Hugo是雨果不是愚狗，有問題就問我弟-顧狗(Google)

Hugo是雨果不是愚狗，有問題就問我弟-顧狗(Google) ※ 免責聲明：本網站有很多轉載文章，皆附原網址，貼文僅方便瞭解之用，若有疑問之處，煩請參照原文。(若有侵權之處煩請告知)。

訂閱部落格

關閉

你好，Hugo是雨果不是愚狗，有問題就問我弟-顧狗(Google) 我要留言

檢舉

CSP引發記憶體封裝技術的革命

分類：FEKO電磁討論

2007/01/11 05:31

http://www.smte.net/Get/Docs/fzjs/2005-11/13/051113143010851.html

CSP引發記憶體封裝技術的革命

【來源:smta中文網】【作者:鮮飛】【時間: 2005-3-4 15:43:15】【點擊: 21249】

Intel這艘IT業旗艦還在飛速前進著，現在剛剛夠用的記憶體頻率400MHz，相信很快也會被淘汰。到時，處於400MHz門檻以下的TSOP、TinyBGA等技術自然就會消失了。因此，可以預見CSP將會是未來高性能記憶體的最佳選擇。

[1]鮮飛.記憶體晶片封裝技術的發展[J].世界電子元器件，2003（6）：80.

[2]鮮飛.晶片封裝技術的發展演變[J].電子工業專用設備，2004（4）：9

TinyBGA封裝的晶片與普通TSOP封裝的晶片相比，有以下幾個特點：

一、單位容量內的存儲空間大大增加，相同大小的兩片記憶體顆粒，TinyBGA封裝方式的容量能比TSOP高一倍，成本也不會有明顯上升，而且當記憶體顆粒的製程小於0.25微米時，TinyBGA封裝的成本比TSOP還要低。

二、具有較高的電氣性能。TinyBGA封裝的晶片通過底部的錫球與PCB板相連，有效地縮短了信號的傳輸距離，信號傳輸線的長度僅是傳統TSOP技術的四分之一，信號的衰減也隨之下降，能夠大幅度提升晶片的抗干擾性能。

三、具有更好的散熱能力。TinyBGA封裝的記憶體，不但體積比相同容量的TSOP封裝晶片小，同時也更薄（封裝高度小於0.8毫米），從金屬基板到散熱體的有效散熱路徑僅有0.36毫米。相比之下，TinyBGA方式封裝的記憶體擁有更高的熱傳導效率，TinyBGA封裝的熱抗阻比TSOP低75％^{[ 1 ]}。

採用TinyBGA新技術封裝的記憶體，可以使所有電腦中的DRAM記憶體在體積不變的情況下記憶體容量提高兩到三倍，TinyBGA與TSOP相比，具有更小的體積，更好的散熱性能和電性能。TinyBGA封裝技術使每平方英吋的存儲量有了很大提升，採用TinyBGA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，TinyBGA封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。不過TinyBGA封裝仍然存在著佔用基板面積較大的問題。目前隨著以處理器為主的電腦系統性能的總體大幅度提升趨勢，人們對於記憶體的品質和性能要求也日趨苛刻。為此，人們要求記憶體封裝更加緊致，以適應大容量的記憶體晶片，同時也要求記憶體封裝的散熱性能更好，以適應越來越快的核心頻率。毫無疑問的是，進展不太大的TSOP等記憶體封裝技術也越來越不適用於高頻、高速的新一代記憶體的封裝需求，新的記憶體封裝技術也應運而生了。

