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不同的內存顆粒封裝的方式有什么區別?[問題詳解]

2020-10-26 22:18:56
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來源:轉載
供稿:網友

    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。


     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將是最好的,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。

     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辦傳熱就相對困難。而且TSOP封裝方式的內存在超過150MHz后,會產品較大的信號干擾和電磁干擾。

  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封裝技術最高只可抗150MHz的外頻。
  TinyBGA封裝的內存其厚度也更?。ǚ庋b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。
 
  CSP封裝
  CSP(Chip Scale Package),是芯片級封裝的意思。CSP封裝最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最有效散熱路徑僅有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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