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內存知識詳解-顆粒封裝
來源: 日期:2013-10-24 19:29:21 人氣:標簽:
顆粒封裝,其實就是內存芯片所采用的封裝技術類型。封裝就是將內存芯片包裹起來,以避免芯片與外界接觸,防止外界對芯片的損害。空氣中的雜質和不良氣體,乃至水蒸氣,都會腐蝕芯片上的精密電路,進而造成電學性能下降。不同的封裝技術,在制造工序和工藝方面差異很大。封裝后,對內存芯片自身性能的發揮,也起到至關重要的作用。
隨著光電、微電制造工藝技術的飛速發展,電子產品始終在朝著更小、更輕、更便宜的方向發展、因此,芯片元件的封裝形式,也不斷得到改進。芯片的封裝技術,多種多樣,有 DIP、POFP、TSOP、BGA、QFP、CSP 等等,種類不下三十種,經歷了從 DIP、TSOP 到 BGA 的發展歷程。芯片的封裝技術已經歷了幾代的變革,性能日益先進,芯片面積與封裝面積之比越來越接近,適用頻率越來越高,耐溫性能越來越好,以及引腳數增多,引腳間距減小,重量減小,可靠性提高,使用更加方便。
1) DIP 封裝
上個世紀的 70 年代,芯片封裝基本都采用 DIP(Dual ln-line Package,雙列直插式封裝)封裝,此封裝形式在當時具有適合 PCB(印刷電路板)穿孔安裝,布線和操作較為方便等特點。DIP 封裝的結構形式,多種多樣,包括多層陶瓷雙列直插式 DIP,單層陶瓷雙列直插式 DIP,引線框架式 DIP 等。但 DIP 封裝形式的封裝效率是很低的,其芯片面積和封裝面積之比為 1:1.86。這樣,封裝產品的面積較大。內存條 PCB 板的面積是固定的,封裝面積越大,在內存上安裝芯片的數量就越少,內存條容量也就越小。同時,較大的封裝面積,對內存頻率、傳輸速率、電器性能的提升都有影響。理想狀態下,芯片面積和封裝面積之比為 1:1 將是 好的,但這是無法實現的,除非不進行封裝。但隨著封裝技術的發展,這個比值日益接近,現在已經有了 1:1.14 的內存封裝技術。
2) TSOP 封裝
到了上個世紀 80 年代,內存第二代的封裝技術 TSOP 出現,得到了業界廣泛的認可,時至今日,仍舊是內存封裝的主流技術。TSOP 是“Thin Small Outline Package”的縮寫,意思是薄型小尺寸封裝。TSOP 內存是在芯片的周圍做出引腳,采用 SMT 技術(表面安裝技術)直接附著在 PCB 板的表面。TSOP 封裝外形尺寸時,寄生參數(電流大幅度變化時,引起輸出電壓擾動)減小,適合高頻應用,操作比較方便,可靠性也比較高。同時,TSOP 封裝具有成品率高、價格便宜等優點,因此,得到了極為廣泛的應用。
TSOP 封裝方式中,內存芯片是通過芯片引腳焊接在 PCB 板上的,焊點和 PCB 板的接觸面積較小,使得芯片向 PCB 傳熱就相對困難。而且 TSOP 封裝方式的內存,在超過 150MHz 后,會產生較大的信號干擾和電磁干擾。
3) BGA 封裝
20 世紀 90 年代隨著技術的進步,芯片集成度不斷提高,I/O 引腳數急劇增加,功耗也隨之增大,對集成電路封裝的要求也更加嚴格。為了滿足發展的需要,BGA 封裝開始被應用于生產。BGA 是英文 Ball Grid Array Package 的縮寫,即球柵陣列封裝。
采用 BGA 技術封裝的內存,可以使內存在體積不變的情況下,內存容量提高兩到三倍,BGA 與 TSOP 相比,具有更小的體積,更好的散熱性能和電性能。BGA 封裝技術,使每平方英寸的存儲量有了很大提升,采用 BGA 封裝技術的內存產品,在相同容量下,體積只有 TSOP 封裝的三分之一。另外,與傳統 TSOP 封裝方式相比,BGA 封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。
BGA 封裝的 I/O 端子,以圓形或柱狀焊點按陣列形式分布在封裝下面,BGA 技術的優點是,I/O 引腳數雖然增加了,但引腳間距并沒有減小反而增加了,從而提高了組裝成品率;雖然它的功耗增加,但 BGA 能用可控塌陷芯片法焊接,從而可以改善它的電熱性能;厚度和重量都較以前的封裝技術有所減少;寄生參數減小,信號傳輸延遲小,使用頻率大大提高;組裝可用共面焊接,可靠性高。
說到 BGA 封裝,就不能不提 Kingmax 公司的專利 TinyBGA 技術。TinyBGA 英文全稱為 Tiny Ball Grid Array(小型球柵陣列封裝),屬于是 BGA 封裝技術的一個分支。是 Kingmax 公司于 1998 年 8 月開發成功的。其芯片面積與封裝面積之比,不小于 1:1.14,可以使內存在體積不變的情況下,內存容量提高 2~3 倍,與 TSOP 封裝產品相比,其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。
采用 TinyBGA 封裝技術的內存產品,在相同容量情況下,體積只有 TSOP 封裝的 1/3。TSOP 封裝內存的引腳是由芯片四周引出的,而 TinyBGA 則是由芯片中心方向引出。這種方式,有效地縮短了信號的傳導距離,信號傳輸線的長度,僅是傳統的 TSOP 技術的 1/4。因此,信號的衰減也隨之減少。這樣,不僅大幅提升了芯片的抗干擾、抗噪性能,而且提高了電性能。采用 TinyBGA 封裝芯片,可抗高達 300MHz 的外頻,而采用傳統 TSOP 封裝技術, 高只可抗 150MHz 的外頻。
TinyBGA 封裝的內存,其厚度也更薄(封裝高度小于 0.8mm),從金屬基板到散熱體的有效散熱路徑,僅有 0.36mm。因此,TinyBGA 內存擁有更高的熱傳導效率,非常適用于長時間運行的系統,穩定性極佳。
4) CSP 封裝
CSP(Chip Scale Package),是芯片級封裝的意思。CSP 封裝是 新一代的內存芯片封裝技術,其技術性能又有了新的提升。CSP 封裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過 1:1.14,已經相當接近 1:1 的理想情況,絕對尺寸也僅有 32 平方毫米,約為普通的 BGA 的 1/3,僅僅相當于 TSOP 內存芯片面積的 1/6。與 BGA 封裝相比,同等空間下 CSP 封裝,可以將存儲容量提高三倍。
CSP 封裝內存不但體積小,同時也更薄,其金屬基板到散熱體的 有效散熱路徑,僅有 0.2 毫米,大大提高了內存芯片在長時間運行后的可靠性,線路阻抗顯著減小,芯片速度也隨之得到大幅度提高。
CSP 封裝內存芯片的中心引腳形式,有效地縮短了信號的傳導距離,其衰減隨之減少,芯片的抗干擾、抗噪性能也能得到大幅提升,這也使得 CSP 的存取時間比 BGA 改善 15%-20%。在 CSP 的封裝方式中,內存顆粒是通過一個個錫球焊接在 PCB 板上,由于焊點和 PCB 板的接觸面積較大,所以內存芯片在運行中所產生的熱量可以很容易地傳導到 PCB 板上并散發出去。CSP 封裝可以從背面散熱,且熱效率良好,CSP 的熱阻為 35℃/W,而 TSOP 熱阻 40℃/W。
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