CPU封裝技術(shù)介紹

文章出處：http://www.xianjuhong.com 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012年02月23日

　　所謂“CPU封裝技術(shù)”是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術(shù)。以CPU為例，我們實(shí)際看到的體積和外觀并不是真正的CPU內(nèi)核的大小和面貌，而是CPU內(nèi)核等元件經(jīng)過封裝后的產(chǎn)品。

　　CPU封裝對(duì)于芯片來說是必須的，也是至關(guān)重要的。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB(印制電路板)的設(shè)計(jì)和制造，因此它是至關(guān)重要的。封裝也可以說是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。因此，對(duì)于很多集成電路產(chǎn)品而言，封裝技術(shù)都是非常關(guān)鍵的一環(huán)。

　　目前采用的CPU封裝多是用絕緣的塑料或陶瓷材料包裝起來，能起著密封和提高芯片電熱性能的作用。由于現(xiàn)在處理器芯片的內(nèi)頻越來越高，功能越來越強(qiáng)，引腳數(shù)越來越多，封裝的外形也不斷在改變。封裝時(shí)主要考慮的因素：

　　芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率，盡量接近1:1 引腳要盡量短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠(yuǎn)，以保證互不干擾，提高性能 基于散熱的要求，封裝越薄越好

　　作為計(jì)算機(jī)的重要組成部分，CPU的性能直接影響計(jì)算機(jī)的整體性能。而CPU制造工藝的最后一步也是最關(guān)鍵一步就是CPU的封裝技術(shù)，采用不同封裝技術(shù)的CPU，在性能上存在較大差距。只有高品質(zhì)的封裝技術(shù)才能生產(chǎn)出完美的CPU產(chǎn)品。

　　CPU芯片的封裝技術(shù)：

　　DIP封裝

　　DIP封裝(Dual In-line Package)，也叫雙列直插式封裝技術(shù)，指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過100。DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。當(dāng)然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時(shí)應(yīng)特別小心，以免損壞管腳。DIP封裝結(jié)構(gòu)形式有：多層陶瓷雙列直插式DIP，單層陶瓷雙列直插式DIP，引線框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封結(jié)構(gòu)式，陶瓷低熔玻璃封裝式)等。

　　DIP封裝具有以下特點(diǎn)：

　　1.適合在PCB(印刷電路板)上穿孔焊接，操作方便。

　　2.芯片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。

　　最早的4004、8008、8086、8088等CPU都采用了DIP封裝，通過其上的兩排引腳可插到主板上的插槽或焊接在主板上。

　　QFP封裝

　　這種技術(shù)的中文含義叫方型扁平式封裝技術(shù)(Plastic Quad Flat Pockage)，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的CPU芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在100以上。該技術(shù)封裝CPU時(shí)操作方便，可靠性高;而且其封裝外形尺寸較小，寄生參數(shù)減小，適合高頻應(yīng)用;該技術(shù)主要適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線。

　　PFP封裝

　　該技術(shù)的英文全稱為Plastic Flat Package，中文含義為塑料扁平組件式封裝。用這種技術(shù)封裝的芯片同樣也必須采用SMD技術(shù)將芯片與主板焊接起來。采用SMD安裝的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有設(shè)計(jì)好的相應(yīng)管腳的焊盤。將芯片各腳對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的焊盤，即可實(shí)現(xiàn)與主板的焊接。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專用工具是很難拆卸下來的。該技術(shù)與上面的QFP技術(shù)基本相似，只是外觀的封裝形狀不同而已。

　　PGA封裝

　　該技術(shù)也叫插針網(wǎng)格陣列封裝技術(shù)(Ceramic Pin Grid Arrau Package)，由這種技術(shù)封裝的芯片內(nèi)外有多個(gè)方陣形的插針，每個(gè)方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列，根據(jù)管腳數(shù)目的多少，可以圍成2～5圈。安裝時(shí)，將芯片插入專門的PGA插座。為了使得CPU能夠更方便的安裝和拆卸，從486芯片開始，出現(xiàn)了一種ZIF CPU插座，專門用來滿足PGA封裝的CPU在安裝和拆卸上的要求。該技術(shù)一般用于插拔操作比較頻繁的場(chǎng)合之下。

