顆粒封裝

其實就是記憶體晶片所採用的封裝技術類型,封裝就是將記憶體晶片包裹起來,以避免晶片與外界接觸,防止外界對晶片的損害。空氣中的雜質和不良氣體,乃至水蒸氣都會腐蝕晶片上的精密電路,進而造成電學性能下降。不同的封裝技術在製造工序和工藝方面差異很大,封裝後對記憶體晶片自身性能的發揮也起到至關重要的作用。

基本介紹

  • 中文名:顆粒封裝
  • 對象記憶體晶片
  • 目的:防止外界對晶片的損害
  • 特點:可靠性提高,使用更加方便
顆粒封裝,TSOP封裝,BGA封裝,BGA封裝技術又可詳分為五大類,BGA封裝具有以下特點,CSP封裝,

顆粒封裝

隨著光電、微電製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,因此晶片元件的封裝形式也不斷得到改進。晶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。晶片的封裝技術已經歷了幾代的變革,性能日益先進,晶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,晶片封裝基本都採用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,其晶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,記憶體條PCB板的面積是固定的,封裝面積越大在記憶體上安裝晶片的數量就越少,記憶體條容量也就越小。同時較大的封裝面積對記憶體頻率傳輸速率、電器性能的提升都有影響。理想狀態下晶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的記憶體封裝技術。

TSOP封裝

到了上個世紀80年代,記憶體第二代的封裝技術TSOP出現,得到了業界廣泛的認可,時至今日仍舊是記憶體封裝的主流技術。TSOP是“Thin Small Outline Package”的縮寫,意思是薄型小尺寸封裝。TSOP記憶體是在晶片的周圍做出引腳,採用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,適合高頻套用,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套用。
TSOP封裝方式中,記憶體晶片是通過晶片引腳焊接在PCB板上的,焊點和PCB板的接觸面積較小,使得晶片向PCB辦傳熱就相對困難。而且TSOP封裝方式的記憶體在超過150MHz後,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,晶片集成度不斷提高,I/O引腳數急劇增加,功耗也隨之增大,對積體電路封裝的要求也更加嚴格。為了滿足發展的需要,BGA封裝開始被套用於生產。BGA是英文Ball Grid Array Package的縮寫,即球柵陣列封裝。
採用BGA技術封裝的記憶體,可以使記憶體在體積不變的情況下記憶體容量提高兩到三倍,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,採用BGA封裝技術的記憶體產品在相同容量下,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,但引腳間距並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能用可控塌陷晶片法焊接,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),屬於是BGA封裝技術的一個分支,是Kingmax公司於1998年8月開發成功的,其晶片面積與封裝面積之比不小於1:1.14,可以使記憶體在體積不變的情況下記憶體容量提高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。
採用TinyBGA封裝技術的記憶體產品在相同容量情況下體積只有TSOP封裝的1/3。TSOP封裝記憶體的引腳是由晶片四周引出的,而TinyBGA則是由晶片中心方向引出。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晶片的抗干擾、抗噪性能,而且提高了電性能。採用TinyBGA封裝晶片可抗高達300MHz的外頻,而採用傳統TSOP封裝技術最高只可抗150MHz的外頻。
TinyBGA封裝的記憶體其厚度也更薄(封裝高度小於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記憶體擁有更高的熱傳導效率,非常適用於長時間運行的系統,穩定性極佳。

BGA封裝技術又可詳分為五大類

1.PBGA(Plasric BGA)基板:一般為2-4層有機材料構成的多層板。Intel系列CPU中,Pentium II、III、IV處理器均採用這種封裝形式。
2.CBGA(CeramicBGA)基板:即陶瓷基板,晶片與基板間的電氣連線通常採用倒裝晶片(FlipChip,簡稱FC)的安裝方式。Intel系列CPU中,Pentium I、II、Pentium Pro處理器均採用過這種封裝形式。
3.FCBGA(FilpChipBGA)基板:硬質多層基板。
4.TBGA(TapeBGA)基板:基板為帶狀軟質的1-2層PCB電路板。
5.CDPBGA(Carity Down PBGA)基板:指封裝中央有方型低陷的晶片區(又稱空腔區)。

BGA封裝具有以下特點

1.I/O引腳數雖然增多,但引腳之間的距離遠大於QFP封裝方式,提高了成品率。
2.雖然BGA的功耗增加,但由於採用的是可控塌陷晶片法焊接,從而可以改善電熱性能。
3.信號傳輸延遲小,適應頻率大大提高。
4.組裝可用共面焊接,可靠性大大提高。
BGA封裝方式經過十多年的發展已經進入實用化階段。1987年,日本西鐵城(Citizen)公司開始著手研製塑封球柵面陣列封裝的晶片(即BGA)。而後,摩托羅拉、康柏等公司也隨即加入到開發BGA的行列。1993年,摩托羅拉率先將BGA套用於行動電話。同年,康柏公司也在工作站、PC電腦上加以套用。直到五六年前,Intel公司在電腦CPU中(即奔騰II、奔騰III、奔騰IV等),以及晶片組(如i850)中開始使用BGA,這對BGA套用領域擴展發揮了推波助瀾的作用。目前,BGA已成為極其熱門的IC封裝技術,其全球市場規模在2000年為12億塊,預計2005年市場需求將比2000年有70%以上幅度的增長

CSP封裝

CSP(Chip Scale Package),是晶片級封裝的意思。CSP封裝最新一代的記憶體晶片封裝技術,其技術性能又有了新的提升。CSP封裝可以讓晶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,僅僅相當於TSOP記憶體晶片面積的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封裝記憶體不但體積小,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,大大提高了記憶體晶片在長時間運行後的可靠性,線路阻抗顯著減小,晶片速度也隨之得到大幅度提高。
CSP封裝記憶體晶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,晶片的抗干擾、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,記憶體顆粒是通過一個個錫球焊接在PCB板上,由於焊點和PCB板的接觸面積較大,所以記憶體晶片在運行中所產生的熱量可以很容易地傳導到PCB板上並散發出去。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。高性能材料

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