|
如今计算机的“心”奔腾不止，以百兆为单位的高速提升让我们不得不感叹CPU技术的成熟和完善。不过，光有一颗速急力猛的芯好像还远远不够，为了让计算机真正快速地跑起来，整个内外系统都需要齐齐跟进，而内存则一向是一个关注焦点。作为计算机的“运作机舱”，内存的性能直接影响计算机的整体表现，重要性是不言而喻的。与CPU一样，内存的制造工艺同样对其性能高低具有决定意义，而在内存制造工艺流程上的最后一步也是最关键一步就是内存的封装技术。采用不同封装技术的内存条，在性能上也会存在较大差距。从DIP、TSOP到BGA，不断发展的封装技术使得内存向着高频、高速的目标继续迈进，而NORCENT Micro－CSP等新型技术的出现，则意味着内存封装已经进入到CSP时代。
内存封装，“品质”外衣
我们所使用的每一条内存，其实是由数量庞大的集成电路组合而成，只不过这些电路，都是需要最后打包完成，这类将集成电路打包的技术就是所谓的封装技术。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。
在我们的计算机里，CPU需要严格地封装，内存条也同样不可怠慢，对于常见的内存条而言，我们实际看到的体积和外观并不是真正的内存的大小和面貌，那一个一个整齐排列的小黑块即内存芯片经过打包封装后的成果。对于内存这样以芯片为主的产品来说，封装技术不仅保证芯片与外界隔离，防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电学性能下降；而且封装技术的好坏还直接关系到与芯片连接的PCB（印制电路板）的设计和制造，从而对芯片自身性能的表现和发挥产生深刻的影响。 如此而言，封装技术好比内存的一件外衣，而内存品质在这里则是典型的“以貌取人”，越“高档”的外衣身价也就越高了。如同微处理器一样，内存条的技术也是不断地更新。人们手中内存条上的颗粒模样渐渐在变，变得比以前更小、更精致。变化不仅在表面上，而且这些新型的芯片在适用频率和电气特性上比老前辈又有了长足的进步。这一结晶应归功新型的内存芯片封装技术所带来的成果。
从DIP封到BGA封装
芯片的封装技术种类实在是多种多样，诸如DIP，PQFP, TSOP, TSSOP, PGA, BGA, QFP, TQFP, QSOP, SOIC, SOJ, PLCC, WAFERS......一系列名称看上去都十分繁杂，其实，只要弄清芯片封装发展的历程也就不难理解了。芯片的封装技术已经历经好几代的变迁，技术指标一代比一代先进，包括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，使用更加方便等等，都是看得见的变化。 20世纪70年代时，芯片封装流行的还是双列直插封装，简称DIP(Dual ln-line Package)。DIP封装在当时具有适合PCB（印刷电路板）的穿孔安装，具有比TO型封装易于对PCB布线以及操作较为方便等一些特点，其封装的结构形式也很多，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等等。但是衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。比如一颗采用40根I / O引脚塑料双列直插式封装(PDIP)的芯片为例，其芯片面积/封装面积=（3 x3）/（15．24 x 50）=1：86，离l相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大不少，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。
到了80年代出现的内存第二代封装技术以TSOP为代表，它很快为业界所普遍采用，到目前为止还保持着内存封装的主流地位。TSOP是英文Thin Small Outline Package的缩写，意即薄型小尺寸封装。TSOP内存封装技术的一个典型特征就是在封装芯片的周围做出引脚，如SDRAM内存的集成电路两侧都有引脚，SGRAM内存的集成电路四面都有引脚。TSOP适合用SMT技术（表面安装技术）在PCB（印制电路板）上安装布线。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。改进的TSOP技术目前广泛应用于SDRAM内存的制造上，不少知名内存制造商如三星、现代、Kingston等目前都在采用这项技术进行内存封装。
20世纪90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，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。为满足发展的需要，在原有封装方式的基础上，又增添了新的方式一一球栅阵列封装，简称BGA（Ball Grid Array Package）。BGA封装技术已经在笔记本电脑的内存、主板芯片组等大规模集成电路的封装领域得到了广泛的应用。比如我们所熟知的Intel BX、VIA MVP3芯片组以及SODIMM等都是采用这一封装技术的产品。
BGA 封装技术有这样一些特点：I / O引脚数虽然增多，但引脚间距并不小，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。不过BGA封装仍然存在着占用基板面积较大的问题。
