Решетчатый контактный массив (LGA) для интегральных схем

Введение

Тип корпусов для поверхностного монтажа интегральных схем

Решетчатый массив площадок (LGA) — это тип корпусов для поверхностного монтажа интегральных схем (ИС), который отличается тем, что контакты расположены в разъеме (при использовании разъема), а не на самой интегральной схеме, как в случае корпусов с контактной решеткой (PGA). Подключение LGA к печатной плате (PCB) может осуществляться либо через разъем, либо путем непосредственной пайки к плате.

Описание

Land grid array – это технология корпусирования с решеткой контактов, "lands", на нижней стороне корпуса. Контакты предназначены для подключения к решетке контактов на печатной плате (ПП). Не обязательно использовать все ряды и столбцы решетки. Подключение контактов может осуществляться с помощью разъема LGA или при помощи паяльной пасты. Элементы решетки, используемые на практике, могут иметь, например, круглую, треугольную или другую многоугольную форму и даже различаться по размеру. Решетки иногда напоминают соты. Конструкции часто оптимизируются с учетом таких факторов, как надежность контакта при наличии допусков, электрическое расстояние до соседних контактов и обеспечение оптимальной формы для соответствующих пружинных контактов, включая их электрическое соединение, например, с материнской платой. Корпусирование LGA связано с корпусированием шаровых решеток (BGA) и штыревых решеток (PGA). В отличие от штыревых решеток, корпуса land grid array предназначены для установки в разъем или для пайки с использованием технологии поверхностного монтажа. Корпуса PGA не могут быть припаяны с использованием технологии поверхностного монтажа. В отличие от BGA, корпуса land grid array в неразъемных конфигурациях не имеют шариков и используют плоские контакты, которые припаиваются непосредственно к печатной плате. В то время как в корпусах BGA шарики служат контактами между интегральной схемой и печатной платой. Шарики обычно крепятся к нижней стороне интегральной схемы.

Использование в микропроцессорах

LGA используется в качестве физического интерфейса для микропроцессоров Intel Pentium, Intel Xeon, Intel Core и AMD Opteron, Threadripper, Epyc и новых семейств Ryzen. В отличие от интерфейса PGA, используемого в более старых процессорах AMD и Intel, на кристалле отсутствуют выводы; вместо выводов расположены контактные площадки из открытой позолоченной меди, которые соприкасаются с выступающими выводами на разъеме микропроцессора на материнской плате. По сравнению с процессорами PGA, LGA снижает вероятность повреждения чипа до или во время установки, поскольку отсутствуют выводы, которые можно случайно погнуть. Перенося выводы на материнскую плату, можно сконструировать разъем таким образом, чтобы физически защитить выводы от повреждений, а затраты на повреждения при установке можно снизить, поскольку материнские платы, как правило, значительно дешевле процессоров. Хотя сокеты LGA использовались еще в 1996 году в процессорах MIPS R10000, HP PA 8000 и Sun UltraSPARC II, этот интерфейс не получил широкого распространения до тех пор, пока Intel не представила свою платформу LGA, начиная с серий 5x0 и 6x0 Pentium 4 (Prescott) в 2004 году. Все настольные процессоры Pentium D и Core 2 используют сокет LGA 775. Начиная с первого квартала 2006 года Intel перевела серверную платформу Xeon на LGA, начиная с моделей серии 5000. AMD представила свою серверную платформу LGA, начиная с серии 2000 Opteron во втором квартале 2006 года. AMD предлагала серию Athlon 64 FX для сокета 1207FX через материнские платы ASUS L1N64 SLI WS. Это было единственное настольное решение LGA, предлагаемое AMD в то время, до выпуска Socket AM5 в 2022 году. Самый новый настольный сокет Intel LGA называется LGA 1700 (Socket H5), который используется с семействами Intel Core i3, i5 и i7 серии Alder Lake, а также с их процессорами Pentium и Celeron начального уровня. Семейства Skylake X Core i7 и Core i9 используют сокет LGA 2066. Конструкция LGA обеспечивает более высокую плотность выводов, позволяя увеличить количество контактов питания и, следовательно, обеспечить более стабильное питание чипа. AMD представила свой первый потребительский сокет LGA, названный Socket TR4 (LGA 4094), для своей высокопроизводительной настольной платформы Ryzen Threadripper. Этот сокет физически идентичен их Socket SP3 для серверных процессоров Epyc, хотя процессоры SP3 не совместимы с настольным чипсетом X399 и наоборот. Предыдущий серверный сокет AMD LGA был обозначен как Socket G34 (LGA 1944). Как и Intel, AMD решила использовать сокеты LGA из-за их более высокой плотности выводов, поскольку PGA с 1944 выводами был бы слишком большим для большинства материнских плат.

LGA is used as a physical interface for microprocessors of the Intel Pentium, Intel Xeon, Intel Core and AMD Opteron, Threadripper, Epyc, and newer Ryzen families. Unlike the pin grid array (PGA) interface found on older AMD and Intel processors, there are no pins on the chip; in place of the pins are pads of bare gold plated copper that touch protruding pins on the microprocessor's connector on the motherboard. Compared to PGA CPUs, LGA reduces the likelihood of the chip being damaged either before or during installation as there are no pins that can be accidentally bent. By transferring the pins to the motherboard, it is possible to design the socket to physically shield the pins from damage, and the costs of installation damage can be mitigated as motherboards tend to be significantly cheaper than CPUs. While LGA sockets have been in use as early as 1996 by the MIPS R10000, HP PA 8000, and Sun UltraSPARC II processors, the interface did not gain mainstream use until Intel introduced their LGA platform, starting with the 5x0 and 6x0 sequence Pentium 4 (Prescott) in 2004. All Pentium D and Core 2 desktop processors use LGA 775 socket. As of Q1 2006, Intel switched the Xeon server platform to LGA, starting with the 5000 series models. AMD introduced their server LGA platform starting with the 2000 series Opteron in Q2 2006. AMD offered the Athlon 64 FX series on socket 1207FX through ASUS's L1N64 SLI WS motherboards. It was the only desktop LGA solution offered by AMD at the time until the release of Socket AM5 in 2022. The most recent Intel desktop LGA socket is dubbed LGA 1700 (Socket H5), which is used with Intel's Alder Lake series Core i3, i5, and i7 families, as well as their lower end Pentium and Celeron families. Their Skylake X Core i7 and Core i9 families use the LGA 2066 socket. The LGA setup provides higher pin densities, allowing more power contacts and thus a more stable power supply to the chip. AMD introduced its first consumer LGA socket, called Socket TR4 (LGA 4094) for its high end desktop platform Ryzen Threadripper processors. This socket is physically identical to their Socket SP3 for their Epyc server CPUs even though SP3 CPUs are not compatible with the desktop X399 chipset and vice versa. The previous AMD server LGA socket was designated Socket G34 (LGA 1944). Like Intel, AMD decided to use LGA sockets for their higher pin densities, as a 1944 pin PGA would simply be too large for most motherboards.