| 词条 | 颗粒封装 |
| 释义 | 颗粒封装颗粒封装其实就是内存芯片所采用的封装技术类型，封装就是将内存芯片包裹起来，以避免芯片与外界接触，防止外界对芯片的损害。空气中的杂质和不良气体，乃至水蒸气都会腐蚀芯片上的精密电路，进而造成电学性能下降。不同的封装技术在制造工序和工艺方面差异很大，封装后对内存芯片自身性能的发挥也起到至关重要的作用。 § 发展历程 随着光电、微电制造工艺技术的飞速发展，电子产品始终在朝着更小、更轻、更便宜的方向发展，因此芯片元件的封装形式也颗粒封装不断得到改进。芯片的封装技术多种多样，有DIP、POFP、TSOP、BGA、QFP、CSP等等，种类不下三十种，经历了从DIP、TSOP到BGA的发展历程。芯片的封装技术已经历了几代的变革，性能日益先进，芯片面积与封装面积之比越来越接近，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，以及引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便。 DIP封装 上个世纪的70年代，芯片封装基本都采用DIP（Dualln-linePackage，双列直插式封装）封装，此封装形式在当时具有适合PCB（印刷电路板）穿孔安装，布线和操作较为方便等特点。DIP封装的结构形式多种多样，包括多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP等。但DIP封装形式封装效率是很低的，其芯片面积和封装面积之比为1：1.86，这样封装产品的面积较大，内存条PCB板的面积是固定的，封装面积越大在内存上安装芯片的数量就越少，内存条容量也就越小。同时较大的封颗粒封装装面积对内存频率、传输速率、电器性能的提升都有影响。理想状态下芯片面积和封装面积之比为1：1将是最好的，但这是无法实现的，除非不进行封装，但随着封装技术的发展，这个比值日益接近，现在已经有了1：1.14的内存封装技术。 TSOP封装 到了上个世纪80年代，内存第二代的封装技术TSOP出现，得到了业界广泛的认可，时至今日仍旧是内存封装的主流技术。TSOP是“ThinSmallOutlinePackage”的缩写，意思是薄型小尺寸封装。TSOP内存是在芯片的周围做出引脚，采用SMT技术（表面安装技术）直接附着在PCB板的表面。TSOP封装外形尺寸时，寄生参数(电流大幅度变化时，引起输出电压扰动)减小，适合高频应用，操作比较方便，可靠性也比较高。同时TSOP封装具有成颗粒封装品率高，价格便宜等优点，因此得到了极为广泛的应用。TSOP封装方式中，内存芯片是通过芯片引脚焊接在PCB板上的，焊点和PCB板的接触面积较小，使得芯片向PCB办传热就相对困难。而且TSOP封装方式的内存在超过150MHz后，会产品较大的信号干扰和电磁干扰。 BGA封装 20世纪90年代随着技术的进步，芯片集成度不断提高，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格。为了满足发展的需要，BGA封装开始被应用于生产。BGA是英文BallGridArrayPackage的缩写，即球栅阵列封装。 采用BGA技术封装的内存，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍，BGA与TSOP相比，具有更小的体积，更好的散热性能和电性能。BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升，采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下，体积只有TSOP封装的三分之一；另外，与传统TSOP封装方式相比，BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。 BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封颗粒封装装下面，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成品率；虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能；厚度和重量都较以前的封装技术有所减少；寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高。 说到BGA封装就不能不提Kingmax公司的专利TinyBGA技术，TinyBGA英文全称为TinyBallGridArray（小型球栅阵列封装），属于是BGA封装技术的一个分支,是Kingmax公司于1998年8月开发成功的，其芯片面积与封装面积之比不小于1:1.14，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高2～3倍，与TSOP封装产品相比，其具有更小的体积、更好的散热性能和电性能。 采用TinyBGA封装技术颗粒封装的内存产品在相同容量情况下体积只有TSOP封装的1/3。TSOP封装内存的引脚是由芯片四周引出的，而TinyBGA则是由芯片中心方向引出。这种方式有效地缩短了信号的传导距离，信号传输线的长度仅是传统的TSOP技术的1/4，因此信号的衰减也随之减少。这样不仅大幅提升了芯片的抗干扰、抗噪性能，而且提高了电性能。采用TinyBGA封装芯片可抗高达300MHz的外频，而采用传统TSOP封装技术最高只可抗150MHz的外频。 TinyBGA封装的内存其厚度也更薄（封装高度小于0.8mm），从金属基板到散热体的有效散热路径仅有0.36mm。因此，TinyBGA内存拥有更高的热传导效率，非常适用于长时间运行的系统，稳定性极佳。 CSP封装 CSP（ChipScalePackage），是芯片级封装的意思。