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A CPU (Unità di elaborazione centrale) La scelta della CPU è la decisione principale nella costruzione o nell'aggiornamento di un sistema informatico. La CPU è un pezzo unico tra i numerosi sistemi componenti. Il tipo di zoccolo e il suo meccanismo di connessione al sistema scheda madre è un aspetto cruciale nella scelta. I due tipi di socket per CPU più diffusi sono PGA (Spillo Griglia Array) e LGA (Land Grid Array).
La differenza principale tra PGA e LGA è la modalità di interconnessione. CPU PGA hanno i propri pin, che vengono inseriti negli zoccoli del PCB (ad esempio, slot AM4) quando vengono utilizzati, affidandosi all'elasticità dei pin per stabilire la connessione con gli zoccoli. Gli LGA, invece, hanno contatti prefabbricati sulle piazzole della scheda, piatto metallo sul fondo del carrello. CPUe il collegamento avviene mediante l'applicazione di una pressione attraverso i perni a molla della presa.
Nel prosieguo dell'articolo, si parlerà di CPU prese, pro e contro, designe PGA vs LGA.
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Cosa sono i socket della CPU?
Il passo iniziale sarebbe quello di creare una panoramica preliminare sui socket della CPU prima di studiare LGA vs PGA, poiché il socket è un componente fisico della scheda madre che ospita la CPU. Serve a collegare il CPU con qualsiasi altra unità che è presente nella scheda madre per facilitare il trasferimento dei dati che devono essere resi disponibili dalla scheda madre. CPU a RAM memoria e periferico dispositivi. I socket delle CPU includono in genere Zoccolo PGA e Socket LGA.
Il principale produttori in questo contesto sono AMD e Intel. AMD offrirà i suoi prodotti Socket PGA come parte di alcune delle sue linee di prodotti, mentre Intel utilizza il Socket LGA per la maggior parte delle sue offerte standard e di fascia alta, come alcuni dei processori della serie Intel Core. Il tipo di socket determina le CPU supportate da una scheda madre. Per esempio, un processore Intel Core i7 progettato per un socket LGA non può essere installato in una presa PGA e viceversa.
Qual è il significato di PGA?
Che cos'è il pacchetto PCB PGA?
Il pacchetto PGA è il tipo più diffuso di pacchetto per circuiti integrati, oltre a CPGA (Ceramic Pin Grid Array), FPGA (Field Programmable Gate Array), PPGA (matrice di griglie di pin in plastica) e SPGA (Staggered Pin Grid Array), altri due tipi specializzati sono FC-PGA (Flip Chip Pin Grid Array) e SPGA. Oltre a CPGA, FPGA, PPGA e SPGA, esistono due tipi speciali, tra cui FC-PGA e Micro PGA.
CPGA (matrice di griglia di pin in ceramica)
- CPGA usi ceramica come il pacchetto materiale, che ha una buona dissipazione del calore prestazioni e alta affidabilità, e può essere utilizzata in applicazione campi in cui la dissipazione del calore e l'affidabilità sono richieste in modo elevato.
FPGA (Field Programmable Gate Array)
- FPGA si riferisce a un dispositivo logico programmabile ad alta riconfigurabilità e flessibilità, che può essere programmato per ottenere diverse funzioni logiche. È confezionato in un pacchetto di tipo PGA con molti pin, che viene utilizzato per le applicazioni più complesse. progettazione logica digitale e prototipazione.
PPGA (matrice di griglie di pin in plastica)
- PPGA è confezionato utilizzando plastica e ha i vantaggi di basso costo e peso ridottoapplicabile alle applicazioni sensibili ai costi.
SPGA (disposizione a griglia di pin sfalsati)
- SPGA è una disposizione dei perni sfalsata che può, in una certa misura, migliorare la spillo densità e compatibilità elettromagnetica di trasmissione del segnale rispetto alla disposizione ordinata del PGA standard.
| Confronto | CPGA | FPGA | PPGA | SPGA |
| Materiale della confezione | Ceramica | Ceramica/plastica | Plastica | Plastica/Ceramica |
| Densità dei pin | Più alto | meglio | Generale | Più alto (a causa dello scaglionamento) |
| Termico | buono | Meglio | Media | Da discreto a buono (a seconda del materiale) |
| Affidabilità | Più alto | Più alto | Più alto | Più alto |
| Costi | Più alto | Più alto | Basso | Medio (tra PPGA e CPGA) |
| Applicazione | Intel Pentium MMX, AMD K6, AMD K6-2, AMD K6 III, VIA Cyrix III, Cyrix/IBM 6x86MX, processori IDT WinChip C6 e IDT WinChip 2 | Processore Intel Celeron | Processore Intel Celeron | Microprocessori specifici e circuiti integrati per applicazioni specifiche (ASIC), dove è richiesta una maggiore funzionalità in uno spazio limitato del package |
FC-PGA (matrice a griglia di pin del chip flip)
- FC-PGA è un chip flip metodo di fissaggio ad un substrato del pacchetto in cui i pin del chip sono saldato ai pin del substrato del pacchetto attraverso l'uso di bumps di saldatura. Il pacchetto ha un alta densità di pin e ha un'eccellente prestazioni elettriche e quindi si rivela utile per l'alta velocità e il alta frequenza applicazioni.
