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CPU芯片封装技术以及封装的方式
2021-07-24
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CPU芯片封装技术以及封装的方式:

cpu封装技术分为:DIP封装,QFP封装,PFP封装,PGA封装,BGA封装等。

cpu封装形式: OPGA封装,mPGA封装,CPGA封装,FC-PGA封装,FC-PGA2封装,OOI封装,PPGA封装,S.E.C.C.封装,S.E.C.C.2封装,S.E.P.封装,PLGA封装,CuPGA封装等。

BGA封装基板

一,先讲解下cpu封装技术: 

DIP封装(DualIn-linePackage):

也叫双列直插式封装技术,指采用双列直插形式封装的集成电路芯片,绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式,其引脚数一般不超过100。DIP封装的CPU芯片有两排引脚,需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然,也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心,以免损坏管脚。DIP封装结构形式有:多层陶瓷双列直插式DIP,单层陶瓷双列直插式DIP,引线框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式,塑料包封结构式,陶瓷低熔玻璃封装式)等。

DIP封装特点:
1.适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接,操作方便。
2.芯片面积与封装面积之间的比值较大,故体积也较大。
早的4004、8008、8086、8088等CPU都采用了DIP封装,通过其上的两排引脚可插到主板上的插槽或焊接在主板上。

QFP封装:

这种技术的中文含义叫方型扁平式封装技术(PlasticQuadFlatPockage),该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小,管脚很细,一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式,其引脚数一般都在100以上。
QFP封装特点:

该技术封装CPU时操作方便,可靠性高;而且其封装外形尺寸较小,寄生参数减小,适合高频应用;该技术主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线。

PFP封装:

该技术的英文全称为PlasticFlatPackage,中文含义为塑料扁平组件式封装。用这种技术封装的芯片同样也必须采用SMD技术将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔,一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊盘。将芯片各脚对准相应的焊盘,即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片,如果不用专用工具是很难拆卸下来的。该技术与上面的QFP技术基本相似,只是外观的封装形状不同而已。

PGA封装:

该技术也叫插针网格阵列封装技术(CeramicPinGridArrauPackage),由这种技术封装的芯片内外有多个方阵形的插针,每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列,根据管脚数目的多少,可以围成2~5圈。安装时,将芯片插入专门的PGA插座。为了使得CPU能够更方便的安装和拆卸,从486芯片开始,出现了一种ZIFCPU插座,专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。该技术一般用于插拔操作比较频繁的场合之下。

BGA封装:

BGA技术(BallGridArrayPackage)即球栅阵列封装技术。该技术的出现便成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的*佳选择。但BGA封装占用基板的面积比较大。虽然该技术的I/O引脚数增多,但引脚之间的距离远大于QFP,从而提高了组装成品率。而且该技术采用了可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善它的电热性能。另外该技术的组装可用共面焊接,从而能大大提高封装的可靠性;并且由该技术实现的封装CPU信号传输延迟小,适应频率可以提高很大。
BGA封装特点:
1.I/O引脚数虽然增多,但引脚之间的距离远大于QFP封装方式,提高了成品率
2.虽然BGA的功耗增加,但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善电热性能
3.信号传输延迟小,适应频率大大提高
4.组装可用共面焊接,可靠性大大提高

DIP封装,QFP封装,PFP封装,PGA封装,BGA封装

二,接下来讲下封装形式,目前较为常见的封装形式:

OPGA封装
OPGA(OrganicpingridArray,有机管脚阵列)。
这种封装的基底使用的是玻璃纤维,类似印刷电路板上的材料。此种封装方式可以降低阻抗和封装成本。OPGA封装拉近了外部电容和处理器内核的距离,可以更好地改善内核供电和过滤电流杂波。AMD公司的AthlonXP系列CPU大多使用此类封装。

mPGA封装
 mPGA,微型PGA封装,目前只有AMD公司的Athlon64和英特尔公司的Xeon(至强)系列CPU等少数产品所采用,而且多是些优异产品,是种先进的封装形式。

