内存颗粒的封装方式经历了dip、sip、soj、tsop、bga、csp的变革,可谓风风雨雨一路发展而来。在介绍内存颗粒封装之前,让我们先来看看内存的3种模块。
在早期的pc中,存储芯片都是直接焊接在主板上的, ram的容量也就因此固定下来,如果要扩容就很麻烦。为了拓展ram的容量,后来设计者就把存储芯片做成专门的存储模块,需要的时候再添加。
simm(单列直插存储模块)
体积小、重量轻,插在主板的专用插槽上。插槽上有防呆设计,能够避免插反,而且插槽两端有金属卡子将它卡住,这便是现今内存的雏形。其优点在于使用了标准引脚设计,几乎可以兼容所有的pc机。
dip
早期的内存颗粒也采用dip(dual in-line package双列直插式封装),这种封装的外形呈长方形,针脚从长边引出,由于针脚数量少(一般为8~64针),且抗干扰能力极弱,加上体积比较“庞大”,所以dip封装如昙花一现。
sip(single in-line package单列直插封装)只从单边引出针脚,直接插入pcb板中,其封装和dip大同小异。其吸引人之处在于只占据很少的电路板面积,然而在某些体系中,封闭式的电路板限制了sip封装的高度和应用。加上没有足够的引脚,性能不能令人满意,很快退出了市场。
从soj(small out-line j-lead小尺寸j形引脚封装)中伸出的引脚有点像dip的引脚,但不同的是其引脚呈“j”形弯曲地排列在芯片底部四周,必须配合专门为soj设计的插座使用。
在1980年代出现的tsop封装(thin small outline package薄型小尺寸封装),由于更适合高频使用,以较强的可操作性和较高的可靠性征服了业界。tsop的封装厚度只有soj的三分之一。tsop内存封装的外形呈长方形,且封装芯片的周围都有i/o引脚。例如sdram内存颗粒的两侧都有引脚,而sgram内存颗粒的四边都有引脚,所以体积相对较大。在tsop封装方式中,内存颗粒是通过芯片引脚焊在pcb板上的,焊点和pcb板的接触面积较小,使得芯片向pcb板传热相对困难。
tiny-bga(tiny ball grid array小型球栅阵列封装)是由 kingmax推出的封装方式。由于tiny-bga封装减少了芯片的面积,可以看成是超小型的bga封装。tiny-bga封装比起传统的封装技术有三大进步:更大的容量(在电路板上可以安放更多的内存颗粒);更好的电气性能(因为芯片与底板连接的路径更短,减小了电磁干扰的噪音,能适合更高的工作频率);更好的散热性能(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,所以内存颗粒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)。
mbga(micro ball grid array微型球栅阵列封装)可以说是bga的改进版,封装呈正方形,内存颗粒的实际占用面积比较小。由于采用这种封装方式内存颗粒的针脚都在芯片下部,连接短、电气性能好、也不易受干扰。这种封装技术会带来更好的散热及超频性能,尤其适合工作于高频状态下的direct rdram,但制造成本极高,目前主要用于direct rdram。
csp(chip scale package芯片级封装)是一种新的封装方式。在bga、tsop的基础上,csp封装的性能又有了革命性的提升。csp封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1∶1.14,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,相当于tsop内存颗粒面积的1/6。这样在相同体积下,内存条可以装入更多的内存颗粒,从而增大单条容量。也就是说,与bga封装相比,同等空间下csp封装可以将存储容量提高3倍。而且,csp封装的内存颗粒不仅可以通过pcb板散热还可以从背面散热,且散热效率良好。同时由于jedec(joint electron device engineering council,电子设备工程联合委员会)制定的ddrⅱ技术规范,加上tsop-ⅱ封装会在ddrⅱ成为市场主流时彻底退出市场,所以csp的改良型wlcsp将会担当起新的封装大任。同时wlcsp有着比csp更为贴近芯片尺寸的封装方法,在晶圆上就做好了封装布线,因此在可靠性方面达到了更高的水平。
接下来我们顺理成章地要说到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, 大容量可达1gb!