　　BGA封裝

　　BGA技術(shù)(Ball Grid Array Package)即球柵陣列封裝技術(shù)。該技術(shù)的出現(xiàn)便成為CPU、主板南、北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。但BGA封裝占用基板的面積比較大。雖然該技術(shù)的I/O引腳數(shù)增多，但引腳之間的距離遠(yuǎn)大于QFP，從而提高了組裝成品率。而且該技術(shù)采用了可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能。另外該技術(shù)的組裝可用共面焊接，從而能大大提高封裝的可靠性;并且由該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的封裝CPU信號(hào)傳輸延遲小，適應(yīng)頻率可以提高很大。

　　BGA封裝具有以下特點(diǎn)：

　　1.I/O引腳數(shù)雖然增多，但引腳之間的距離遠(yuǎn)大于QFP封裝方式，提高了成品率

　　2.雖然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善電熱性能

　　3.信號(hào)傳輸延遲小，適應(yīng)頻率大大提高

　　4.組裝可用共面焊接，可靠性大大提高

　　目前較為常見的封裝形式：

　　OPGA封裝

　　OPGA(Organic pin grid Array，有機(jī)管腳陣列)。這種封裝的基底使用的是玻璃纖維，類似印刷電路板上的材料。 此種封裝方式可以降低阻抗和封裝成本。OPGA封裝拉近了外部電容和處理器內(nèi)核的距離，可以更好地改善內(nèi)核供電和過濾電流雜波。AMD公司的AthlonXP系列CPU大多使用此類封裝。

　　mPGA封裝

　　mPGA，微型PGA封裝，目前只有AMD公司的Athlon 64和英特爾公司的Xeon(至強(qiáng))系列CPU等少數(shù)產(chǎn)品所采用，而且多是些高端產(chǎn)品，是種先進(jìn)的封裝形式。

　　CPGA封裝

　　CPGA也就是常說的陶瓷封裝，全稱為Ceramic PGA。主要在Thunderbird(雷鳥)核心和“Palomino”核心的Athlon處理器上采用。

　　FC-PGA封裝

　　FC-PGA封裝是反轉(zhuǎn)芯片針腳柵格陣列的縮寫，這種封裝中有針腳插入插座。這些芯片被反轉(zhuǎn)，以至片模或構(gòu)成計(jì)算機(jī)芯片的處理器部分被暴露在處理器的上部。通過將片模暴露出來，使熱量解決方案可直接用到片模上，這樣就能實(shí)現(xiàn)更有效的芯片冷卻。為了通過隔絕電源信號(hào)和接地信號(hào)來提高封裝的性能，F(xiàn)C-PGA 處理器在處理器的底部的電容放置區(qū)域(處理器中心)安有離散電容和電阻。芯片底部的針腳是鋸齒形排列的。此外，針腳的安排方式使得處理器只能以一種方式插入插座。FC-PGA 封裝用于奔騰 III 和英特爾 賽揚(yáng) 處理器，它們都使用 370 針。

　　FC-PGA2封裝

　　FC-PGA2 封裝與 FC-PGA 封裝類型很相似，除了這些處理器還具有集成式散熱器 (IHS)。集成式散熱器是在生產(chǎn)時(shí)直接安裝到處理器片上的。由于 IHS 與片模有很好的熱接觸并且提供了更大的表面積以更好地發(fā)散熱量，所以它顯著地增加了熱傳導(dǎo)。FC-PGA2 封裝用于奔騰 III 和英特爾賽揚(yáng)處理器(370 針)和奔騰 4 處理器(478 針)。

