BGA и LGA: ключевые различия в корпусах интегральных схем

Вспомните времена огромных микросхем? К счастью, они прошли, и теперь у нас есть компактные IC. Производители используют их для создания малых, но мощных процессоров, управляющих современными компьютерами. Речь о CPU неизбежно затрагивает термины BGA и LGA. Звучат похоже, но описывают разные типы корпусов.

Читайте дальше, чтобы узнать о различиях, областях применения и особенностях каждого.

Что такое BGA?

Ball Grid Array (Матрица шаровых контактов)

BGA (Ball Grid Array) — корпус ИС, пришедший на смену PGA (Pin Grid Array). В PGA для соединения с печатной платой используются ножки, в BGA — контактные площадки с крошечными припойными шарами.

BGA работает только с платами, имеющими медные контактные площадки, соответствующие расположению шаров. Шаровые контакты можно размещать вручную или автоматически. Липкий флюс удерживает корпус при монтаже.

Pin Grid Array (Матрица контактных штырьков)

Источник: Wikimedia Commons

После сборки корпус нагревают инфракрасным облучателем или в рефлоу-печи. Припой плавится, надежно фиксируя корпус на плате и обеспечивая правильное выравнивание и отступы от соседних компонентов. После остывания припой создает электрическое и механическое соединение. Иногда шары находятся и на корпусе, и на плате — для соединения двух корпусов.

Что такое LGA?

Land Grid Array (Матрица контактных площадок)

LGA — корпус с контактами на гнезде (сокете), а не на самом кристалле. Это справедливо, если на плате есть сокет. Если сокета нет, LGA можно паять непосредственно на плату.

На нижней стороне LGA расположены прямоугольные контактные площадки («lands»). Не обязательно использовать все ряды и столбцы сетки. Площадки могут изготавливаться с припойной пастой или для LGA-сокетов. Форма элементов сетки может быть разной: треугольной, круглой, ячеистой. Проектировщики оптимизируют форму для лучшего контакта с пружинными контактами сокета, обеспечения схожести контактов и нужного электрического расстояния.

Что такое сокет процессора?

LGA CPU Socket

Сокеты CPU на материнских платах используют контакты для соединения процессора с платой. Процессоры в сокетах не требуют пайки, что позволяет легко заменять их. Сокеты чаще применяют в настольных игровых ПК, а в ноутбуках процессоры обычно распаяны.

Выбор материнской платы — не только функции, но и совместимость сокета с вашим процессором. Даже самый современный CPU не заработает в неподходящем сокете. Intel и AMD имеют разные типы сокетов для основных и высокопроизводительных десктопных процессоров.

LGA против BGA

Рассмотрим подробнее различия и сферы применения в схемах ПК.

Преимущества и недостатки

Плюсы BGA

Ball Grid Array

• Компактные размеры — оптимальное использование пространства, позволяют создавать малые мощные устройства.
• Легко отпаиваются без повреждения платы или корпуса.
• Старые шары можно удалить (деболлинг) и нанести новые (риболлинг).
• Отличная теплоотводящая способность — перегрев маловероятен.
• Корпуса непостоянны: их можно переносить на другие устройства, восстанавливая шары при необходимости.
• Короткие пути соединений — низкое импеданс, быстрая передача сигналов.
• Подходят для CPU благодаря хорошим тепловым и механическим свойствам.

Минусы BGA

BGA Package on PCB

• Сложный контроль пайных соединений — нужны рентгеновские лучи, так как контакты на нижней стороне.
• Работают только на многослойных платах.
• Пайка требует спецоборудования.
• Ремонт затруднён, требует квалификации и специальных инструментов.

Плюсы LGA

• Компактность — основы для малых мощных устройств.
• Высокая надежность: контакты на плате, не на процессоре; опорные точки сокета износостойки.
• Микроскопические контакты позволяют разместить много контактов на малой площади.

Минусы LGA

• При поломке ремонт может быть дорогим.

Компоненты

LGA используют плоские контакты, требующие сокета или прямой пайки. BGA используют шарики, прикреплённые к нижней стороне корпуса.

Простота подключения и замены

LGA легко устанавливаются в сокет на плате — просто вставляете новый процессор вместо старого.

LGA Socket

BGA требуют спецоборудования для монтажа и демонтажа. Процесс почти безрискован, но дороже, чем для LGA.

BGA Socket

Применение в микропроцессорах

Крупные производители (AMD, Intel) предпочитают LGA для десктопных игровых ПК.

Intel Xeon LGA CPU

Некоторые производители всё же используют BGA для постоянного монтажа микропроцессоров, Wi-Fi чипов и FPGA.

Что лучше: BGA или LGA?

Оба варианта хороши. Выбор зависит от предпочтений и требований проекта.

Заключение

LGA и BGA — проверенные временем корпуса ИС, ставшие основой множества технологических прорывов: смартфонов, умных часов, планшетов, высокопроизводительных ПК. Как вы относитесь к этим технологиям? Нужна помощь в их применении? Обращайтесь с вопросами.