明日之星—CSP封裝

在BGA技術開始推廣的同時，另外一種從BGA發展來的CSP封裝技術（如圖3所示）正在逐漸展現它生力軍本色，金士頓、勤茂科技等領先記憶體製造商已經推出了採用CSP封裝技術的記憶體產品。CSP，全稱為Chip Scale Package，即晶片尺寸封裝的意思。作為新一代的晶片封裝技術，在BGA、TSOP的基礎上，CSP的性能又有了革命性的提升。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。這樣在相同體積下，記憶體條可以裝入更多的晶片，從而增大單條容量。也就是說，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，圖4展示了三種封裝技術記憶體晶片的比較，從中我們可以清楚的看到記憶體晶片封裝技術正向著更小的體積方向發展。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0.2mm，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的提高。CSP封裝的電氣性能和可靠性也相比BGA、TOSP有相當大的提高。在相同的晶片面積下CSP所能達到的引腳數明顯的要比TSOP、BGA引腳數多的多（TSOP最多304根，BGA以600根為限，CSP原則上可以製造1000根），這樣它可支援I/O連接埠的數目就增加了很多。此外，CSP封裝記憶體晶片的中心引腳形式有效的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；而傳統的TSOP封裝方式中，記憶體晶片是通過晶片引腳焊在PCB板上的，焊點和PCB板的接觸面積較小，使得晶片向PCB板傳熱就相對困難。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。測試結果顯示，運用CSP封裝的記憶體可使傳導到PCB板上的熱量高達88.4%，而TSOP記憶體中傳導到PCB板上的熱量能為71.3%。另外由於CSP晶片結構緊湊，電路冗余度低，因此它也省去了很多不必要的電功率消耗，致使晶片耗電量和工作溫度相對降低。目前記憶體顆粒廠在製造DDR333和DDR400記憶體的時候均採用0.175微米製造工藝，良品率比較低。而如果將製造工藝提升到0.15甚至0.13微米的話，良品率將大大提高。而要達到這種工藝水平，採用CSP封裝方式則是不可避免的。因此CSP封裝的高性能記憶體是大勢所趨^{[ 4 ]}。

CSP引發記憶體封裝技術的革命

鮮飛

(烽火通信科技股份有限公司,湖北武漢 430074)

摘要：本文簡要介紹了幾種記憶體晶片封裝技術的特點。CSP是記憶體晶片封裝技術的新概念，它的出現促進記憶體晶片的發展和革新，並將成為未來高性能記憶體的最佳選擇。

關鍵詞：記憶體；薄型小尺寸封裝；小型球柵陣列封裝；晶片尺寸封裝；

CSP Causes the Revolution of Memory Chip Package Technology

Abstract: Characteristics of several advanced chip package technology are introduced in the paper. CSP is a new concept of memory chip package technology. CSP has developed and innovated the Memory Chip since it was appeared. It is believed that CSP will be the best choice of the memory with high performance.

Keywords: Memory; TSOP; TinyBGA; CSP

前言

近幾年的硬體發展是日新月異，處理器早已進入G赫茲時代，封裝形式也是經歷了數種變化。但是光有一顆速急力猛的芯還遠遠不夠，為了讓電腦真正快速地跑起來，整個系統都需要齊步跟進，而記憶體一向也是人們關注的焦點之一。其實這幾年記憶體技術也在不斷的走向成熟和完善，在記憶體技術中，似乎人們對其標準之爭和工作頻率給予了更多的關注，實際上記憶體還有一項技術也是非常重要的，對其容量以及性能都有著極大的影響，那就是記憶體顆粒的封裝形式。不過可能有些人已發現手中記憶體條上的顆粒模樣漸漸在變，變得比以前更小、更精緻。變化不僅在表面上，這些新型的晶片在適用頻率和電氣特性上比老前輩又有了長足的進步。這一結晶應歸功於廠商選用的新型記憶體晶片封裝技術。

與處理器一樣，記憶體的製造工藝同樣對其性能高低具有決定意義，而在記憶體製造工藝流程上的最後一步也是最關鍵一步就是記憶體的封裝技術。採用不同封裝技術的記憶體條，在性能上也會存在較大差距。從DIP、TSOP到TinyBGA，不斷發展的封裝技術使得記憶體向著高頻、高速的目標繼續邁進。可以說，CSP技術的誕生，為DDR記憶體時代出現的高速度、大容量、散熱等問題提出了相應的解決方案，預計該技術將取代傳統的TSOP技術及TinyBGA技術，成為未來記憶體發展的主流技術。

