今天,咱们接着来讲讲芯片封装中的另外三种常见类型:PGA,LGA 和 BGA。PGA 全称是 Pin Grid Array,即“插针网格阵列封装”。这种封装的特点是芯片底部有一排排整齐排列的镀金插针引脚,看上去就像一个小型针床。这些金属引脚可以直接插到主板上的母插座孔里,通过引脚和孔洞的接触实现电气连接。
目前主流的消费级 PGA 封装 CPU,引脚数量大多在 1000 到 2000 之间。我们熟悉的 Intel 早期 CPU 很多都采用这种封装方式。
AMD 的Ryzen 1000-5000 系列,使用的 AM4接口,PGA 引脚数量为 1331 个。
根据材料和应用的不同,PGA封装又衍生出一些分类,如下图:
PGA 封装一般用在对插拔频率有要求的器件上,原本是 CPU 封装的主流形式,但随着 LGA 和 BGA 这类封装密度更高的技术出现,通用 CPU 逐渐转向 LGA,而固定焊接的 CPU 或 SoC 则更多采用 BGA。那么下面我们就来说说 LGA,全称是 Land Grid Array,也就是“平面触点阵列封装”。它其实是 PGA 的一个演进版本,把芯片底部的插针换成了平面的金属触点,同时把 PCB 上的母插座改成了带弹性针头的公插座。公插座上的弹性针头会与芯片上的平面触点紧密接触,从而实现电气连接。因此,安装 LGA 芯片时,准确来说我们是“放置并锁定”,而不是像 PGA 那样“插入”。
LGA常见于Intel处理器,它在2022年推出的Core i9-12900 CPU采用的就是LGA-1700封装技术,如下图所示,底部有1700个触点。AMD从AMD Ryzen 7000开始,桌面CPU也放弃了PGA,转而使用LGA封装。
LGA 在扩展性方面相当强大,目前技术上已经突破了 10,000 个触点的大关。比如Intel的下下代至强Diamond Rapids(LGA9324)。虽然接口名称为 LGA9324,但实际上触点数量达到了 10096 个(对密集恐惧症不太友好哈)。LGA 主要用于需要经常插拔的芯片,比如 CPU、CPLD,以及一些采用表面贴装焊接的芯片模组。最后我们来看 BGA,全称 Ball Grid Array,也就是“球栅阵列封装”。顾名思义,它的芯片底部布满了微小的金属焊球。TSOP(薄型小尺寸封装)是一种很成熟但现在已基本过时的封装,目前可能只有在一些存储芯片中还能看到它的身影。当它被焊接到 PCB 板上时,锡球阵列需要和板上的焊盘精确对位,然后通过热风加热,一次性完成所有焊点的焊接。BGA 技术广泛应用于 CPU、GPU、FPGA、SoC 和存储芯片等领域。可以说,BGA 是现代高性能芯片的绝对主流选择,几乎所有知名科技公司的核心产品都依赖于 BGA 封装。
比如 CoWoS-R,就是一种基于 BGA 的高级封装技术。总结一下,PGA、LGA 和 BGA 这三种封装,芯片底部都布满了用于信号引出的金属点,但它们的结构和用途有所不同:
PGA 是镀金插针,可插拔,常用于可替换的 CPU;
LGA 是平面触点,也是可插拔设计,适用于高密度、高引脚数的芯片;
BGA 是锡球,焊接后一般不可拆卸,主要用于高性能、高集成度的芯片。