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炉火纯青 管理员
  
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小 发表于 2008-5-23 11:21 只看该作者
6、封装技术
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1 p( e, W" t0 \; T1 k电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站 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。 我爱电脑技术论坛* {) X0 `) R Y( e
8 {5 K$ C% R- N! c/ U! L2 z u电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站 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。
* d) E' X' k6 Z( r$ c% R( C& x. c% S电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站我爱电脑技术社区--打造最好的电脑技术自学交流平台7 K# |% u+ \- m0 B& \9 U& {0 a5 V- W
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:
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$ N9 I3 I" |# U$ Q电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站 芯片面积与封装面积之比为提高封装效率,尽量接近 1:1。
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V, y5 [$ s, \$ g3 o 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。 我爱电脑技术社区--打造最好的电脑技术自学交流平台9 e& i- z, L: X
0 e5 h. C4 T0 ~2 s 基于散热的要求,封装越薄越好。
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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。 电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站) d' |1 U2 S, a4 q" j
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CPU 芯片的主要封装技术:
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9 B2 W8 W; Z ?打造最好的电脑自学交流论坛 1) DIP 技术 www.520diannao.com4 X3 h: t, S/ O9 D8 a; K
6 J/ K8 V, Y+ \% d& \我爱电脑技术论坛 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。
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图2 DIP 封装的 8086 处理器 # w9 {; }. K, P5 H
" S6 }' ` _3 Z打造最好的电脑自学交流论坛 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。
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5 ]$ }, [, n2 Z7 E& w3 D 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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1 w/ ^6 A- V8 P; g0 X2 a u我爱电脑技术论坛 2) QFP 技术
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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。 我爱电脑技术论坛& Y) u# }6 b/ _3 R- A9 x5 h
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图3 QFP 封装的 80286
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1 d- z5 s7 m" }/ P) R+ \% S电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站 3) PFP 技术
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% A! C, `/ l: e' [& ?$ h! W我爱电脑技术社区--打造最好的电脑技术自学交流平台 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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; v# w) J1 q$ B& w 图4 PFP 封装的 80386 / b1 O; c# D% e6 Z
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4) PGA 技术
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, R& d$ w) G: r+ O) E2 y1 t打造最好的电脑自学交流论坛 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。 我爱电脑技术论坛' R% L+ `3 s5 X: q1 b6 H+ X* N; C
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" G7 J, Z! I4 n" `打造最好的电脑自学交流论坛图5 早先的 80486 和 Pentium、 Pentium Pro 等 CPU 均采用 PGA 封装形式 打造最好的电脑自学交流论坛: \+ z$ N# P$ K o0 C3 ~! B
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5) BGA 技术 我爱电脑技术论坛3 W @4 O* ^9 d% P# C$ g
0 X0 o! Y; y* w4 U2 Q* b( m: f- z! Q我爱电脑技术论坛 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。 5 Z0 g; D5 p# B4 Q$ u, l
% m& ^8 }# }1 S6 y/ C$ M5 N打造最好的电脑自学交流论坛 BGA 封装具有以下特点:
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, a; P, {! g, e( R: R+ }" ^打造最好的电脑自学交流论坛 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
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# n8 A4 \0 ?6 H' T! e/ _. p5 k 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
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3、信号传输延迟小,适应频率大大提高 www.520diannao.com7 k+ s' L" i1 X
# \* r! U* ^2 ?3 n$ r; f% |我爱电脑技术论坛 4、组装可用共面焊接,可靠性大大提高
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6) OPGA 封装 电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站4 t; u' V! y x; p% z: l
: E2 A! y6 X) s" n我爱电脑技术论坛 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。 www.520diannao.com( ]9 a8 w H2 N4 c2 b$ ~* f
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8 S: @, C1 y+ }) h) o) \我爱电脑技术社区--打造最好的电脑技术自学交流平台 图6 OPGA 封装 我爱电脑技术社区--打造最好的电脑技术自学交流平台5 U3 X% z7 b& [% ~
6 [# V+ e9 z8 s p) m: n我爱电脑技术社区--打造最好的电脑技术自学交流平台 7) mPGA 封装 我爱电脑技术论坛1 T, P9 q8 a. g; k4 x
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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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图7
) j4 F, c3 t1 G我爱电脑技术论坛, h) c6 k2 [6 j v
8) CPGA 封装
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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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图8 电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站! @" {0 L* D: v0 I! I2 I7 X
/ B# H& {( n4 B% _9 h( H9 r6 o 9) FC-PGA 封装 www.520diannao.com9 d% R! }, x, k# y5 L
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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。 打造最好的电脑自学交流论坛% v% u9 i( D3 m1 N9 |* m
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3 U5 ?1 q8 o0 A& \- e9 r( H9 z我爱电脑技术论坛 图9 www.520diannao.com8 Y, Q5 q( \5 _$ n/ z
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10) FC-PGA2 封装 我爱电脑技术社区--打造最好的电脑技术自学交流平台' a' j5 a3 ?2 w' ?; S/ I
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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)。 我爱电脑技术论坛6 V1 v, y& p6 p7 G2 }6 `3 L
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11) OOI 封装 我爱电脑技术论坛( _' r0 b+ P& F( P
: U$ u. Q6 _8 q9 n4 L( }电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站 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。
" z$ y6 f" _4 R我爱电脑技术论坛电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站0 ~1 m9 p" {* Q. T N( d- o
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图11
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' l& H6 G/ V" Y9 x打造最好的电脑自学交流论坛 12) PPGA 封装 打造最好的电脑自学交流论坛3 e: i, u. b- ^, c+ ]# J& {
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“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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7 A9 f0 \3 k: i# Gwww.520diannao.com 图12 我爱电脑技术论坛; r5 o# `& K8 G% h" v9 j7 u! P
# T$ f4 Q& x4 X5 `7 G4 c, o0 X' }+ [我爱电脑技术论坛 13) S.E.C.C. 封装 我爱电脑技术论坛+ i) k, |6 }+ U1 ]/ k
1 ~0 | B q+ A( c0 G打造最好的电脑自学交流论坛 “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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图13
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! i% [& D( B( p5 p: u; `; o 14) S.E.C.C.2 封装
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0 q+ I6 u0 J$ `5 D/ E打造最好的电脑自学交流论坛 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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图14
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) J, o- V; H& Y' e7 {2 Y, Q7 rwww.520diannao.com 15) S.E.P. 封装
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“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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我爱电脑技术论坛6 j0 M5 p- a* l& N0 I7 {; b4 Y/ |
- S" X$ r- [& T: v0 Z 图15
3 k3 y$ q7 h3 I电脑,技术,IT,学习,交流,网络安全,QQ,硬件,软件,编程,教程,建站* i6 X1 p y0 m* \
16) PLGA 封装 + o( @' @. q% l7 E+ w' A
* j1 U8 L5 M4 g5 L& I' E$ l" | x: l 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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图16 www.520diannao.com* P& C1 t. p7 \* a5 W; }- J" v
a1 N3 V# @9 S1 j& ]' O+ H& Zwww.520diannao.com 17) CuPGA 封装
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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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