Micro PGA (Micro Pin Grid Array)
- Micro PGA è un tipo di pacchetto PGA con più stretto spillo spaziatura ed è tipicamente utilizzato nei chip che richiedono una maggiore densità di pin. La forma del pacchetto può fornire più connessioni a pin in un pacchetto di dimensioni ridotte.
| Confronto | FC-PGA | Micro PGA |
| Densità dei pin | alto | meglio |
| Elettrico | buono | meglio |
| Dimensione della confezione | Più grande | Più piccolo |
| Applicazione | Dove sono richieste prestazioni elevate | Dove è richiesta una maggiore integrazione |
| Costi | Più alto | Più alto |
Progettazione PCB PGA
Nella progettazione di PCB PGA, i pad dello zoccolo devono essere riservati per la tolleranza di inserimento dei pin, la tolleranza ± 0,05 mm, lunghezza del perno 2,5-3,5 mmche avrà un effetto sull'adattamento dell'impedenza, quindi fare riferimento ai valori di Standard IPC-7095.
Per quanto riguarda le sue caratteristiche primarie, si consideri in primo luogo la meccanico connessione. La forza di inserimento e di estrazione è generalmente 30N-80N. Ad esempio, la forza di inserimento e di estrazione delle specifiche AMD AM4 è pari a 50N, il numero di inserimenti e di estrazioni dopo circa 50 volte, il resistenza di contatto sorgerà. Guardate il numero di pin, dai 370 pin iniziali del primo Pentium III agli attuali 1331 pin dell'ultimo Ryzen AM4: la densità di pin cresce, le possibilità di diafonia tra pin vicini aumentano.
Il design PGA è vantaggioso e sfavorevole. Il primo vantaggio è l'eccellente compatibilità con i connettori, in grado di supportare gli utenti di PC desktop e altro hardware per sostituire l'aggiornamento della CPU; il secondo vantaggio è una connessione a bassa impedenza, pin montati direttamente sul PCB, l'impedenza nel percorso può essere gestita in base a 20mΩ.
Ci sono anche degli svantaggi evidenti: In primo luogo, il perno è relativamente deboleIl processo di trasporto, prosegue il rapporto dell'ASM International, è stato un'altra cosa, 0.5% della CPU PGA a causa della piegatura dei pin e del loro scarto; in secondo luogo, vi sono alcuni vincoli nella gamma delle alte frequenze. La lunghezza dei pin forma un'induttanza parassita (circa 1nH/mm), quando la frequenza del segnale 5GHz e oltre, l'attenuazione del segnale è estremamente elevata.
Che cos'è il Land Grid Array?
LGA rappresenta un design di socket moderno che implementa il concetto opposto di PGA posizionando i contatti sulla CPU anziché sui pin della scheda madre. Il tipo di socket LGA utilizza pad di rame sulla CPU al posto dei pin e monta i pin sulle schede madri.
Contattare LGA
Questa è la forma più diffusa di pacchetto LGA e presenta una serie di contatti metallici sul retro del chip che lo uniscono alle piazzole sul PCB. L'LGA a contatti possiede eccellenti prestazioni elettriche e termiche ed è ampiamente utilizzato in processori di livello desktop e server.
LGA organico (OLGA)
OLGA dispone di un substrato organico per maggiore integrità del segnale e minore autoinduttanza. I chip OLGA utilizzano la più comune configurazione flip-chip, in cui il processore è montato a faccia in giù sul substrato, per migliorare l'integrità del segnale e la rimozione del calore.
LGA in plastica (PLGA)
Il PLGA è una forma di LGA in un confezione in plastica a basso costo e buone prestazioni elettriche. Viene utilizzato in alcune applicazioni sensibili ai costi.
LGA in ceramica (CLGA)
CLGA utilizza un substrato ceramico caratterizzato da elevate proprietà termiche e alta affidabilità. Il CLGA è tipicamente utilizzato in Applicazioni ad alta affidabilità termica.
| Confronto | Tipo di contatto LGA | OLGA | PLGA | CLGA |
| Elettrico | Buono | Meglio | Generale | buono |
| Termico | Meglio | Media | Media | buono |
| Costi | Più alto | Alto | Basso | Più alto |
| Dimensione della confezione | Più grande (rispetto al PLGA) | Medio | Piccolo (rispetto a CLGA) | Più grande (rispetto al PLGA) |
| Applicazione | HPC per desktop e server | Dispositivi mobili o sottili e leggeri con elevati requisiti di integrità del segnale | Elettronica di consumo di fascia medio-bassa | Settore militare, aerospaziale e altri settori esigenti |
| Affidabilità | Alto | Più alto | Medio | Alto |
Vantaggi di
il pacchetto di processori LGA nella progettazione LGA
Vantaggio strutturale
Mantiene pad di contatto densi sul substrato della CPU invece di pin fragili, eliminando i rischi di piegatura dei pin durante l'installazione/rimozione.
