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公開：2024-08-12

LGA(Land Grid Array)とは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

LGA(Land Grid Array)とは

LGAはLand Grid Arrayの略称で、半導体パッケージの一種です。LGAパッケージは、基板上に格子状に配列された端子を持ち、その端子と基板の接点をはんだ付けすることで電気的な接続を行います。

LGAパッケージは、BGAパッケージと比較して、端子の配列が格子状であるため、端子間のピッチを小さくすることができます。これにより、高密度実装が可能となり、パッケージサイズを小型化できるという利点があります。

LGAパッケージは、主にCPUやチップセットなどの高性能デバイスに用いられています。LGAソケットを採用することで、CPUの交換が容易になり、アップグレードが可能となります。

LGAパッケージの端子は、金めっきされた銅製のピンで構成されています。このピンは、基板上のパッドと接触することで電気的な接続を確立します。

LGAパッケージは、BGAパッケージと比べて、はんだボールを使用しないため、はんだ接合部の信頼性が高いという特徴があります。また、LGAパッケージは、BGAパッケージよりも基板との熱膨張係数の差が小さいため、温度変化に対する耐性が高くなっています。

LGAパッケージの構造と特徴

「LGAパッケージの構造と特徴」に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• LGAパッケージの基本構造と端子配列
• LGAパッケージの電気的特性と信号伝送
• LGAパッケージの放熱性と機械的強度

LGAパッケージの基本構造と端子配列

LGAパッケージは、基板上に格子状に配列された端子を持つ構造が特徴です。端子は、金めっきされた銅製のピンで構成され、基板上のパッドと接触することで電気的な接続を確立します。

LGAパッケージの端子配列は、格子状であるため、端子間のピッチを小さくすることができます。これにより、高密度実装が可能となり、パッケージサイズの小型化が実現できます。

LGAパッケージの基板には、端子に対応するパッドが設けられています。パッケージと基板の接続には、はんだペーストを用いて、リフローソルダリングによりはんだ付けが行われます。

LGAパッケージの電気的特性と信号伝送

LGAパッケージは、端子間のピッチが小さいため、高速な信号伝送が可能です。また、端子とパッドの接触面積が大きいため、電気的な接続の信頼性が高くなっています。

LGAパッケージでは、端子間のクロストークや信号の反射などの問題を最小限に抑えるために、基板設計や端子配置の最適化が行われます。これにより、高速かつ安定した信号伝送が実現できます。

LGAパッケージは、低インダクタンスかつ低抵抗な特性を持っているため、電源供給の安定性にも優れています。これは、高性能なCPUやチップセットの動作に適しています。

LGAパッケージの放熱性と機械的強度

LGAパッケージは、パッケージ上面に放熱板を装着することで、優れた放熱性を実現できます。放熱板は、パッケージから発生する熱を効率的に逃がすことができ、デバイスの動作温度を適切に管理します。

LGAパッケージは、はんだボールを使用しないため、はんだ接合部の機械的強度が高くなっています。これにより、温度変化や振動などの外部ストレスに対する耐性が向上します。

LGAパッケージの基板は、通常、多層構造を採用しており、層間の接続にはビアホールが用いられます。この多層構造により、基板の機械的強度が高められ、パッケージの信頼性が向上します。

LGAソケットとCPUの装着方法

「LGAソケットとCPUの装着方法」に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• LGAソケットの構造と動作原理
• CPUのLGAソケットへの装着手順
• LGAソケットとCPUの接触不良の原因と対策

LGAソケットの構造と動作原理

LGAソケットは、マザーボード上にあるCPUの装着部分であり、LGAパッケージを受け入れるための構造を持っています。ソケットには、パッケージの端子に対応する接点が格子状に配列されています。

LGAソケットの接点は、ばね構造を持っており、CPUを装着する際に接点がパッケージの端子と接触するように設計されています。これにより、確実な電気的接続が確立されます。