什麼是封裝

封裝技術其實就是一種將集成電路打包的技術。拿我們常見的記憶體來說，我們實際看到的體積和外觀並不是真正的記憶體的大小和面貌，而是記憶體晶片經過打包即封裝後的產品。這種打包對於晶片來說是必須的，也是至關重要的。因為晶片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質對晶片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝後的晶片也更便於安裝和運輸。由於封裝技術的好壞還直接影響到晶片自身性能的發揮和與之連接的PCB（印製電路板）的設計和製造，因此它是至關重要的^{[ 1 ]}。封裝也可以說是指安裝半導體集成電路晶片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護晶片和增強導熱性能的作用，而且還是溝通晶片內部世界與外部電路的橋樑—晶片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件建立連接。因此，對於很多集成電路產品而言，封裝技術都是非常關鍵的一環。晶片的封裝技術種類實在是多種多樣，諸如DIP、PQFP、TSOP、TSSOP、PGA、BGA、QFP、TQFP等等，一系列名稱看上去都十分繁雜，其實，只要弄清晶片封裝發展的歷程也就不難理解了。晶片的封裝技術已經歷經好幾代的變遷，技術指標一代比一代先進，包括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，使用更加方便等等，都是看得見的變化。

廉頗老矣—TSOP

20世紀70年代時，晶片封裝流行的還是雙列直插封裝，簡稱DIP(Dual ln-line Package)。DIP封裝在當時具有適合PCB（印刷電路板）的穿孔安裝、比TO型封裝易於對PCB布線以及操作較為方便等一些特點，其封裝的結構形式也很多，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等等。

但是衡量一個晶片封裝技術先進與否的重要指標是晶片面積與封裝面積之比，這個比值越接近1越好。比如一顆採用40根I/O引腳塑料雙列直插式封裝(PDIP)的晶片為例，其晶片面積/封裝面積為1：86，離l相差很遠。不難看出，這種封裝尺寸遠比晶片大不少，說明封裝效率很低，佔去了很多有效安裝面積^{[ 2 ]}。

到了80年代出現的記憶體第二代封裝技術以TSOP為代表，它很快為業界所普遍採用，到目前為止還保持著記憶體封裝的主流地位。TSOP是英文Thin Small Outline Package的縮寫，意即薄型小尺寸封裝。TSOP記憶體封裝技術的一個典型特徵就是在封裝晶片的周圍做出引腳，如SDRAM記憶體的集成電路兩側都有引腳（如圖1所示），SGRAM記憶體的集成電路四面都有引腳。TSOP適合用SMT技術（表面安裝技術）在PCB（印製電路板）上安裝布線。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，適合高頻應用，操作比較方便，可靠性也比較高。改進的TSOP技術目前廣泛應用於SDRAM記憶體的製造上，不少知名記憶體製造商如三星、現代、Kingston等目前都在採用這項技術進行記憶體封裝。

圖1 採用TSOP封裝技術的三星記憶體晶片

中流砥柱—TinyBGA封裝

20世紀90年代隨著集成技術的進步、設備的改進和深亞微米技術的使用，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，對集成電路封裝的要求也更加嚴格。為滿足發展的需要，在原有封裝方式的基礎上，又增添了新的方式－球柵陣列封裝，簡稱BGA（Ball Grid Array Package）。BGA封裝技術已經在GPU（圖形處理晶片）、主板晶片組等大規模集成電路的封裝領域得到了廣泛的應用^{[ 3 ]}。而TinyBGA（Tiny Ball Grid Array，小型球柵陣列封裝）就是微型BGA的意思，TinyBGA屬於BGA封裝技術的一個分支，採用BT樹脂以替代傳統的TSOP技術，具有更小的體積，更好的散熱性能和電性能。目前高端顯示卡的顯存以及DDR333、DDR400記憶體上都是採用這一封裝技術的產品（如圖2所示）。