¿Por qué ha cambiado AMD su socket PGA por LGA?

¿Por qué AMD ha decidido cambiar de PGA a LGA? En este artículo trataremos de solventar esta duda sobre este cambio en su socket AM5.

Existen varios tipos de encapsulados de montaje superficial para chips, y varios tipos de sockets, pero todos tienen sus pros y sus contras. Incluso dentro de estas tres categorías principales hay subtipos como BGA vs LGA vs PGA, que pueden ser más adecuados para una situación determinada.

BGA (Ball Grid Array)

El Ball Grid Array (BGA) es uno de los encapsulados de chip de montaje superficial más antiguos para circuitos integrados. Se utiliza comercialmente desde la década de 1960, y todavía se utiliza hoy en día. El encapsulado BGA se compone de un sustrato metálico con una rejilla de bolas de soldadura en la parte trasera, con almohadillas de contacto en la parte delantera sobre las que se asienta el chip.

Un chip BGA tiene contactos que pasan por las almohadillas de contacto de la parte delantera del chip y por pequeños agujeros en el sustrato de la parte trasera del chip, para hacer contacto con las bolas de soldadura de la parte trasera.

Los chips BGA se suelen utilizar en circuitos analógicos o de RF, ya que se pueden refrigerar eficazmente con flujo de aire al estar expuestos al exterior, aunque también se emplean para chips de baja potencia como en los dispositivos móviles, portátiles, etc.

El BGA no es tan fácil de realizar el reballing (reboleo) como otros tipos de paquetes. Por ejemplo, no hay cables ni clavijas que soldar. Los chips BGA suelen someterse a un proceso de reflujo en el que se calientan con una lámpara de infrarrojos con equipos especiales.

Beneficios para el nuevo AMD socket LGA (Land Grid Array)

El land grid array (LGA) es un encapsulado de montaje superficial para circuitos integrados que tiene las ventajas de un chip BGA y el coste de un chip pin grid array (PGA). Al igual que un BGA, el LGA no tiene pines.

El LGA tiene una rejilla de contactos o pads en la parte inferior y una rejilla de bolas (flip-chip) en la parte superior, que es similar a la de un BGA. Por ello, al igual que el BGA, el LGA es adecuado para el montaje manual.

También se utiliza en circuitos de alta potencia, pero también puede utilizarse para circuitos de baja potencia o que requieran alta velocidad. La LGA está limitada por el hecho de que no es adecuada para chips grandes, ya que el chip no puede extenderse más allá de la rejilla. Por lo tanto, el chip debe ser más pequeño que la rejilla de contactos.

También es importante destacar, que mejora muchísimo la señal y evita interferencias, que si se produce con el socket PGA. También existen más pines, para aprovechar mejor las nuevas arquitectura.

Estamos seguro que AMD apurará lo máximo posible este nuevo socket, la compatibilidad para nuevas generaciones será más difíciles que la que hemos vivido con AM4. Ya que necesitará un número de pines concreto, por lo que pasará como Intel, pero estamos seguro que no tan exagerado.

PGA (Pin Grid Array)

Pin Grid Array (PGA) es un encapsulado de chip de montaje superficial que se utiliza ampliamente para circuitos analógicos de baja y alta potencia. Se utiliza mucho en microcontroladores, microprocesadores, y otras aplicaciones de bajo consumo.

El chip PGA tiene contactos que van soldados a unos pines de contacto en su zona baja. Los pines pueden tener forma cuadrada, rectangular o cilíndrica, con diferentes grosores y separaciones.

El PGA es una buena opción para los circuitos de baja potencia, pero si se usa para circuitos de mayor potencia, se necesitará siempre un disipador y un ventilador o refrigeración líquida.

Uno de los grandes problemas de este tipo de socket, es que los disipadores con pasta térmica con mucho tiempo, tienden a pegarse al IHS del procesador, y cuando lo retiras, el procesador sale pegado a la base del disipador. Un clásico en socket AM1, AM2, AM3 y AM4.

