LGA و BGA چیست؟ مقایسه LGA و BGA با 3 نکته مهم!

LGA و BGA چیست؟ در حوزه الکترونیک LGA و BGA نقش بسیار مهمی دارند. تمام پردازنده ها مانند پردازنده مرکزی CPU و پردازنده گرافیکی GPU از این دو فناوری بهره مند هستند. اگر بخواهیم به مقایسه LGA و BGA بپردازیم باید بدانید این دو از نظر نصب متفاوت هستند.

به طور خلاصه، آنها دو نوع فناوری بسته بندی الکترونیکی هستند. عمدتاً برای نصب قطعات روی برد مدار چاپی استفاده می شود. در حالی که LGA از پین‌ها یا کنتاکت‌ها برای تامین اتصال الکتریکی استفاده می‌کند، BGA از توپ‌های لحیم کاری کوچک استفاده می‌کند.

LGA فناوری به کار برده شده در CPU کامپیوترهای رومیزی

LGA مخفف Land Grid Array است. این یک نوع فناوری بسته بندی الکترونیکی است که برای نصب ریزپردازنده ها یا مدارهای مجتمع بر روی برد مدار چاپی (PCB) استفاده می شود. در مدل LGA، کنتاکت‌ها یا پین‌ها روی سطح پایین دستگاه ( روی مادربرد ) قرار دارند و به‌صورت شبکه‌ای چیده شده‌اند.

کنتاکت ها برای جفت شدن با پدهای مربوطه روی PCB طراحی شده اند. که اتصال الکتریکی بین قطعه و برد را فراهم می کند. این مدل جزو معروف ترین و پر استفاده ترین سوکت ها در رایانه های رومیزی است. به طور مثال اکثر پردازنده های اینتل از این نوع هستند.

BGA فناوری به کار برده شده در GPU کارت گرافیک و پردازنده لپ تاپ

BGA مخفف Ball Grid Array است. این نوع دیگری از فناوری بسته‌بندی الکترونیکی است که معمولاً برای ریزپردازنده‌ها، پردازنده‌های گرافیکی و دیگر مدارهای مجتمع با چگالی بالا استفاده می‌شود.

در یک قطعه BGA، کنتاکت‌ها با توپ‌های لحیم کاری کوچک جایگزین می‌شوند. که به صورت شبکه ای در سطح زیرین دستگاه چیده شده است. این توپ ها هم اتصال الکتریکی و هم پشتیبانی مکانیکی را برای قطعه فراهم می کنند.

تفاوت بین LGA و BGA

همانطور که در ابتدا اشاره کردم؛ تضاد اصلی بین این دو در روش برقراری اتصالات الکتریکی نهفته است. 

در بسته LGA، پین‌ها روی سطح پایین دستگاه قرار دارند و به صورت شبکه‌ای چیده شده‌اند. این پین ها معمولاً یک سطح صاف در پایین دارند که با پدهای مربوطه روی PCB تماس می گیرد. کنتاکت ها برای ایجاد اتصالات الکتریکی و مکانیکی بین قطعه و برد طراحی شده اند.

یک بسته BGA از توپ‌های لحیم کاری کوچکی استفاده می‌کند که در الگوی شبکه‌ای چیده شده‌اند. این توپ های لحیم کاری هم اتصال الکتریکی و هم پشتیبانی مکانیکی را برای قطعه فراهم می کنند. اجزای یک برد مدار چاپی به طور موثر از طریق لحیم کاری مجدد در جای خود محکم می شوند. این یک فرآیند درگیر است که برای ذوب شدن توپ های لحیم کاری و تشکیل پیوندهای قوی نیاز به کنترل دقیق دما دارد.

چالش تعمیر رایانه ها که از فناوری BGA استقاده نموده اند

امروزه رایانه های قابل حمل به طور قابل توجهی از فناوری BGA برای قطعات استفاده کرده اند چون در این نوع رایانه ها فضا کم است. پیچیدگی تعمیر لپ تاپ به طور مستقیم به این نوع قطعه ها ارتباط دارد.

