LGA VS BGA: Was ist der Unterschied zwischen ihnen?

Es gibt verschiedene Arten von Verpackungen für elektronische Komponenten, und diese Verpackungen haben einen großen Einfluss auf die Funktion und Herstellung von Leiterplatten. BGA und LGA sind häufig verwendete zwei Haupt Arten von Pakete für Leiterplatten. Beide haben ihre Funktionen und Einschränkungen und wirken sich jeweils auf die Funktionsweise der Leiterplatte aus. 

LGA- oder Land Grid Array-Gehäuse sind ein Gehäusetyp, der zur Konfiguration von integrierten Schaltkreisen und Mikroprozessoren auf verschiedenen Leiterplatten verwendet wird. BGA-Gehäuse sind Bestandteil von Grafikprozessoren, hochdichten ICs und Mikroprozessoren. Hier besprechen wir ihre Funktionen, Vor- und Nachteile, Anwendungen und Unterschiede. Los geht’s.

1. Was ist LGA?

Die LGA steht für Land Grid Array-Pakete und verfügt über eine Pinbelegung für den Anschluss. Es wird daher für Anwendungen verwendet, bei denen das Board-Design über einen Sockelanschluss verfügt. Für Boards ohne Sockel, mit automatisierten LGS ist die beste Option. Dieses Gehäuse verfügt auf der Unterseite über rechteckige Gitter aus Lötpaste, nutzt aber nicht alle Gitterzeilen und -spalten. Diese Gitterkomponenten können kreisförmig oder dreieckig sein. Einige haben eine Wabenstruktur.

Definition

●      Das LGA ist ein oberflächenmontierbares Gehäuse für ICs und verfügt über eine bestimmte Anzahl von Pins für Anschlüsse. Auf der Unterseite befinden sich Pads für die Verbindung mit den Pads auf der Platine.

Vor- und Nachteile von LGA

BGA Vorteile

●      LGA-Gehäuse verfügen im Vergleich zu BGA-Gehäusen über eine höhere Pin-Anzahl. Daher eignen sie sich am besten für den Einsatz in komplizierten Schaltungen, bei denen mehrere Komponenten angeschlossen werden müssen.

●      Es bietet einfache Test- und Inspektionsfunktionen, da seine Kontakte mit bloßem Auge leicht zu erkennen sind.

●      Die mechanische Festigkeit und Unterstützung der LGA-Gehäusestifte ist höher als die von BGA. Daher können sie hohem Druck und hoher Belastung problemlos standhalten.

●      LGA ist kostengünstiger als BGA-Pakete.

●      Dieses Paket ist die beste Option für den Einsatz in kleinen Räumen mit Hochleistungsgeräteschaltungen.

●      Es bot Haltbarkeitsmerkmale.

●      Seine Pins sind klein und können problemlos in kleinen Räumen konfiguriert werden.

●      Es weist eine geringe parasitäre Induktivität und Kapazität auf und eignet sich daher am besten für Hochfrequenzanwendungen.

●      Heißluftsystem zur Nachbearbeitung

●      Diese Verpackung weist aufgrund der kurzen Verbindungswege einen niedrigen Impedanzwert auf. Dies trägt zur Hochgeschwindigkeitssignalübertragung bei.

BGA-Nachteile

●      Die Pins von LGA nehmen mehr Platz ein, was die Verbindungsdichte und auch die Verpackungsgröße verringern kann.

●      Die Lötstellen von LGA- und PCB-Platinen nutzen sich mit der Zeit durch Vibrationen und Belastungen ab und verursachen Zuverlässigkeitsprobleme.

●      Die Stifte sind auf der Innenseite angeordnet und können bei Beschädigung nur schwer repariert werden. Für die Reparatur sind Spezialwerkzeuge erforderlich.

●      Es wird nicht für die automatisierte optische Inspektion verwendet (AOI).

1.2 Anwendungen von LGA-Komponenten

●      Verschiedene Intel Core i7-Prozessoren verwenden LGA-Pakete wie den Sockeltyp 1151.

●      LGA-Pakete sind ebenso Teil des DDR4-Speichers wie der LGA 3647-Sockel.

●      Der Desktop-Gaming-PC wird mit Intel LGA-Paketen geliefert.

●      Ein anderer Controller, beispielsweise der Intel I210 Ethernet-Controller, verfügt ebenfalls über ein LGA-Gehäuse.

●      Es ist auch Teil von MOSFET, zum Beispiel Infineon OptiMOS.

2. Was ist BGA??

BGA-Verpackungen verfügen über eine Lötkugelanordnung an der Unterseite. Diese Lötkugeln verbinden die Verpackung mit der Leiterplatte. Die Verwendung von BGA für Leiterplatten ist mit einer Konfiguration möglich, bei der Kupferpads die Lötkugeln unterstützen. Die Lötkugeln auf der Verpackung können elektrisch oder jährlich angeordnet sein.

Dieses Gehäuse bietet dank der guten Wärmeleitfähigkeit der Lötkugeln eine gute Wärmeableitung. Es bietet eine gute Signalqualität durch kurze elektrische Pfade, die Induktivität und Kapazität reduzieren.

Einige gängige BGA-Typen sind:

●      Kunststoff-Kugelgitteranordnung: Es besteht aus einem kunststoffbeschichteten Gehäuse und verfügt über ein Glassubstrat mit Kugelabstandsmaßen von 1.0 mm und 1.27 mm.

●      Keramikkugelgitter Array: Es verfügt über ein Keramiksubstrat, das auf elektrischen FlipChip-Anschlüssen (FC) konfiguriert ist.