随着以CPU为主的计算机系统性能的总体大幅度提升趋势，人们对于内存的品质和性能要求也日趋苛刻。为此，人们要求内存封装更加紧致，以适应大容量的内存芯片，同时也要求内存封装的散热性能更好，以适应越来越快的核心频率。毫无疑问的是，进展不太大的TSOP等内存封装技术也越来越不适用于高频、高速的新一代内存的封装需求，新的内存封装技术也应运而生了。 采用BGA新技术封装的内存，可以使所有计算机中的DRAM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。
浮出水面的CSP
在BGA技术开始推广的同时，另外一种从BGA发展来的CSP封装技术正在逐渐展现它生力军本色。CSP，全称为Chip Scale Package，即芯片级封装的意思。作为新一代的芯片封装技术，在BGA、TSOP的基础上，CSP的性能又有了长足的飞跃。
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。这样在相同体积下，内存条可以装入更多的芯片，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0.2mm，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的提高。
不少DRAM厂商都表示，虽然目前DDR266或DDR200很多还采用TSOP封装技术，但自DDR333开始如再使用传统SDRAM的TSOP封装的话，在量产良品率上势必会出现极大问题，因此如需将规格向上提高到DDR333，则需将封装方式改采为CSP封装才有机会(不过不会是BGA封装)。据了解，目前DRAM颗粒厂如采用0.175微米制程来制造DDR333颗粒，良品率上最多仅能达到20%(原因在于0.175微米制程是用来制造DDR266)，但如将制程提升至0.15微米甚至0.13微米，用来制造DDR333颗粒，其良率将可高达70%～80%。对于DRAM颗粒厂商而言，在制造一颗DDR266与DDR333时所耗费成本几乎是相差不大，因此使用CSP封装的高性能内存是大势所趋。 目前，国内的内存生产商中NORCENT（宏盛）开发的“Micro-CSP”技术走在了业界CSP封装技术的前列。NORCENT Micro-CSP 的SDRA模块，应用了倒装焊技术，与相同的模块空间TSOP封装比，它可以很容易的将内存容量增加为四倍以上。NORCENT MICRO CSP的电气性能和可靠性也相比BGA、TOSP有相当的提高。在相同的芯片面积下NORCENT MICRO CSP所能达到的引脚数明显的要比TSOP、BGA引脚数多的多（TSOP最多304根，BGA以600根为限CSP原则上制造1000根不难），这样它可支持I / O端口的数就增加了很多。此外，NORCENT Micro CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效的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NORCENT Micro CSP的存取时间比BGA改善15%－20%。
在NORCENT Micro-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；而传统的TSOP封装方式中，内存芯片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板传热就相对困难。同时，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。测试结果显示，运用NORCENT Micro-CSP封装的内存可使传导到PCB板上的热量能高达88.4%，而TSOP内存中传导到PCB板上的热量能为71.3%。另外由于NORCENT Micro-CSP芯片结构紧凑，电路冗余度低，因此它也省去了很多不必要的电功率消耗，致使芯片耗电量和工作温度相对降低；同时，宏盛的NORCENT Micro-CSP内存芯片还省却了陶瓷"保温层"，几乎“全裸”，使得它比普通BGA内存芯片工作温度低了平均3℃左右，比TSOP低了5℃。通过以上这几点努力，NORCENT Micro-CSP在提高内存速度的前提下还保证了温度的降低，从而在移动计算和长时间运行系统（如网络服务器）等领域有其独特的优势。
另外，Micro-CSP封装的成本也有不小的潜力可挖。目前Micro-CSP封装技术已经趋于成熟，在技术上已经没有任何问题，如果市场需求大、NORCENT封装厂全面投产（年封装测试1.3亿块）成本也会大幅下跌，因此将来它在价格上极具竞争力。
据透露，NORCENT将主要把该项技术运用到高端PC DDR内存及笔记本专用内存和服务器内存中。其中第一批采用Micro-CSP技术的第二代NORCENT DDR333内存条将于2002年元月正式面市，型号包括256MB及512MB。新型CSP内存产品体积更小、容量更大、抗噪和散热效果更佳，系统稳定性更强，成为DRAM产品中，最具革命性变化的内存封装工艺。 Micro－CSP技术的诞生，为DDR内存时代出现的高速度、大容量、散热等问题提出了相应的解决方案，预计该技术将取代传统的TSOP技术及BGA技术，给新一代内存装出“新意”来。
|