همچنین مساله قابلیت تعمیر گرافیک لپ تاپ و افزایش یافتن هزینه رفع مشکلات تصویر نیز به طور مستقیم به قطعات BGA مرتبط است. در ادامه متوجه دلایل این موضوع خواهید شد.

ابتدا چند تفاوت مهم بین LGA و BGA را بررسی می کنیم:

• Pitch: زمین، یا فاصله بین مرکز هر تماس یا توپ. معمولاً برای بسته های BGA کوچکتر از بسته های LGA است. این به چگالی پین یا توپ جای بیشتری می دهد، به این معنی که اتصالات بیشتری را می توان در فضای کوچکتر ایجاد کرد.
  
• خواص حرارتی: پکیج های BGA نسبت به بسته های LGA خواص حرارتی بهتری دارند. به این دلیل است که توپ های لحیم کاری مسیر انتقال حرارت یکنواخت تر و کارآمدتری را ارائه می دهند.
• قابلیت تعمیر: تعمیر یا تعویض پکیج های BGA نسبت به بسته های LGA دشوارتر است. به این دلیل است که توپ های لحیم کاری معمولاً در زیر قطعه پنهان می شوند و نیاز به تکنیک های تخصصی حذف دارند.
• هزینه: تولید بسته‌های BGA می‌تواند گران‌تر از بسته‌های LGA باشد. این به دلیل مراحل فرآیند اضافی مورد نیاز برای اتصال توپ های لحیم کاری است.

مزایا و معایب LGA

مزایای LGA:

• تعداد پین های بالاتر: بسته های LGA می توانند تعداد پین های بیشتری را نسبت به بسته های BGA پشتیبانی کنند. آنها به یک انتخاب خوب برای دستگاه های پیچیده که به تعداد زیادی اتصال نیاز دارند تبدیل شده.
• بازرسی آسان: زیر و اتصالات بسته‌های LGA به راحتی قابل مشاهده هستند. بنابراین، بازرسی و آزمایش اتصالات از نظر کیفیت و صحیح بودن اتصال، آسان تر است.
• پشتیبانی مکانیکی بهتر: پین‌های بسته‌های LGA پشتیبانی مکانیکی بهتری نسبت به توپ‌های لحیم در بسته‌های BGA دارند. این می تواند به کاهش خطر آسیب به قطعه در هنگام جابجایی یا حمل و نقل کمک کند.
• هزینه کمتر: بسته‌های LGA معمولاً هزینه کمتری نسبت به بسته‌های BGA دارند. زیرا به مراحل و مواد فرآیند کمتری نیاز دارند.

معایب LGA:

• چگالی محدود: پین‌های بسته‌های LGA فضای بیشتری را نسبت به توپ‌های لحیم در بسته‌های BGA اشغال می‌کنند. این می تواند تراکم اتصالات و اندازه کلی بسته را محدود کند.
• فرسوده شدن اتصالات لحیم کاری: اتصالات لحیم کاری بین سوکت نصب قطعه LGA و برد PCB ممکن است در طول زمان به دلیل چرخه حرارتی، لرزش و سایر تنش ها دچار فرسودگی شوند که منجر به مشکلاتی مانند عدم قابلیت اطمینان می شود.
• تعمیر سخت است: اگر یکی از پین ها آسیب دیده یا شکسته باشد، تعمیر یا تعویض سوکت های LGA ممکن است دشوار باشد. زیرا پین ها در قسمت زیرین سوکت قرار دارند و برای دسترسی به ابزارها و تکنیک های تخصصی نیاز دارند.
• عملکرد حرارتی محدود: پین‌های موجود در بسته‌های LGA می‌توانند محدودیت هایی برای دفع کامل گرمای کاذب ایجاد کنند. زیرا فضای هم سطح موجود برای انتقال حرارت بین قطعه و PCB را محدود می کنند.

