り付けられます。
2つの接続方法
LGAは、適切なソケットだけでなく、一般的なはんだ付けでもPCBに接続できます。これにより、PCBレイアウトに合わせてより幅広い選択肢が得られます。
危険なはんだ付け工程
しかし、LGAをはんだ付けで接続する場合、プロセスにリスクが伴います。LGAはピンの高さが低いため、はんだ付け後に空孔や錫ビードが発生する可能性があります。これらの予期せぬ事態は、基板への接続品質の低下につながります。
PCBレイアウトの柔軟性
ICポートとマザーボード間のPCBレイアウトが自由になります。LGAのピンは基板を貫通しないため、信号層をより多くの回路レイアウトに利用できます。他の部品の配置における制約が少なくなり、PCB設計の柔軟性が向上します。
PCBにおけるBGAとLGAの選択に関する考察
LGAパッケージとBGAの信頼性
LGA パッケージのピンは、BGA よりも強力な機械的保持力を提供します。
PCB設計に適した接続方法
ボールはんだ付け接続か、ソケットを使用したピン接続かを検討してください。良好な信号伝送を望み、交換の手間を気にしない場合は、BGAパッケージをお選びください。
必要なピンの数
BGAのピン密度はLGAよりも高いです。複雑なPCB設計の場合は、BGAパッケージをお選びください。
BGAとLGAの放熱性
ボールの接触面積がピンよりも大きいため、BGAはLGAよりも放熱性に優れています。ICの動作中に発熱が激しい場合は、BGAパッケージをお選びください。
メンテナンス要件
ICを交換する必要がある場合は、ソケット付きのLGAをお選びください。BGAを使用するよりも簡単でコストも抑えられます。
LGAの推奨アプリケーション BGAパッケージと比較
BGA はスマートフォン、小型ラップトップ、ポータブル小型デバイスの分野で広く使用されていますが、LGA は CPU ボードやカメラ モジュールによく使用されます。
