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內(nèi)存顆粒的封裝技術(shù)分析

內(nèi)存顆粒的封裝方式經(jīng)歷了DIP、SIP、SOJ、TSOP、BGA、CSP的變革,可謂風風雨雨一路發(fā)展而來。在介紹內(nèi)存顆粒封裝之前,讓我們先來看看內(nèi)存的3種模塊。

在早期的PC中,存儲芯片都是直接焊接在主板上的, RAM的容量也就因此固定下來,如果要擴容就很麻煩。為了拓展RAM的容量,后來設(shè)計者就把存儲芯片做成專門的存儲模塊,需要的時候再添加。

SIMM(單列直插存儲模塊)體積小、重量輕,插在主板的專用插槽上。插槽上有防呆設(shè)計,能夠避免插反,而且插槽兩端有金屬卡子將它卡住,這便是現(xiàn)今內(nèi)存的雛形。其優(yōu)點在于使用了標準引腳設(shè)計,幾乎可以兼容所有的PC機。

DIMM(雙列直插存儲模塊)和SIMM相似,只是體積稍大。不同處在于SIMM的部分引腳前后連接在一起,而DIMM的每個引腳都是分開的,所以在電氣性能上有較大改觀,而且這樣可以不用把模塊做得很大就可以容納更多的針腳,從而容易得到更大容量的RAM。

RIMM(Rambus直插式存儲模塊)其外形有點像DIMM,只是體積要大一點,性能更好,但價格昂貴,發(fā)熱量較大。為了解決發(fā)熱問題,模塊上都有一個很長的散熱片。

現(xiàn)在我們再回過頭來看看內(nèi)存顆粒的封裝。

DIP

早期的內(nèi)存顆粒也采用DIP(Dual In-line Package雙列直插式封裝),這種封裝的外形呈長方形,針腳從長邊引出,由于針腳數(shù)量少(一般為8~64針),且抗干擾能力極弱,加上體積比較“龐大”,所以DIP封裝如曇花一現(xiàn)。

SIP(Single In-line Package單列直插封裝)只從單邊引出針腳,直接插入PCB板中,其封裝和DIP大同小異。其吸引人之處在于只占據(jù)很少的電路板面積,然而在某些體系中,封閉式的電路板限制了SIP封裝的高度和應(yīng)用。加上沒有足夠的引腳,性能不能令人滿意,很快退出了市場。

從SOJ(Small Out-Line J-Lead小尺寸J形引腳封裝)中伸出的引腳有點像DIP的引腳,但不同的是其引腳呈“J”形彎曲地排列在芯片底部四周,必須配合專門為SOJ設(shè)計的插座使用!≡1980年代出現(xiàn)的TSOP封裝(Thin Small Outline Package薄型小尺寸封裝),由于更適合高頻使用,以較強的可操作性和較高的可靠性征服了業(yè)界。TSOP的封裝厚度只有SOJ的三分之一。TSOP內(nèi)存封裝的外形呈長方形,且封裝芯片的周圍都有I/O引腳。例如SDRAM內(nèi)存顆粒的兩側(cè)都有引腳,而SGRAM內(nèi)存顆粒的四邊都有引腳,所以體積相對較大。在TSOP封裝方式中,內(nèi)存顆粒是通過芯片引腳焊在PCB板上的,焊點和PCB板的接觸面積較小,使得芯片向PCB板傳熱相對困難。

Tiny-BGA(Tiny Ball Grid Array小型球柵陣列封裝)是由 Kingmax推出的封裝方式。由于Tiny-BGA封裝減少了芯片的面積,可以看成是超小型的BGA封裝。Tiny-BGA封裝比起傳統(tǒng)的封裝技術(shù)有三大進步:更大的容量(在電路板上可以安放更多的內(nèi)存顆粒);更好的電氣性能(因為芯片與底板連接的路徑更短,減小了電磁干擾的噪音,能適合更高的工作頻率);更好的散熱性能(內(nèi)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(nèi)存顆粒在運行中所產(chǎn)生的熱量可以很容易地傳導到PCB板上并散發(fā)出去)。

mBGA(Micro Ball Grid Array微型球柵陣列封裝)可以說是BGA的改進版,封裝呈正方形,內(nèi)存顆粒的實際占用面積比較小。由于采用這種封裝方式內(nèi)存顆粒的針腳都在芯片下部,連接短、電氣性能好、也不易受干擾。這種封裝技術(shù)會帶來更好的散熱及超頻性能,尤其適合工作于高頻狀態(tài)下的Direct RDRAM,但制造成本極高,目前主要用于Direct RDRAM。

CSP(Chip Scale Package芯片級封裝)是一種新的封裝方式。在BGA、TSOP的基礎(chǔ)上,CSP封裝的性能又有了革命性的提升。CSP封裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過1∶1.14,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,相當于TSOP內(nèi)存顆粒面積的1/6。這樣在相同體積下,內(nèi)存條可以裝入更多的內(nèi)存顆粒,從而增大單條容量。也就是說,與BGA封裝相比,同等空間下CSP封裝可以將存儲容量提高3倍。而且,CSP封裝的內(nèi)存顆粒不僅可以通過PCB板散熱還可以從背面散熱,且散熱效率良好。同時由于JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council,電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會)制定的DDRⅡ技術(shù)規(guī)范,加上TSOP-Ⅱ封裝會在DDRⅡ成為市場主流時徹底退出市場,所以CSP的改良型WLCSP將會擔當起新的封裝大任。同時WLCSP有著比CSP更為貼近芯片尺寸的封裝方法,在晶圓上就做好了封裝布線,因此在可靠性方面達到了更高的水平。

接下來我們順理成章地要說到WLCSP(Wafer Level Chip Scale Package晶圓級芯片封裝),這種技術(shù)不同于傳統(tǒng)的先切割晶圓,再封裝測試的做法,而是先在整片晶圓上進行封裝和測試,然后再切割。WLCSP有著更明顯的優(yōu)勢。首先是工藝工序大大優(yōu)化,晶圓直接進入封裝工序,而傳統(tǒng)工藝在封裝之前還要對晶圓進行切割、分類。所有集成電路一次封裝,刻印工作直接在晶圓上進行,設(shè)備測試一次完成,這在傳統(tǒng)工藝中都是不可想象的。其次,生產(chǎn)周期和成本大幅下降,WLCSP的生產(chǎn)周期已經(jīng)縮短到1天半。而且,新工藝帶來優(yōu)異的性能,采用WLCSP封裝技術(shù)使芯片所需針腳數(shù)減少,提高了集成度。WLCSP帶來的另一優(yōu)點是電氣性能的提升,引腳產(chǎn)生的電磁干擾幾乎被消除。采用WLCSP封裝的內(nèi)存可以支持到800MHz的頻率,最大容量可達1GB!

關(guān)于內(nèi)存的封裝我們就介紹到這里,隨著計算機技術(shù)的進步,對內(nèi)存的要求越來越高,未來也將有更先進的封裝技術(shù)出現(xiàn)。