به طور کلی، فناوری LGA برای کارهایی که نیاز به تعداد پین بالا، بازرسی آسان و هزینه کمتری دارند، انتخاب خوبی هستند، اما ممکن است برای برنامه‌هایی که به اتصالات با چگالی بالا، عملکرد حرارتی خوب یا قابلیت تعمیر آسان نیاز دارند، به اندازه فناوری BGA مناسب نباشند.

مزایا و معایب BGA

مزایای BGA:

• تراکم پین بالاتر: بسته های BGA از تراکم پین بالاتری نسبت به بسته های LGA پشتیبانی می کنند که آنها را به انتخاب خوبی برای قطعات با تعداد اتصالات زیاد تبدیل می کند.
• بهبود عملکرد حرارتی: بسته‌های BGA عملکرد حرارتی بهتری نسبت به بسته‌های LGA دارند، زیرا توپ‌های لحیم کاری یک مسیر انتقال حرارت کارآمدتر و یکنواخت‌تر را بین قطعه و PCB فراهم می‌کنند.
• یکپارچگی سیگنال بهتر: طول اتصال کوتاه‌تر در بسته‌های BGA در به حداقل رساندن ظرفیت خازنی و اندوکتانس کمک می‌کند، که می‌تواند یکپارچگی سیگنال را بهبود بخشد و نویز را کاهش دهد.
• اندازه کوچک: بسته‌های BGA معمولاً از نظر اندازه کوچکتر از بسته‌های LGA هستند، که امکان طراحی فشرده‌تر و تراکم اجزای بالاتر روی برد های الکترونیکی PCB را فراهم می‌کند.

معایب BGA:

• بازرسی دشوار: بررسی بصری بسته های BGA دشوار است، زیرا توپ های لحیم کاری در قسمت زیرین قطعه قرار دارند و مستقیماً دیده نمی شوند. البته میتوان از فناوری دوربین های لیزری کمک گرفت.
• تعمیر دشوار: تعمیر یا تعویض پکیج های BGA نسبت به بسته های LGA دشوارتر است، زیرا توپ های لحیم کاری در زیر قطعه پنهان شده اند و به ابزارها و تکنیک های تخصصی برای حذف آنها نیاز دارند.
• هزینه بالاتر: تولید بسته‌های BGA معمولاً گران‌تر از بسته‌های LGA است، زیرا به مراحل فرآیند و مواد اضافی برای اتصال توپ‌های لحیم کاری نیاز دارند.
• قابلیت اطمینان اتصال لحیم کاری: اتصالات لحیم کاری بین بسته BGA و PCB می توانند تنش های مکانیکی و حرارتی را تجربه کنند که در طول زمان می تواند منجر به مشکلات قابلیت اطمینان شود.

چه زمانی از LGA و BGA استفاده کنیم؟

انتخاب بین این دو بستگی به نیازهای خاص سیستم دارد. در اینجا چند دستورالعمل کلی برای زمان استفاده از LGA در مقابل BGA آورده شده است:

موارد استفاده از LGA:

• وقتی کامپوننت تعداد پین کمتری دارد: بسته های LGA انتخاب خوبی برای قطعات با تعداد پین کمتر است، زیرا می توانند پشتیبانی مکانیکی خوب و بازرسی آسان را ارائه دهند.
• هنگامی که قابلیت تعمیر مهم است: تعمیر یا تعویض بسته های LGA نسبت به بسته های BGA آسان تر است، زیرا پین ها برای تعمیر یا تعویض قابل مشاهده و در دسترس هستند.
• وقتی هزینه عامل اصلی است: تولید بسته‌های LGA عموماً ارزان‌تر از بسته‌های BGA است، که می‌تواند آنها را به انتخاب خوبی برای برنامه‌های حساس به هزینه تبدیل کند.
• هنگامی که قطعه نیاز به پایداری مکانیکی بالایی دارد: بسته‌های LGA پشتیبانی مکانیکی بهتری را نسبت به بسته‌های BGA ارائه می‌کنند، که می‌تواند در کاربردهایی که قطعه در معرض لرزش، ضربه یا سایر تنش‌های مکانیکی است، مهم باشد.