CPGA封装
CPGA也就是常说的陶瓷封装,全称为CeramicPGA。主要在Thunderbird(雷鸟)核心和“Palomino”核心的Athlon处理器上采用。

FC-PGA封装
FC-PGA封装是反转芯片针脚栅格阵列的缩写,这种封装中有针脚插入插座。这些芯片被反转,以至片模或构成计算机芯片的处理器部分被暴露在处理器的上部。通过将片模暴露出来,使热量解决方案可直接用到片模上,这样就能实现更有效的芯片冷却。为了通过隔绝电源信号和接地信号来提高封装的性能,FC-PGA处理器在处理器的底部的电容放置区域(处理器中心)安有离散电容和电阻。芯片底部的针脚是锯齿形排列的。此外,针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。FC-PGA封装用于奔腾III和英特尔赛扬处理器,它们都使用370针。

FC-PGA2封装
FC-PGA2封装与FC-PGA封装类型很相似,除了这些处理器还具有集成式散热器(IHS)。集成式散热器是在生产时直接安装到处理器片上的。由于IHS与片模有很好的热接触并且提供了更大的表面积以更好地发散热量,所以它显著地增加了热传导。FC-PGA2封装用于奔腾III和英特尔赛扬处理器(370针)和奔腾4处理器(478针)。

OOI封装
OOI是OLGA的简写。OLGA代表了基板栅格阵列。OLGA芯片也使用反转芯片设计,其中处理器朝下附在基体上,实现更好的信号完整性、更有效的散热和更低的自感应。OOI有一个集成式导热器(IHS),能帮助散热器将热量传给正确安装的风扇散热器。OOI用于奔腾4处理器,这些处理器有423针。

PPGA封装
“PPGA”的英文全称为“PlasticPinGridArray”,是塑针栅格阵列的缩写,这些处理器具有插入插座的针脚。为了提高热传导性,PPGA在处理器的顶部使用了镀镍铜质散热器。芯片底部的针脚是锯齿形排列的。此外,针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。

S.E.C.C.封装
“S.E.C.C.”是“SingleEdgeContactCartridge”缩写,是单边接触卡盒的缩写。为了与主板连接,处理器**入一个插槽。它不使用针脚,而是使用“金手指”触点,处理器使用这些触点来传递信号。S.E.C.C.被一个金属壳覆盖,这个壳覆盖了整个卡盒组件的顶端。
卡盒的背面是一个热材料镀层,充当了散热器。S.E.C.C.内部,大多数处理器有一个被称为基体的印刷电路板连接起处理器、二级高速缓存和总线终止电路。S.E.C.C.封装用于有242个触点的英特尔奔腾II处理器和有330个触点的奔腾II至强和奔腾III至强处理器。

S.E.C.C.2封装
S.E.C.C.2封装与S.E.C.C.封装相似,除了S.E.C.C.2使用更少的保护性包装并且不含有导热镀层。S.E.C.C.2封装用于一些较晚版本的奔腾II处理器和奔腾III处理器(242触点)。

S.E.P.封装
“S.E.P.”是“SingleEdgeProcessor”的缩写,是单边处理器的缩写。“S.E.P.”封装类似于“S.E.C.C.”或者“S.E.C.C.2”封装,也是采用单边插入到Slot插槽中,以金手指与插槽接触,但是它没有全包装外壳,底板电路从处理器底部是可见的。“S.E.P.”封装应用于早期的242根金手指的IntelCeleron处理器。

PLGA封装
PLGA是PlasticLandGridArray的缩写,即塑料焊盘栅格阵列封装。由于没有使用针脚,而是使用了细小的点式接口,所以PLGA封装明显比以前的FC-PGA2等封装具有更小的体积、更少的信号传输损失和更低的生产成本,可以有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率,同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。目前Intel公司Socket775接口的CPU采用了此封装。

CuPGA封装
CuPGA是LiddedCeramicPackageGridArray的缩写,即有盖陶瓷栅格阵列封装。其与普通陶瓷封装*大的区别是增加了一个顶盖,能提供更好的散热性能以及能保护CPU核心免受损坏。目前AMD64系列CPU采用了此封装。

256 PBGA Construction

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