CS颗粒封装P封装最新一代的内存芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14，已经相当接近1:1的理想情况，绝对尺寸也仅有32平方毫米，约为普通的BGA的1/3，仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比，同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。CSP封装内存不但体积小，同时也更薄，其金属基板到散热体的最有效散热路径仅有0.2毫米，大大提高了内存芯片在长时间运行后的可靠性，线路阻抗显著减小，芯片速度也随之得到大幅度提高。 CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效地缩短了信号的传导距离，其衰减随之减少，芯片的抗干扰、抗噪性能也能得到大幅提升，这也使得CSP的存取时间比BGA改善15%－20%。在CSP的封装方式中，内存颗粒是通过一个个锡球焊接在PCB板上，由于焊点和PCB板的接触面积较大，所以内存芯片在运行中所产生的热量可以很容易地传导到PCB板上并散颗粒封装发出去。CSP封装可以从背面散热，且热效率良好，CSP的热阻为35℃/W，而TSOP热阻40℃/W。 WLCSP WLCSP(Wafer Level Chip Scale Package晶圆级芯片封装），这种技术不同于传统的先切割晶圆，再封装测试的做法，而是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后再切割。WLCSP有着更明显的优势。首先是工艺工序大大优化，晶圆直接进入封装工序，而传统工艺在封装之前还要对晶圆进行切割、分类。所有集成电路一次封装，刻印工作直接在晶圆上进行，设备测试一次完成，这在传统工艺中都是不可想象的。其次，生产周期和成本大幅下降，WLCSP的生产周期已经缩短到1天半。而且，新工艺带来优异的性能，采用WLCSP封装技术使芯片所需针脚数减少，提高了集成度。WLCSP带来的另一优点是电气性能的提升，引脚产生的电磁干扰几乎被消除。采用WLCSP封装的内存可以支持到800MHz的频率，最大容量可达1GB！ § 优点和缺点 颗粒封装在不同的内存条上，都分布了不同数量的块状颗粒，它就是我们所说的内存颗粒。同时我们也注意到，不同规格的内存，内存颗粒的外形和体积不太一样，这是因为内存颗粒“包装”技术的不同导致的。一般来说，DDR内存采用了TSOP（Thin Small Outline Package，薄型小尺寸封装）封装技术，又长又大。而DDR2和DDR3内存均采用FBGA（底部球形引脚封装）封装技术，与TSOP相比，内存颗粒就小巧很多，FBGA封装形式在抗干扰、散热等方面优势明显。 TSOP是内存颗粒通过引脚（图2黄色框）焊接在内存PCB上的，引脚由颗粒向四周引出，所以肉眼可以看到颗粒与内存PCB接口处有很多金属柱状触点，并且颗粒封装的外形尺寸较大，呈长方形，其优点是成本低、工艺要求不高，但焊点和PCB的接触面积较小，使颗粒封装得DDR内存的传导效果较差，容易受干扰，散热也不够理想。FBGA封装把DDR2和DDR3内存的颗粒做成了正方形，而且体积大约只有DDR内存颗粒的三分之一，内存PCB上也看不到DDR内存芯片上的柱状金属触点，因为其柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，所有的触点就被“包裹”起来了，外面自然看不到。其优点是有效地缩短了信号的传导距离。 速度与容量：成倍提升 选择内存和CPU搭配的时候就是看内存带宽是否大于或者等于CPU的带宽，这样才可以满足CPU的数据传输要求。从带宽公式（带宽＝位宽×频率÷8）可以得知，和带宽关系最紧密的就是频率。这也是为什么三代内存等效频率一升再升的原因之一，其目的就是为了满足CPU的带宽。 不仅速度上有所提升，而且随着我们应用的提高，我们也需要更大容量的单根内存，DDR时代卖得最火的是512MB和1GB的内存，而到了DDR2时代，两根1GB内存就只颗粒封装是标准配置了，内存容量为4GB的电脑也逐渐多了起来。甚至在今后还会有单根8GB的内存出现。这说明了人们的对内存容量的要求在不断提高。 延迟值：一代比一代高 任何内存都有一个CAS延迟值，这就好像甲命令乙做事情，乙需要思考的时间一样。一般而言，内存的延迟值越小，传输速度越快。从DDR、DDR2、DDR3内存身上看到，虽然它们的传输速度越来越快，频率越来越高，容量也越来越大，但延迟值却提高了，譬如DDR内存的延迟值（第一位数值大小最重要，普通用户关注第一位延迟值就可以了）为1.5、2、2.5、3；而到了DDR2时代，延迟值提升到了3、4、5、6；到了DDR3时代，延迟值也继续提升到了5、6、7、8或更高。 功耗：一次又一次降低 颗粒封装电子产品要正常工作，肯定要有电。有电，就需要工作电压，该电压是通过金手指从主板上的内存插槽获取的，内存电压的高低，也反映了内存工作的实际功耗。一般而言，内存功耗越低，发热量也越低，工作也更稳定。DDR内存的工作电压为2.5V，其工作功耗在10W左右；而到了DDR2时代，工作电压从2.5V降至1.8V；到了DDR3内存时代，工作电压从1.8V降至1.5V，相比DDR2可以节省30%～40%的功耗。为此我们也看到，从DDR内存发展到DDR3内存，尽管内存带宽大幅提升，但功耗反而降低，此时内存的超频性、稳定性等都得到进一步提高。 制造工艺：不断提高 从DDR到DDR2再到DDR3内存，其制造工艺都在不断改善，更高的工艺水平会使内存电气性能更好，成本更低。譬如DDR内存颗粒广泛采用0.13微米制造工艺，而DDR2颗粒采用了0.09微米制造工艺，DDR3颗粒则采用了全新65nm制造工艺（1微米＝1000纳米）。 § 参考资料 http://www.slzz.net/GuShi/ShowArticle.asp?ArticleID=105363&Page=4 http://detail.zol.com.cn/product_param/index562.html |
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