موارد استفاده از BGA:

• وقتی کامپوننت تعداد پین بالایی دارد: بسته‌های BGA انتخاب خوبی برای قطعات با تعداد پین بالا هستند، زیرا می‌توانند تراکم بالاتری از اتصالات را پشتیبانی کنند.
• وقتی عملکرد حرارتی مهم است: بسته‌های BGA عملکرد حرارتی بهتری نسبت به بسته‌های LGA دارند، که می‌تواند در کاربردهایی که قطعه گرمای زیادی تولید می‌کند مهم باشد.
• هنگامی که یکپارچگی سیگنال یک نگرانی است: بسته‌های BGA طول اتصال کوتاه‌تری نسبت به بسته‌های LGA دارند که می‌تواند در به حداقل رساندن ظرفیت و اندوکتانس و بهبود یکپارچگی سیگنال کمک کند.
• وقتی اندازه کوچک مهم است: بسته‌های BGA معمولاً کوچک‌تر از بسته‌های LGA هستند، که می‌تواند در برنامه‌هایی که فضا محدود است مهم باشد.

وقتی نوبت به انتخاب نوع پکیج مناسب برای یک برنامه می رسد، طراحان باید همه عوامل را در نظر بگیرند و مزایا و معایب بین LGA و BGA را به دقت بررسی کنند. قضاوت متخصص برای اطمینان از انتخاب موردی که دقیقاً شرایط شما را برآورده می کند، کلیدی است.

برنامه های کاربردی اجزای LGA و BGA

نمونه هایی از اجزای LGA:

• پردازنده Intel Core i7: بسیاری از پردازنده های Core i7 اینتل از بسته های LGA مانند سوکت LGA 1151 استفاده می کنند.
• ماژول های حافظه DDR4: بسیاری از ماژول های حافظه DDR4 از بسته های LGA مانند سوکت LGA 3647 استفاده می کنند.
• کنترلرهای اترنت: بسیاری از کنترلرهای اترنت از بسته های LGA مانند کنترلر اترنت اینتل I210 استفاده می کنند.
• ماسفت های برقی: بسیاری از ماسفت های قدرتمند از بسته های LGA مانند Infineon OptiMOS استفاده می کنند.

نمونه‌هایی از اجزای BGA:

• واحدهای پردازش گرافیکی (GPU): بسیاری از واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) از بسته‌های BGA مانند Nvidia GeForce RTX 3090 استفاده می‌کنند.
• پردازنده های سیستم روی تراشه (SoC): بسیاری از پردازنده های سیستم روی تراشه (SoC) از بسته های BGA مانند Qualcomm Snapdragon 888 استفاده می کنند.
  
• آرایه‌های دروازه‌ای قابل برنامه‌ریزی میدانی (FPGA): بسیاری از FGPGA از بسته‌های BGA مانند Xilinx Virtex UltraScale+ استفاده می‌کنند.
• کنترلرهای حافظه: بسیاری از کنترلرهای حافظه از بسته های BGA استفاده می کنند، مانند کنترلر حافظه Cypress HyperBus.

توجه داشته باشید که اینها تنها چند نمونه هستند و بسیاری از اجزای دیگر نیز وجود دارند که از بسته های LGA و BGA استفاده می کنند. نوع بسته خاص مورد استفاده برای یک جزء معین به عواملی مانند تعداد پین، عملکرد حرارتی، یکپارچگی سیگنال و هزینه بستگی دارد.

