内存知识详解-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。 

　　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。 

　　1) 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 封装形式的封装效率是很低的，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。 

　　2) 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 传热就相对困难。而且 TSOP 封装方式的内存，在超过 150MHz 后，会产生较大的信号干扰和电磁干扰。 

　　3) 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。

　　4) CSP 封装

　　CSP（Chip Scale Package），是芯片级封装的意思。CSP 封装是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。