内存封装是怎么回事?最新的现代内存封装技术是什么?

随着计算机芯片技术的不断发展和成熟,为了更好的与之配合,内存产品也从后台走了出来,成为CPU之外的另一个焦点。作为计算机的重要组成部分,内存的性能直接影响着计算机的整体性能。存储器制造过程的最后也是最关键的一步是存储器的封装技术。不同封装工艺的记忆棒性能差距很大。只有高质量的封装技术才能生产出完美的内存产品。

封装技术实际上是一种封装集成电路的技术。就拿我们常见的内存来说,我们实际看到的并不是真正内存的大小和外观,而是内存芯片封装后的产品。这种封装对芯片来说是必要的,也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质腐蚀芯片电路,导致电气性能下降。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。因为封装工艺的好坏也直接影响到芯片的性能以及与之相连的PCB(印刷电路板)的设计和制造,所以非常重要。

目前,虽然业界广泛使用的封装技术有各种各样,但90%采用的是TSOP(如图1),英文称为Thin Small Outline Package,是80年代出现的第二代存储器封装技术的代表。TSOP的一个典型特征是在封装芯片周围制造引脚。比如SDRAM的IC两面都有引脚,SGRAM的IC四面都有引脚。TSOP适合用SMT表面贴装技术在PCB上安装布线,封装尺寸和寄生参数减小,适合高频应用,操作方便,可靠性高。采用该技术的品牌有三星、现代和金士顿等。TSOP目前广泛应用于SDRAM存储器的制造,但随着时间的推移和技术的进步,TSOP越来越不适合新一代的高频高速存储器。

像微处理器一样,内存芯片的技术也在不断更新。你可能已经发现,你手里的记忆棒上的颗粒正在逐渐变化,变得比以前更小更细腻。变化不仅仅是表面上的,这些新芯片在适用频率和电气特性方面都比前辈有了很大的进步。这个结晶应该归功于那些厂商选择了新的存储芯片封装技术。以TinyBGA和BLP技术为代表的新型芯片封装技术逐渐成熟。

首先要提一下TinyBGA技术,这是Kingmax的专利,1998年8月研发成功。要了解TinyBGA技术,首先要知道BGA是什么。BGA是Ball-grid-Array的缩写,即球栅阵列封装,是新一代的芯片封装技术。其I/O端子以圆形或柱状焊点的形式分布在封装下方。BGA技术的优势在于可以增加I/O的数量和间距,消除高I/O数带来的生产成本和可靠性问题。已广泛应用于笔记本电脑内存、主板芯片组等大规模集成电路的封装领域。比如大家熟知的Intel 845PE和VIA KT400芯片组都是采用这种封装技术的产品。

TinyBGA的意思是微型BGA。TinyBGA英文叫Tiny Ball Grid Array,芯片面积与封装面积之比不小于1: 1.14,属于BGA封装技术的一个分支。这种创新技术的应用,可以在体积不变的情况下,将所有计算机中DRAM的存储容量提高2到3倍。TinyBGA采用BT树脂代替传统的TSOP工艺,体积更小,散热和电气性能更好。

TinyBGA封装技术极大地提高了每平方英寸的存储容量,256M内存可以在与128M TSOP封装的144引脚SO-DIMM相同空间的PCB上制造。对于两个同样大小的内存条,TinyBGA封装方式的容量是TSOP的两倍,但价格没有明显变化。数据显示,采用TinyBGA封装技术的存储器产品,与同等容量相比,只有TSOP封装的三分之一。当存储模块的工艺直径小于0.25 m时,TinyBGA封装的成本小于TSOP封装。

TinyBGA封装存储器的I/O端从芯片中心引出,TSOP从外围引出。这有效地缩短了信号的传输距离,信号传输线的长度仅为传统TSOP技术的四分之一,因此信号衰减也相应减小。这样不仅大大提高了芯片的抗干扰和抗噪声性能,还提高了电学性能。TinyBGA封装芯片可以抵抗高达300MHz的额外,而传统TSOP封装只能抵抗150MHz的额外。而且用TinyBGA封装的存储器不仅比同容量的TSOP芯片更小,而且更薄(封装高度小于0.8mm),从金属基板到散热器的有效散热路径只有0.36 mm,因此TinyBGA存储器具有更高的导热效率,非常适合长期运行的系统,稳定性极佳。反复测试表明,TinyBGA的热阻抗比TSOP低75%。显然,与传统的TSOP封装方法相比,TinyBGA封装方法具有更快、更有效的散热方式。

除了TinyBGA,BLP技术也是目前市场上常见的技术。BLP的英文全称是Bottom Led Plastic,芯片面积与封装面积之比大于1: 1.1,符合CSP(芯片尺寸封装)灌封规范。不仅高度和面积小,而且电气特性进一步提高,制造成本不高。广泛应用于SDRAM\RDRAM\DDR等新一代存储器的制造。随着BLP封装的关键部件塑料封装基板的价格持续下降,BLP封装存储器将很快进入普通用户的家庭。

内存颗粒的封装方式经历了DIP、SIP、SOJ、TSOP、BGA、CSP的变化,可谓跌宕起伏。在介绍内存颗粒封装之前,我们先来看看内存的三个模块。

早期的PC,内存条是直接焊在主板上的,所以RAM的容量是固定的,扩展起来很麻烦。为了扩展RAM的容量,设计师后来把内存条做成专门的内存条,需要的时候再加进去。

单列直插式内存模块

体积小,重量轻,插在主板的专用槽里。插槽上有防呆设计,可以避免被反插,插槽两端有金属夹挡住,就是今天内存的雏形。它的优势在于使用了标准的引脚设计,几乎可以兼容所有的PC。

双列直插式内存模块

类似于SIMM,但略大。不同的是,SIMM的一些管脚是前后连在一起的,而DIMM的每个管脚是分开的,所以电气性能得到了很大的提升,从而可以容纳更多的管脚,而不需要把模块做得很大,所以很容易得到更大容量的RAM。

RIMM(Rambus嵌入式内存模块)

它的外观有点像DIMM,但体积更大,性能更好,但价格昂贵,发热量更高。为了解决发热问题,每个模块上都有很长的散热片。