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CPU芯片封装技术:LGA、PGA、BGA

 狮尊 2020-03-10
同其他芯片产品一样,电脑CPU芯片也是按照半导体封装工艺进行的,以保护芯片内核和增强易用性。实际上,我们平时看到的CPU并不是真正的CPU内核的大小和面貌,而是穿着铠甲的战神,这个封装后的CPU产品性能更高,可以防止外部信号的干扰,抵御空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降,而且便于安装和运输。
芯片封装技术图解

CPU和主板的连接

CPU的物理结构由晶圆与PCB加上其他电容等单元构成的。一颗CPU晶圆切割下来,与PCB连接,然后加上或者不加上保护盖,这就是一个完整的CPU了。不过,一颗CPU并不能可以工作了,需要和主板连接并加上保护层,这个过程就是CPU封装,属于先进半导体封装技术。
以下介绍CPU封装的三种主要类型:LGA、PGA、BGA。

LGA:Intel CPU采用的封装方式

LGA封装是最常见的,LGA全称“land grid array”,或者叫“平面网格阵列封装”,我们平时常见的Intel CPU基本都采用了这样的封装方式。
LGA封装CPU(右)及基板(左)
这种封装方式的特点就是触点都在CPU的PCB上,而整个CPU的背部就像网格一样覆盖在CPU背部,而为了能够让主板与CPU连通,主板则承担了提供针脚的工作。所以你会看到只要是LGA封装的CPU,针脚必然都在主板上,而且LGA的封装由于针脚设计的问题,相对来说比较脆弱,而主板针脚损坏了,就极有可能意味着整个主板的损坏了。

PGA:主流的AMD CPU采用的封装方式

PGA的全称叫做“pin grid array”,或者叫“插针网格阵列封装”,主流的AMD CPU,以及早期的酷睿移动MQ系列基本都采用了PGA封装方式。
 PGA:主流的AMD CPU采用的封装方式
采用PGA封装的AMD CPU
和LGA相反,PGA则是把针脚集中在了CPU的PCB身上,所以你会看到CPU身上会有一堆的针脚,而主板只需要提供插入针脚的插孔就好了。而且由于本身需要多次移动,PGA的针脚相对于LGA来说强度会更高,即使出现了弯曲,也能通过相对简单的方法恢复。虽然这两种半导体封装技术仅仅调换了针脚和插孔的位置,但PGA的保护功能比LGA好很多。

BGA:intel所有低压CPU采用的封装方式

BGA的全称叫做“ball grid array”,或者叫“球柵网格阵列封装”。目前,绝大部分的intel移动CPU都使用了这种封装方式,例如intel所有以H、HQ、U、Y等结尾(包括但不限低压)的处理器。
BGA可以是LGA、PGA的极端产物,和他们可以随意置换的特性不同,BGA一旦封装了,除非通过专业仪器,否则普通玩家根本不可能以正常的方式拆卸更换,但是因为是一次性做好的,因此BGA可以做的更矮,体积更小。
移动处理器大多采用BGA封装形式
移动处理器大多采用BGA封装形式

三种芯片封装方式对比

可以说,BGA、LGA、PGA三种半导体封装方式各有特点,并没有好坏优劣之分。
(1)LGA:相比较于PGA而言,体积更小,相比于BGA而言具有更换性。但是对于更换过程中的操作失误要求更严格。
(2)PGA:在三种芯片封装中体积最大,但是更换方便,而且更换的操作失误要求低。
(3)BGA:三种封装中体积最小,但是更换接近于0,同时由于封装工艺问题,BGA的触点如果在封装过程中没有对准或者结合,极有可能意味着报废,所以相比于LGA,PGA成品率更低。
对于DIY爱好者来说,LGA和PGA封装形式比较熟悉。到了IoT时代,移动处理器快速发展,业催生了一些先进半导体封装技术,但是BGA封装依然如日中天,成为移动智能终端的压倒性封装技术。虽然LGA和PGA封装形式随PC产品的落伍而风光不再,但依然是数据中心和超算的基础技术,并具有其他半导体封装形式无法取代的优势,有望继续在高性能运算领域发展和演变。

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