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标题: 《CPU 知识详解》6、封装技术 [打印本页]

作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:28
标题: 《CPU 知识详解》6、封装技术
6、封装技术

　　所谓“封装技术”，是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。以 CPU 为例，我们实际看到的体积和外观，并不是真正的 CPU 内核的大小和面貌，而是 CPU 内核等元件经过封装后的产品。

　　封装对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏，还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的 PCB（印制电路板）的设计和制造，因此它是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。

　　目前采用的 CPU 封装，多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来，能起着密封和提高芯片电热性能的作用。由于现在处理器芯片的内频越来越高，功能越来越强，引脚数越来越多，封装的外形也不断在改变。封装时，主要考虑的因素：

　　芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近 1:1。

　　引脚要尽量短，以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能。

　　基于散热的要求，封装越薄越好。

　　作为计算机的重要组成部分，CPU 的性能直接影响计算机的整体性能。而 CPU 制造工艺的最后一步也是最关键一步，就是 CPU 的封装技术。采用不同封装技术的 CPU，在性能上存在较大差距。只有高品质的封装技术，才能生产出完美的 CPU 产品。

　　CPU 芯片的主要封装技术：

　　1) DIP 技术

　　DIP 封装（Dual In-line Package），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 封装具有以下特点：一是适合在 PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。二是芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。

　　最早的 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。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:29
2) QFP 技术

　　这种技术的中文含义，叫方型扁平式封装技术（Plastic Quad Flat Pockage）。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。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。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:39
3) PFP 技术

　　该技术的英文全称为 Plastic Flat Package，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。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:39
4) PGA 技术

　　该技术也叫插针网格阵列封装技术（Ceramic Pin Grid Arrau Package）。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 ZIF CPU 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。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:40
5) BGA 技术

　　BGA 技术（Ball Grid Array Package）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、多引脚封装的最佳选择。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 封装具有以下特点：

　　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

作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:40
6) OPGA 封装

　　OPGA（Organic pin grid Array，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 Athlon XP 系列 CPU 大多使用此类封装。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:40
7) mPGA 封装

　　mPGA，微型 PGA 封装，目前只有 AMD 公司的 Athlon 64 和英特尔公司的 Xeon（至强）系列 CPU 等少数产品所采用，而且多是些高端产品，是种先进的封装形式。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:41
8) CPGA 封装

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

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:41
9) 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。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:42
　　10) 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）。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:42
11) 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。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:42
　　12) PPGA 封装

　　“PPGA”的英文全称为“Plastic Pin Grid Array”，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。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:43
13) S.E.C.C. 封装

　　“S.E.C.C.”是“Single Edge Contact Cartridge”缩写，是单边接触卡盒的缩写。为了与主板连接，处理器被插入一个插槽。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。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:43
14) 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）。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:43
15) S.E.P. 封装

　　“S.E.P.”是“Single Edge Processor”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 Intel Celeron 处理器。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:44
16) PLGA 封装

　　PLGA 是 Plastic Land Grid Array 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 Socket 775 接口的 CPU 采用了此封装。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-20 08:44
17) CuPGA 封装

　　CuPGA 是 Lidded Ceramic Package Grid Array 的缩写，即有盖陶瓷栅格阵列封装。其与普通陶瓷封装最大的区别，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 AMD 64 系列 CPU 采用了此封装。

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