LGAソケットには、CPUを固定するためのレバーやラッチ機構が備わっています。これらの機構により、CPUがソケットに確実に固定され、動作中の接触不良を防止します。

CPUのLGAソケットへの装着手順

CPUをLGAソケットに装着する際は、まずソケットのレバーを開放し、CPUを正しい向きでソケットに載せます。このとき、CPUの端子とソケットの接点が正しく対応するように注意する必要があります。

CPUを載せたら、ソケットのレバーを閉じ、CPUを固定します。レバーを閉じる際は、力を均等にかけ、CPUがソケットに平行に装着されるようにします。

CPUの装着後は、冷却ファンやヒートシンクを取り付けます。これにより、CPUの動作時の発熱を適切に管理し、安定した動作を確保します。

LGAソケットとCPUの接触不良の原因と対策

LGAソケットとCPUの接触不良は、システムの不安定動作や起動不良の原因となります。接触不良の主な原因は、ソケットやCPUの端子の汚れや損傷、装着時の不適切な扱いなどです。

接触不良を防ぐためには、ソケットとCPUの端子を清潔に保つことが重要です。装着前に、エアダスターなどを用いて、ゴミや埃を取り除くようにします。

また、CPUの装着時は、過度な力をかけたり、斜めに装着したりしないように注意が必要です。装着後は、システムを起動し、動作の安定性を確認することが推奨されます。

LGAパッケージの実装と基板設計上の留意点

「LGAパッケージの実装と基板設計上の留意点」に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• LGAパッケージの実装プロセスと使用する材料
• LGAパッケージを実装する基板の設計ポイント
• LGAパッケージの実装不良の原因と対策方法

LGAパッケージの実装プロセスと使用する材料

LGAパッケージの実装は、基板上のパッドにはんだペーストを印刷し、パッケージを搭載した後、リフロー炉で加熱してはんだ付けを行うプロセスが一般的です。実装に使用するはんだペーストは、無鉛はんだが主流となっています。

LGAパッケージの実装には、高精度な位置合わせが求められます。そのため、実装機械には高い位置決め精度と繰り返し精度が要求されます。また、はんだペーストの印刷には、ステンシルを用いた印刷法が用いられます。

リフロー炉では、はんだペーストを溶融させ、パッケージの端子と基板のパッドを接合します。リフロープロファイルは、パッケージや基板の特性に合わせて最適化される必要があります。

LGAパッケージを実装する基板の設計ポイント

LGAパッケージを実装する基板の設計では、パッドの配置や配線パターンの最適化が重要なポイントとなります。パッドの配置は、パッケージの端子配列に合わせて設計し、はんだ接合部の信頼性を確保する必要があります。

基板の配線パターンは、高速信号の伝送特性を考慮して設計する必要があります。配線の特性インピーダンスや長さのマッチング、クロストークの抑制などが重要な設計ポイントとなります。

また、LGAパッケージの放熱特性を考慮し、基板上の放熱領域や放熱ビアの配置を最適化することも重要です。これにより、パッケージから発生する熱を効率的に逃がし、デバイスの動作温度を適切に管理できます。

LGAパッケージの実装不良の原因と対策方法

LGAパッケージの実装不良は、はんだ接合部の断線やショート、パッケージの浮きなどの問題を引き起こします。実装不良の主な原因は、はんだペーストの印刷不良、位置ずれ、リフロー条件の不適切さなどです。

実装不良を防ぐためには、はんだペーストの印刷品質の管理、実装機械の位置決め精度の維持、リフロー条件の最適化などが重要です。また、実装後の検査により、不良の早期発見と対策が可能となります。

LGAパッケージの実装では、静電気対策も重要です。静電気放電によるデバイスの損傷を防ぐため、適切な静電気対策が必要です。作業者のアース、静電気防止用の資材の使用などが効果的な対策となります。

※上記コンテンツはAIで確認しておりますが、間違い等ある場合はコメントよりご連絡いただけますと幸いです。

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