Diferencias entre BGA, LGA y PGA

Las principales diferencias entre BGA, LGA y PGA son la cantidad de energía que cada uno puede manejar, la facilidad de montaje y el coste. El BGA es adecuado para circuitos de alta potencia, pero no es adecuado para circuitos de baja potencia, ya que utiliza más cobre. El PGA es adecuado tanto para circuitos de baja como de alta potencia. El LGA es adecuado para circuitos de baja y alta potencia, aunque, al igual que en el caso del PGA, necesitaría de un sistema de refrigeración en la mayoría de los casos.

Además, si nos fijamos en el aspecto físico, los BGA, LGA y PGA se diferencian a simple vista por sus contactos. Mientras que los BGA tienen esferas o bolas en su parte de abajo para hacer contacto con la PCB, el LGA tiene pads que irán en contacto con los pines del socket de la PCB, y el PGA tiene pines que irán en contacto con pads del socket de la PCB.

¿Cuál debería usar para el socket de AMD?

Estos tres tipos de envases son adecuados para la mayoría de las aplicaciones. El primer paso para decidir cuál utilizar es determinar los requisitos de potencia de su circuito. Si su circuito va a funcionar con alta potencia, entonces necesita una placa con un LGA o estar algo más limitado con PGA.

Si el circuito va a funcionar con baja potencia, necesita una placa con un BGA.

No obstante, no se puede elegir, ya que el tipo de socket o montaje va en función de la placa base y de la CPU elegida. Esto determinará si se trata de un BGA, LGA o PGA.

Ventajas, desventajas del AMD socket LGA / PGA / BGA

Por último, es importante destacar cuáles son las ventajas y desventajas de cada tipo de socket para conocer más sobre el cambio que ha hecho AMD:

• La calidad de construcción en los sockets tipo PGA y LGA es diferente si se comparan. Por un lado tenemos a los PGA con pines que pueden romperse y son más frágiles, mientras que los LGA, al disponer de pads, son más robustos. En definitiva, no hay tanto riesgo de romperlo al tratar de instalar o retirar una CPU en el caso del LGA.
• La durabilidad es otra cuestión aparte. Por un lado nos encontramos que por lo general las CPUs LGA son más duraderas, ya que los pines de contacto se encuentran en la placa base. Por otro lado, los sockets tipo PGA ofrecen una durabilidad mayor en el lado de la placa base que en el de la CPU, dado que los pines frágiles se encuentran en la CPU.
• Los pines de un PGA son relativamente fáciles de arreglar en caso de que alguno se doble o se parta, mientras que los pads de un LGA hacen que la reparabilidad sea muy difícil.
• La eficiencia del espacio es otra característica en los LGA, ya que al ser más pequeños, hace que puedas meter más contactos por unidad de superficie, algo bueno para chips con un alto número de contactos. Y ya que el socket AM5 ha supuesto un incremento del número de contactos, este es uno de los motivos del cambio. No obstante, aunque Intel lleva tiempo usando los LGA para sus chips de escritorio, AMD también lleva tiempo usando los LGA para sus chips HPC: AMD Threadripper o EPYC para servidores.
• En cuanto a la instalación, los LGA son algo más complejos, ya que llevan un marco de sujeción y se deben instalar de una forma peculiar. En cambio, los PGA ZIF no tienen mayor dificultad para su instalación. También hay que agregar que la desinstalación de un LGA es mucho más fácil que la de un PGA, e implica menos riesgo de romper la CPU.

Por otro lado, los BGA no se han descrito aquí sus ventajas y desventajas, ya que no son sockets como tal, sino simplemente chips soldados con bolas de contacto a la propia PCB o placa base. Estos chips se suelen usar más en equipos portátiles. Vienen soldados de fábrica, por lo que no hay que instalar nada. Sin embargo, ese mismo hecho los hace complicados de sustituir, y se necesitaría una estación para el reballing.

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En resumen, nos parece un cambio lógico el que ha hecho AMD con su socket AM5. Mejora en tres premisas: eficiencia en la señal, tener más pines que necesitaba la nueva generación (ahora con 1718 pines) y evitamos los problemas con disipadores y pasta térmica con sus procesadores.

¿Cómo te ha sentado el nuevo cambio de socket? No olvides comentar con tus sugerencias, dudas, etc.