●      Gitteranordnung der Bandbälle: Es wird mit einem weichen Streifensubstrat mit ein bis zwei Lagen Platine geliefert und wird auch Flex Tape BGA genannt.

Definition

Ball Grid Arrays sind spezielle SMD-Gehäuse mit Lötkugeln. Sie sind in Kunststoff- und Keramikausführung erhältlich. Ihre Hauptmerkmale sind hohe Anschlussdrähte, kompakte Größe und geringe Induktivität.

2.1 Vor- und Nachteile von BGA

Vorteile

●      BGA ist mit einer höheren Pindichte kompatibel als LGA-Gehäuse und eignet sich daher am besten für eine größere Anzahl von Verbindungen.

●      Seine Wärmekapazität ist besser als die von LGA, da Lötkugeln gute Wärmeübertragungseigenschaften für Komponenten und die Leiterplatte haben.

●      Seine geringe Größe ermöglicht den Einsatz für kompakte Strukturen und hochdichte Komponenten, die mit Leiterplatten verbunden sind.

●      Es bietet einen kleinen Formfaktor mit hoher Eingangs-/Ausgangsdichte. Es wird für komplizierte ICs verwendet.

Nachteile

●      Die Lötkugeln sind auf der Innenseite verbunden, was eine visuelle Fehlersuche unmöglich macht. Zur Reparatur sind Röntgenaufnahmen erforderlich, um die mit dieser Verpackung verbundenen Komponenten zu untersuchen.

●      Bei dieser Verpackung sind einige zusätzliche Schritte erforderlich, die die Komponentenverbindung mit Lötkugeln kostspielig machen.

●      Darüber hinaus treten Zuverlässigkeitsprobleme bei der Verbindung der Leiterplatte mit dem BGA-Gehäuse auf und es kommt zu mechanischen und thermischen Belastungen.

●      BGA wird nicht für alle Komponenten unterstützt, da nur Multilayer-Platinen unterstützt werden.

●      Es besteht Bedarf an einer speziellen Art von Lötmittelverpackung auf der Platine.

2.2 Anwendungen von BGA-Komponenten

●      BGA-Verpackungen sind Teil verschiedener GPUs, wie beispielsweise der Nvidia GeForce RTX 3090.

●      Qualcomm Snapdragon 888 ist ein System-on-Chip-Prozessortyp, der BGA-Pakete verwendet.

●      Xilinx Virtex UltraScale+ ist ein feldprogrammierbares Gate-Array, das ebenfalls BGA verwendet, und Speichercontroller wie Cypress HyperBus Memory Controller verwenden BGA.

●      Automobilelektronik benötigt eine Verpackung, die verschiedenen Betriebsbedingungen wie hohen Temperaturen, mechanischer Belastung und Vibrationen standhält. LGA-Gehäuse verfügen daher über entsprechende Eigenschaften, um diese Parameter zu bewältigen.

●      BGA wird auch für die Herstellung von Geräten der Unterhaltungselektronik verwendet, da diese eine kompakte Größe und eine schlanke Struktur benötigen, die durch BGA-Gehäuse erreicht werden kann. Da BGA eine hohe Pinanzahl aufweist, können viele Komponenten auf engstem Raum miteinander verbunden werden.

3. LGA vs. BGA Vergleich

4. Überlegungen zur Auswahl des richtigen Pakets

Beachten Sie diese Punkte, bevor Sie BGA- und LGA-Verpackungen für Ihr Projekt verwenden.

Pinanzahl

●      Wenn Ihr Projekt eine größere Pin-Verbindung benötigt, verwenden Sie BGA-Verpackungen, und für eine niedrige Pin-Konfiguration verwenden Sie LGA-Verpackungen.

Wärmeleistung:

●      Wenn Sie an Projekten arbeiten, bei denen verbundene Komponenten größere Wärme erzeugen, und für Hochleistungsanwendungen, ist BGA die beste Option, da es die Wärme effektiv ableitet.

Signalintegrität:

●      BGA bietet eine gute Signalqualität, da es aufgrund kurzer Verbindungswege eine geringe Kapazität und Induktivität aufweist. Für Schaltungen, die empfindlich auf die Signalqualität reagieren, verwenden Sie BGA-Gehäuse.

Mechanische Stabilität:

●      Verwenden Sie für Anwendungen, bei denen verschiedene Faktoren wie Vibration, Schock oder Belastung eine Rolle spielen, LGA-Verpackungen, da diese eine gute mechanische Stabilität bieten.

Kosten:

●      Verwenden Sie für kostengünstige Projekte LGA-Verpackungen, da diese weniger kosten als BGA.

Größe

●      Verwenden Sie für Projekte mit Platzbeschränkungen, die kleine Komponentenverbindungen erfordern, BGA-Verpackungen mit kompakter Größe.

Reparieren:

●      LGA-Gehäuse sind einfach zu reparieren und auszutauschen. Da sie über gut sichtbare und zugängliche Pins verfügen, eignen sich für Komponenten, deren Reparatur einfach ist, die passenden LGA-Gehäuse.

BGA- und LGA-Gehäuse sind für elektronische Bauteile wichtig. Beide werden aufgrund ihrer Eigenschaften und anderer Parameter häufig für Bauteile verwendet. LGA wird aufgrund seiner guten mechanischen Stabilität und der kostengünstigen Montage verwendet. BGA basiert auf seinen guten thermischen Eigenschaften und ermöglicht eine hochwertige Signalübertragung. BGA ist Teil der Schaltung, bei der eine hohe Pinanzahl erforderlich ist. Unabhängig davon, ob Sie LGA oder BGA verwenden, müssen Sie die Projektanforderungen wie Pin-Anforderungen, Signalfluss, Kosten, Baugröße usw. prüfen.