所谓封装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、保护芯片和增强散热功能的作用，而且还是沟通芯片内部与外部电路的桥梁。封装对CPU起着重要的作用。芯片封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、PQFP、PGA、BGA到FC-PGA,技术指标一代比一代先进。目前封装技术适用芯片的频率越来越高，散热性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性有很大提离。

1. 封装技术中的问题

在通过了严格的测试后，已经具备各种电路结构的硅片就可以送至封装厂，切割成单个CPU的核心（die），然后进行封装。采用不同封装技术的CPU，在性能上存在较大差距。衡量一个芯片封装技术是否先进，一个重要的指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。而且每出现一代新的CPU，就伴随着一种新的封装技术。

CPU封装的 目的是使CPU核心与外部电路建立连接，同时作为隔离界面，防止CPU核心部分被外界污染或损伤。对于不同的CPU，封装形式也不同，例如笔记本CPU的 封装要求更小更薄，便于散热。对于服务器CPU的封装，要求安全可靠。封装的材料从陶瓷基底正在转向有机材料基底，封装形式也经历了双列直插（DIP）到 目前的FC-PGA。 CPU封装技术需要解决四个问题：CPU核心的保护、有利于CPU的散热、CPU与主板的连接方式、封装成本问题。CPU的常用封装形式如图1所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

图1 CPU的封装形式

2. PDIP封装

20世纪70年代流行的是塑料双列直插封装（PDIP）形式，PDIP封装结构具有以下特 点：适合PCB的穿孔安装；易于对印刷电路板布线；操作方便。英特尔公司的8086、 8087都采用PDIP封装形式。

3. PLCC封装

80286采用了一种称为塑料四边引线扁平封装（PLCC）的形式。PQFP封装形式如图3所示。

4. PQFP封装

塑 料方形扁平封装（PQFP）主要用于早期笔记本微机CPU封装。它可以将CPU芯片平面焊接（ATM）在主板上，不需要CPU插座，节省了空间。PQFP 的特点是：适合用表面安装技术（SMT）在印刷电路板上安装布线；封装尺寸小，寄生参数小，适合高频应用；可靠性髙。英特尔80386SX、中国龙芯一号 都是采用PQFP封装形式（如图3所示）。

5. BGA封装

为了满足新型CPU和笔记本CPU的需要，又增添了球栅阵列 封装（BGA）形式，如图4所示。BGA封装的特点是：I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于PQFP。虽然它的功耗增加了，但是BGA能用可控塌陷芯 片法焊接（简称C4焊接），从而可以改善它的导热性能。重量减轻3/4以上，寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高。组装可用共面焊接，可靠性 高。

BGA封装有：CBGA（陶瓷球栅阵列封装〉、LGA（塑料栅格阵列纣装〉、uFCBGA（微型反转球栅阵列封装）几种方式。英特尔公 司在Pentium II和Pentium III中，采用了一种塑料栅格阵列封装（LGA）形式，它将CPU内核安装在一个塑料基板上。伹是塑料栅格阵列封装（LGA）没有使用低温焊接球，而是使 用很小的焊盘。Pentium III笔记本CPU封装形式如图5所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图5 BGA封装形式

6. PGA封装

PGA（针 栅阵列）封装是使用最为广泛的一种封装方式。通常这种封装是正方形的，在中央区周围均匀地分布着3 ~4排甚至更多引脚，引脚能插人主板CPU插座上对应的插孔。这种封装形式非常适合针脚多的CPU。PGA封装的引脚是镀金的，这样可以保证信号接触良 好。PGA封装有：CPGA（陶瓷针栅阵列）、OPGA(有机玻璃针栅阵列）、PPGA（塑料针栅阵列）、SPGA（交错针栅阵列）等。

7. SEPP封装

英 特尔公司设计Pentium II CPU时，英特尔公司的工程师把L2 Cache同CPU核心分开放置，以减少热量对CPU的影响，英特尔公司称这种封装形式为SEPP。PGA封装形式采用Socket插座，CPU都全部紧 贴在主板上，散热效果极差。而SEPP封装将CPU以LGA方式封装在一块转接板上，然后像板卡一样立起来，两边都能散热。这种形式确实让CPU的散热效 率大大增强，但成本方面的问题让它的价格始终不能降得太低。之后，英特尔公司又在早期的Pentium III CPU中采用了SECC封装形式，但是由于成本太髙，在以后的Pentium III CPU中又废弃了这种封装形式。Pentium II CPU的SEPP封装形式如图6所示。

图6 Pentium II CPU的SEPP封装外观

8. FC-PGA封装

英特尔公司从Pentium III Coppermine（铜矿）CPU开始，采用一种称为FC-PGA（反转芯片针栅阵列）的封装形式。FC-PGA封装的芯片厚度仅有1mm左右，重量也相当的轻，核心部分面积只有一个指甲大小。FC-PGA封装形式如图7所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

图7 FC-PGA封装

如图8所示，FC-PGA封装2（反转芯片针栅阵列）封装把以往"倒挂"在封装基片下的核心翻转180度，使之固定于封装基片之上，这样可以缩短连线，并有利散热。不过这并非英特尔公司的创举，AMD公司在K6 CPU中就采用了类似的技术。

 

 

 

 

 

图8 FC-PGA2封装形式

FC- PGA封装的缺点在于CPU核心直接暴露在顶部，散热片与CPU核心直接接触，虽然有利于散热，但是，如果在安装风扇时不小心，就很容易造成核心部分破 碎。因此，以后英特尔公司将FC-PGA改造成为FC-PGA2的形式。FC-PGA2在CPU核心上方安装一块方形金属盖，这块金属盖除了能保护脆弱的 CPU核心外，还与CPU核心的嵌人式散热片紧密接触，可以迅速将热量快速排出，确保CPU核心内部的温度不致太高。

9. BBUL封装技术

目前CPU中的硅芯片通过焊接"凸点"小球与封装基底连接，如图9所示。这些凸点成为核心与封装层之间的电流通路，然后再由封装层与。CPU引脚连接。随着CPU速度的提髙，芯片封装技术中对焊接凸点的材质、焊接密度、焊接工艺等技术 要求越来越髙。

2001年，英特尔公司宣布发展一种新型的CPU封装技术，这种称为无凸点内层(BBUL)的封装技术，可以用于内部晶体管数目超过10亿个的核心封装，这是目 前封装技术无法做到的。

无 凸点内层 (BBUL)的封装技术彻底免除了焊接凸点，而是将封装材料直接"生成"在CPU硅芯片核心周围。另外，无凸点内层(BBUL)封装采用了髙速铜接线技 术，将硅芯片连接到不同的封装层中。这些新技术减少了CPU的厚度，使得工作电压更低。无凸点内层(BBUL)封装技术可以用于制造多芯片CPU，例如可 以将两个硅芯片嵌入在一个封装里。这样就可以将CPU、存储器、外围电路 等封装在一起，为单片计算机创造史好的条件（如图10所示〉。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图9 CPU焊接凸点放大图（显微放大图）

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