عواملی که هنگام انتخاب بین LGA و BGA باید در نظر بگیرید

در دنیای بسته بندی رایانه های شخصی، LGA و BGA دو انتخاب محبوب هستند. هنگام ارزیابی اینکه کدام یک را برای پروژه خود انتخاب کنید، چند نکته کلیدی وجود دارد که می خواهید از هر دو طرف درک کنید. از جمله اندازه بسته و amp; ساختار، سازگاری با اجزا و مقرون به صرفه بودن.

• تعداد پین ها: هنگام تصمیم گیری بین بسته های LGA و BGA، تعداد پین ها کلیدی است. اگر کامپوننتی که طراحی می کنید به تعداد زیادی پین نیاز دارد، بهترین آن بسته BGA است. با این حال، اگر پین های کمتری مورد نیاز باشد، احتمالاً LGA مناسب است.
• عملکرد حرارتی: بسته‌های BGA معمولاً در دفع گرما بهتر از بسته‌های LGA هستند. اینها می توانند در کاربردهایی که جزء گرمای زیادی تولید می کند مهم باشند. بنابراین عملکرد حرارتی پکیج، به ویژه در کاربردهای با کارایی بالا، یک ملاحظات مهم خواهد بود.
• یکپارچگی سیگنال: بسته های BGA طول اتصال کوتاه تری نسبت به بسته های LGA دارند. اینها می توانند به به حداقل رساندن ظرفیت خازنی و اندوکتانس انگلی و بهبود یکپارچگی سیگنال کمک کنند. اگر یکپارچگی سیگنال یک عامل مهم در برنامه کاربردی است، بسته های BGA ممکن است انتخاب ارجح باشد.
• پایداری مکانیکی: بسته‌های LGA پشتیبانی مکانیکی بهتری نسبت به بسته‌های BGA دارند. این موارد می توانند در کاربردهایی که قطعه در معرض لرزش، شوک یا سایر تنش های مکانیکی است، مهم باشند. بنابراین، پایداری مکانیکی بسته در برخی از کاربردها مورد توجه قرار خواهد گرفت.
• هزینه: تولید بسته‌های LGA معمولاً ارزان‌تر از بسته‌های BGA است. این می تواند آنها را به انتخاب خوبی برای برنامه های کاربردی حساس به هزینه تبدیل کند. بنابراین هزینه بسته در بسیاری از برنامه ها مورد توجه قرار خواهد گرفت.
• اندازه: بسته‌های BGA معمولاً کوچک‌تر از بسته‌های LGA هستند، که می‌تواند در برنامه‌هایی که فضا محدود است مهم باشد. اگر اندازه بسته بندی کوچک مهم است، بسته های BGA ممکن است انتخاب ارجح باشد.
• قابلیت تعمیر: تعمیر یا تعویض پکیج های LGA نسبت به پکیج های BGA آسان تر است، زیرا پین ها برای تعمیر قابل مشاهده و در دسترس هستند. اگر قابلیت تعمیر یک نکته مهم است، بسته های LGA ممکن است انتخاب ارجح باشد.

نتیجه

در خاتمه، پکیج های LGA و BGA هر دو به طور گسترده در قطعات الکترونیکی استفاده می شوند و مزایا و معایب خاص خود را دارند. بسته‌های LGA پشتیبانی مکانیکی بهتری را ارائه می‌کنند و عموماً ارزان‌تر هستند، در حالی که بسته‌های BGA عملکرد حرارتی و یکپارچگی سیگنال بهتری دارند و معمولاً برای قطعات با تعداد پین بالاتر استفاده می‌شوند. هنگام انتخاب بین بسته های LGA و BGA، طراحان باید به دقت عواملی مانند تعداد پین، عملکرد حرارتی، یکپارچگی سیگنال، پایداری مکانیکی، هزینه، اندازه و قابلیت تعمیر را بسته به نیازهای خاص برنامه در نظر بگیرند. در نهایت، نوع بسته بندی مناسب به مبادلاتی که باید بین این عوامل مختلف انجام شود بستگی دارد.

منبع: nextpcb.com