　　OOI封裝

　　OOI 是 OLGA 的簡(jiǎn)寫。OLGA 代表了基板柵格陣列。OLGA 芯片也使用反轉(zhuǎn)芯片設(shè)計(jì)，其中處理器朝下附在基體上，實(shí)現(xiàn)更好的信號(hào)完整性、更有效的散熱和更低的自感應(yīng)。OOI 有一個(gè)集成式導(dǎo)熱器 (IHS)，能幫助散熱器將熱量傳給正確安裝的風(fēng)扇散熱器。OOI 用于奔騰 4 處理器，這些處理器有 423 針。

　　PPGA封裝

　　“PPGA”的英文全稱為“Plastic Pin Grid Array”，是塑針柵格陣列的縮寫，這些處理器具有插入插座的針腳。為了提高熱傳導(dǎo)性，PPGA 在處理器的頂部使用了鍍鎳銅質(zhì)散熱器。芯片底部的針腳是鋸齒形排列的。此外，針腳的安排方式使得處理器只能以一種方式插入插座。

　　S.E.C.C.封裝

　　“S.E.C.C.”是“Single Edge Contact Cartridge”縮寫，是單邊接觸卡盒的縮寫。為了與主板連接，處理器被插入一個(gè)插槽。它不使用針腳，而是使用“金手指”觸點(diǎn)，處理器使用這些觸點(diǎn)來傳遞信號(hào)。S.E.C.C. 被一個(gè)金屬殼覆蓋，這個(gè)殼覆蓋了整個(gè)卡盒組件的頂端。卡盒的背面是一個(gè)熱材料鍍層，充當(dāng)了散熱器。S.E.C.C. 內(nèi)部，大多數(shù)處理器有一個(gè)被稱為基體的印刷電路板連接起處理器、二級(jí)高速緩存和總線終止電路。S.E.C.C. 封裝用于有 242 個(gè)觸點(diǎn)的英特爾奔騰II 處理器和有 330 個(gè)觸點(diǎn)的奔騰II 至強(qiáng)和奔騰 III 至強(qiáng)處理器。

　　S.E.C.C.2 封裝

　　S.E.C.C.2 封裝與 S.E.C.C. 封裝相似，除了S.E.C.C.2 使用更少的保護(hù)性包裝并且不含有導(dǎo)熱鍍層。S.E.C.C.2 封裝用于一些較晚版本的奔騰II 處理器和奔騰 III 處理器(242 觸點(diǎn))。

　　S.E.P.封裝

　　“S.E.P.”是“Single Edge Processor”的縮寫，是單邊處理器的縮寫。“S.E.P.”封裝類似于“S.E.C.C.”或者“S.E.C.C.2”封裝，也是采用單邊插入到Slot插槽中，以金手指與插槽接觸，但是它沒有全包裝外殼，底板電路從處理器底部是可見的。“S.E.P.”封裝應(yīng)用于早期的242根金手指的Intel Celeron 處理器。

　　PLGA封裝

　　PLGA是Plastic Land Grid Array的縮寫，即塑料焊盤柵格陣列封裝。由于沒有使用針腳，而是使用了細(xì)小的點(diǎn)式接口，所以PLGA封裝明顯比以前的FC-PGA2等封裝具有更小的體積、更少的信號(hào)傳輸損失和更低的生產(chǎn)成本，可以有效提升處理器的信號(hào)強(qiáng)度、提升處理器頻率，同時(shí)也可以提高處理器生產(chǎn)的良品率、降低生產(chǎn)成本。目前Intel公司Socket 775接口的CPU采用了此封裝。

　　CuPGA封裝

　　CuPGA是Lidded Ceramic Package Grid Array的縮寫，即有蓋陶瓷柵格陣列封裝。其與普通陶瓷封裝最大的區(qū)別是增加了一個(gè)頂蓋，能提供更好的散熱性能以及能保護(hù)CPU核心免受損壞。目前AMD64系列CPU采用了此封裝。