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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。

  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。

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DIP封装
上个世纪的70年代,芯片封装基本都采用DIP(Dual ln-line Package,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“Thin Small Outline Package”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Ball Grid Array Package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Tiny Ball Grid Array(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(Chip Scale Package),是芯片级封装的意思。CSP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。

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