Impiego di un array di pin sul lato del socket (ad esempio, Intel LGA 1200/1700) con una piastra di carico azionata da una leva per garantire l'integrità meccanica e la ripetibilità della connessione elettrica.
Interconnessione ad alta densità
Caratteristiche 0,1 mm contatti ultra-corti, riducendo l'induttanza parassita di 90% rispetto a PGA, con SerDes da 112Gbps per PCIe 6.0+ e architettura multi-core complessa.
Supporta oltre 1.700 pin in uno spazio compatto per il socket, fondamentale per le CPU di fascia alta con memoria controllore mozzi, PCIe canali, e gestione dell'energia interfacce.
Efficienza termica
Saldatura diretta back-to-CPU dell'IHS riduce resistenza termica da 15% con overclock elevati e uso prolungato di TDP elevati, garantendo la migliore dispersione del calore.
Contatto planare superficies garantire il massimo contatto tra i diffusori di calore e i raffreddatori nonostante le tecnologie PGA a pin interrotto.
Adozione del settore
Domina il calcolo ad alte prestazioni Intel Core/AMD EPYC per scalabilità, con un numero di pin di più di 4.000 in LGA di livello server come LGA-4677.
PGA vs LGA
Processi di produzione
| Parametro | PGA | LGA |
| Materiale del substrato | FR-4/Substrato ceramico (CTE 14ppm/°C) | Substrato ABF ad alta densità (CTE 10ppm/°C) |
| Processo di stampaggio dei perni | Oro duro galvanizzato (spessore ≥2,5μm) | Flessibile palo di rame + Ni-Pd-Au (altezza di 0,3 mm) |
| Requisiti di precisione del montaggio | ±50μm (limitato dalla complanarità dei pin) | ±15μm (che richiede un sistema di allineamento della visione del montatore) |
Processo di rifusione
- PGA: Temperatura di picco 245°C±5°C (alto rischio di ossidazione dei pin)
- LGA: temperatura di picco di 235 ℃ ± 3 ℃ (miglioramento dell'affidabilità della saldatura eutettica SnAgCu)
Costo (basato su 100.000 pezzi)
| Costo | PGA | LGA | Differenza |
| Costo dell'imballaggio | 8.2 | 11.5 | LGA placcato oro contatti costo 40% di più |
| Costo di produzione dei PCB | 3.8 | 2.1 | Costo elevato della PGA foro passante placcatura |
| Costo del dispositivo di prova | 1.2k | 4.5k | LGA richiede uno speciale supporto di prova per i pin pogo |
Costi del ciclo di vita
- Costi di riparazione: Tasso di successo della rielaborazione PGA 92% contro LGA 78% (Requisiti della stazione di rilavorazione BGA)
- Perdita per guasto: Tasso di guasto delle vibrazioni LGA 0.02% vs PGA 0.15% (enorme differenza nell'elettronica automobilistica)
Integrità del segnale
| Punto di prova | PGA | LGA |
| Impedenza radice del pin | 52Ω±8Ω (fluttuazione 15%) | 49Ω±2Ω (controllo <4%) |
| Frequenza di risonanza | 6,8GHz (Q 32) | 12,4 GHz (Q 58) |
| metriche | PGA | LGA | Requisiti |
| Altezza degli occhi | 68mV | 112mV | ≥60mV |
| Larghezza degli occhi | 0,38UI | 0,52UI | ≥0,35UI |
| Jitter (RMS) | 1,7ps | 0,9ps | <2ps |
Compatibilità
| Pacchetto | Supporto per l'imballaggio 3D | Interconnessione ottica | Osservazioni |
| PGA | Limitato all'impilamento 2D (errore di allineamento TSV >10μm) | Impossibile integrare il silicon light engine | Percorso ottico di mascheratura dei pin |
| LGA | Supporta HBM3 (bus a 1024 bit, passo di 40μm) | CPO realizzato | Basato sul contenuto del white paper Intel 2024 |
Conclusione
I due tipi principali di socket per CPU sono denominati LGA e PGA sono sostanzialmente diversi tra loro e presentano vantaggi e svantaggi distinti.
La PGA detiene monopolio nella fascia bassa e in quella economica AMD mercati dei processori perché offre eccellenti caratteristiche di economicità e durata, unite alla facilità d'uso. LGA offre alcuni vantaggi per Utilizzo dei processori Intel e sistemi ad alte prestazioni in base alla sua offerta di prestazioni migliorate e di un controllo termico potenziato, oltre al supporto per l'elaborazione di CPU di fascia alta.
Domande frequenti
A1: Sì. L'induttanza parassita dei contatti LGA è solo 1/10 di PGAe l'apertura del diagramma oculare è 40% più ampio in segnali PAM4 a 112 Gbps.
A2: La durata della presa è tipicamente 50 cicli (standard JEDEC JESD22-B111), e la resistenza di contatto sale fino a 50mΩ e deve essere sostituito.
A3: Utilizzare il detergente per contatti DeoxIT serie D, oppure sostituire la presa con spessore della doratura ≥ 0,3μm (ad esempio TE Connectivity 2199230-1).
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