Kiểu đóng gói chip dạng chân cắm - PGA

Các thay đổi của sản phẩm chip lưới bó mạng chân (PGA: Pin Grid Array) đã trở nên dần thông dụng qua nhiều năm.

Quá trình phát triển

Bắt đầu với bộ xử lý 286 năm từ 1980 và kéo dài cho đến hôm nay, mặc dù không phải là tất cả thiết kế CPU. Tên PGA lấy từ thực tế là con chip có lưới mạng giống hệ thống bó chân (pin) trên bề đáy của CPU. Những chip PGA được chèn vào những socket, thường là thiết kế ZIF (zero insertion force). Một ZIF socket là một đòn bẩy cho phép sự lắp đặt hay di chuyển dễ dàng của con chip.

Phần lớn bộ xử lý Pentium dùng sự đa dạng trên PGA thông thường được gọi là mạng lưới bó chân so le (SPGA: staggered pin grid array) trong đó bó chân được xếp so le ở mặt dưới của con chip hơn là hàng dọc ngang tiêu chuẩn. Điều này được thực hiện để di chuyển các chân gần nhau hơn và làm giảm kích cỡ tổng thể con chip khi số lượng lớn chân được yêu cầu.

PGA mới có khác biệt gì

Khác biệt của PGA cũ hơn là có khuôn bộ xử lý đặt trên lỗ hổng phía dưới bộ nền với bề mặt trên ngửa lên nếu xoay con chip úp lại. Khuôn được gắn các bó chân vào gói chip với hàng trăm dây vàng ròng nhỏ liên kết với sự kết nối tại cạnh con chip với kết nối phía trong gói chip. Sau khi gắn chặt bó chân, lỗ hổng được niêm bằng miếng kim loại. Đó là phương pháp sản xuất đắt tiền và tốn thời gian, nhưng rẻ hơn và hiệu quả hơn phương pháp đóng gói.

Phần lớn các con chip hiện đại được xây dựng trên hình thức mạng lưới bó chân chip lật (FC-PGA: Flip- chip pin grid array). Loại này cũng được cắm vào vào socket PGA, nhưng cách thức sản xuất này đơn giản cực kỳ. Với FC-PGA khuôn silic thô được đặt úp mặt lên bề mặt nền chip, thay vì gắn bó chân, sự kết nối được tạo bởi những chỗ hàn nhỏ quanh chu vi khuôn. Kế tiếp cạnh được niêm bởi đường chỉ cầu oxy. Với phiên bản đầu của FC-PGA ta có thể thấy mặt sau của khuôn thô đặt trên con chip.

Nhưng có một số vấn đề khi đặt thiết bị giải nhiệt lên con chip FC-PGA. Thiết bị giải nhiệt đặt trên mặt khuôn như một cái bệ. Nếu nhấn mạnh lên một cạnh của thiết bị giải nhiệt trong quá trình cài đặt nguy cơ gãy khuôn si lic và làm hư con chip. Điều này đặc biệt trở thành một sự cố khi bộ tản nhiệt lớn hơn, nặng hơn và lực của kẹp giữ lớn hơn.

AMD giảm nguy cơ hư hại bằng cách thêm miếng đệm cao su tại mỗi góc của nền chip cho Athlon XP, ngăn ngừa thiết bị giải nhiệt nghiêng đi trong suốt quá trình lắp đặt. Nhưng những miếng hãm này có thể ép xuống gây ra gãy khuôn.

Intel sửaa lại đóng gói của họ với phiên bản FC - PGA 2 mới hơn cho Pentium III và tất cả Pentium 4. Nó kết hợp mỏm kim loại bảo vệ, gắn với phần tản nhiệt (heat spreader), bảo vệ CPU khỏi hư hỏng khi lắp thiết bị giải nhiệt vào. Con CPU đầu tiên dùng phần tản nhiệt là dòng bộ xử lý K6 của AMD.

Tất cả bộ xử lý Intel từ Pentium 4, và bộ xử lý AMD từ Athlon 64 dùng một thiết kế thiết bị tản nhiệt trên khuôn bộ xử lý, cho phép các bộ tản nhiệt lớn hơn, nặng hơn được lắp đặt mà không có bất kỳ tổn hại tiềm tàng nào đối với nhân bộ xử lý.

Xu hướng tương lai

Các hướng đóng gói tương lai dùng đóng gói BBUL (bumpless build-up layer). Nghĩa là chip được gắn thẳng vào khuôn trong quá trình đóng gói; thực tế, các lớp gói được phát triển chung quanh và phía trên khuôn, gói gọn nó hoàn toàn trong gói. Điều này cho phép một bề mặt phẳng hoàn toàn để gắn thiết bị giải nhiệt cũng như liên kết nội bộ sẽ ngắn hơn. BBUL được thiết kế để điều khiển các xung cao như 20GHz hay nhanh hơn.