BGAとLGAの違い：ICグリッドアレイパッケージングの徹底比較

かつて巨大なICを扱わなければならなかった時代を覚えていますか？幸い、その時代は終わり、今では小型でコンパクトなICにアクセスできます。間違いなく、メーカーはこれらの小さなICを使って、最も強力なコンピュータを制御できる小型ながら印象的なCPUを構築しています。CPUの話になると、BGAやLGAといった用語に出くわす可能性が高いです。似ていますが、これらは異なるタイプのICパッケージを表し、それぞれにバリエーションがあります。

これらのICパッケージについて、いつ使用すべきか、そしてその違いについて詳しく学びましょう。

BGAとは

ボールグリッドアレイ

ボールグリッドアレイ（BGA）は、ピングリッドアレイ（PGA）に先立つICパッケージです。PGAがピンでPCBに接続するのに対し、BGAは微小なハンダボールを備えたパッドで接続します。

BGAは、ハンダボールと一致する銅パッドパターンを持つPCBでのみ動作します。ハンダボールは手動または自動で配置可能です。また、タッキーなフラックスが実装時にBGAを固定するのに役立ちます。

ピングリッドアレイ

出典：Wikimedia Commons

実装後、メーカーはBGAを赤外線ヒーターまたはリフロー炉で加熱します。このプロセスでハンダが溶け、パッケージがPCBに固定されます。また、BGAは適切な分離距離（他の部品からの距離）で正しくアライメントされます。

ハンダが冷えて固化すると、BGAとPCBが接続されます。場合によっては、これらのハンダボールがパッケージ側とPCB側の両方にあることもあります。これは2つのパッケージを接続する方法の一つです。

LGAとは

ランドグリッドアレイ

ランドグリッドアレイ（LGA）は、ICではなくソケット側にピンを持つICパッケージです。ただし、これはPCBがソケットコネクタを持つ場合に限られます。

PCBにソケットがない場合、LGAを直接基板にハンダ付けすることも可能です。

LGAの底面には矩形のコンタクトグリッド（「ランド」と呼ばれる）があります。また、グリッドのすべての行と列を使用する必要はありません。

さらに、メーカーはこれらのランドをハンダペーストやLGAソケットで形成できます。グリッド要素は三角形や円形など、さまざまな多角形の形状とサイズを持つことができ、中にはハニカム構造のものもあります。

メーカーは通常、スプリングコンタクトとの最適な形状マッチング、接点の類似性、近接コンタクトへの適切な電気的距離などの要因を考慮して設計を最適化します。

CPUソケットとは

LGA CPUソケット

PCB上のCPUソケットは、さまざまなピンを利用してCPUをマザーボードに接続します。また、ソケット接続のCPUはハンダを必要としないため、容易に交換できます。

さらに、メーカーはデスクトップゲーミングPC向けにCPUソケットをよく使用し、ノートPCでは主にハンダ付け版が採用されています。

マザーボードの選択は、欲しい機能だけでなく、自分のCPUモデルに対応したCPUソケットがあるかどうかも確認する必要があります。

最新鋭のCPUを持っていても、ソケットが間違っていれば動作しません。IntelやAMDなどのメーカーは、メインストリームとハイエンドデスクトップCPUで異なるソケットタイプを採用しています。

LGA vs BGA

これらのグリッドアレイがどう異なるか、PC回路で何に使えるかを詳しく見ていきましょう。

LGA vs BGA：メリットとデメリット

BGAのメリット

ボールグリッドアレイ

• BGAは小型のためスペースを取らず、最適なスペース利用が可能です。ICパッケージのサイズに関わらず、小型で強力なガジェットを作れます。
• BGAパッケージのハンダ除去は容易で、PCBやICパッケージを傷めません。
• 古く摩耗したハンダボールをデボール処理で除去できます。
• リボール処理で新しいハンダボールを追加できます。
• BGAパッケージは優れた放熱性を持つため、過熱することは稀です。
• BGAチップは永久的ではないため、容易にハンダ除去でき、他のデバイスに移植しても損傷しません。ハンダボールが弱い場合もデボール/リボール処理が可能です。
• 優れた熱的・機械的特性により、コンピュータCPUとして使用できます。
• BGAはリード接続パスが短いため、低インピーダンスで高速な信号生成が可能です。

BGAのデメリット

PCB上のBGAパッケージ

• BGAパッケージのハンダ接合部を検査するのは容易ではありません。BGAはパッケージ底面で接続するため、コンポーネント-PCB間の接続を確認するにはX線が必要です。
• BGAパッケージは多層基板でのみ動作するため、用途が限られます。
• ハンダ除去は容易ですが、PCBへのハンダ付けには特殊な装置が必要です。
• BGAの修理は少しトリッキーで、専門知識と特殊装置が必要です。

LGAのメリット

• LGAは小型でスペース効率が良く、小型で強力なデバイスの構築に適しています。
• LGAパッケージはより耐久性が高く、破損しにくいです。理由：ピンがCPUではなく基板側にあるため。また、ソケットの接点も高耐久です。
• LGAピンは微小で、狭いエリアに多くのピンを配置できます。

LGAのデメリット

• LGAは破損しにくいですが、問題が発生すると修理費用が高額になります。

LGA vs BGA：構成部品

LGAは接続にボールを使用しません。代わりにフラットなコンタクトを使用し、ソケットまたは直接ハンダ付けでPCBに接続します。

対照的に、BGAはボールでPCBに接続します。これらのボールは通常、パッケージの底面に取り付けられています。

LGA vs BGA：接続と交換の容易さ

LGAはPCBへの接続が非常に簡単です。通常、これらのPCBにはソケットが付いており、LGA CPUを挿入するだけです。交換プロセスも特別なものではなく、古いCPUを取り外し、新しいものを挿入するだけです。

LGAソケット

一方、BGAはCPUソケットへの接続と取り外しに特殊装置が必要です。ほぼリスクフリーですが、LGAパッケージよりもコストがかかります。

BGAソケット

LGA vs BGA：マイクロプロセッサでの採用

AMDやIntelなどの主要メーカーは、特にデスクトップゲーミングPC向けに、BGAよりもLGAパッケージを好んで採用しています。

Intel Xeon LGA CPU

また、一部メーカーはマイクロプロセッサ、WiFiチップ、FPGAを永久実装するためにBGAをまだ使用しています。

BGA vs LGA：どちらが良いか？

BGAとLGAはどちらも優れています。しかし、選択は好みやプロジェクト要件に最適なものによって決めるべきです。

最後に

LGAとBGAは長年にわたり存在する優れたICパッケージです。欠点はありますが、これらのパッケージの性能は多くの技術進歩をもたらしました。

例えば、これらのパッケージにより、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレットなどの強力なガジェットやデバイスが生まれました。また、高性能なPCの使用も可能にしています。

LGAとBGAパッケージについてどう思われますか？これらを効果的に活用する方法でお困りですか？ご質問があればお気軽にお問い合わせください。