什么是CSP封裝

什么是CSP封裝

近幾年的硬件發(fā)展是日新月異，處理器已經(jīng)進(jìn)入G赫茲時(shí)代，封裝形式也是經(jīng)歷了數(shù)種變化。不過(guò)，光有一顆速急力猛的芯還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，為了讓計(jì)算機(jī)真正快速地跑起來(lái)，整個(gè)系統(tǒng)都需要齊步跟進(jìn)，而內(nèi)存則一向是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。其實(shí)這幾年內(nèi)存技術(shù)也在不斷的走向成熟和完善，在內(nèi)存技術(shù)中，似乎人們對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)和工作頻率給予了更多的關(guān)注，實(shí)際上內(nèi)存還有一項(xiàng)技術(shù)也是非常重要的，對(duì)其容量以及性能都有著極大的影響，那就是內(nèi)存顆粒的封裝形式。不過(guò)可能有些人已發(fā)現(xiàn)手中內(nèi)存條上的顆粒模樣漸漸在變，變得比以前更小、更精致。變化不僅在表面上，這些新型的芯片在適用頻率和電氣特性上比老前輩又有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。這一結(jié)晶應(yīng)歸功于廠商選用的新型內(nèi)存芯片封裝技術(shù)。

??與處理器一樣，內(nèi)存的制造工藝同樣對(duì)其性能高低具有決定意義，而在內(nèi)存制造工藝流程上的最后一步也是最關(guān)鍵一步就是內(nèi)存的封裝技術(shù)。采用不同封裝技術(shù)的內(nèi)存條，在性能上也會(huì)存在較大差距。從DIP、TSOP到BGA，不斷發(fā)展的封裝技術(shù)使得內(nèi)存向著高頻、高速的目標(biāo)繼續(xù)邁進(jìn)。今天我就拿到了中科公司推出的新一代采用CSP封裝的內(nèi)存條，意味著內(nèi)存封裝已經(jīng)進(jìn)入到CSP時(shí)代?？梢哉f(shuō)，CSP技術(shù)的誕生，為DDR內(nèi)存時(shí)代出現(xiàn)的高速度、大容量、散熱等問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案，預(yù)計(jì)該技術(shù)將取代傳統(tǒng)的TSOP技術(shù)及BGA技術(shù)，成為未來(lái)內(nèi)存發(fā)展的主流技術(shù)。

什么是封裝

??封裝技術(shù)其實(shí)就是一種將集成電路打包的技術(shù)。拿我們常見(jiàn)的內(nèi)存來(lái)說(shuō)，我們實(shí)際看到的體積和外觀并不是真正的內(nèi)存的大小和面貌，而是內(nèi)存芯片經(jīng)過(guò)打包即封裝后的產(chǎn)品。這種打包對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)是必須的，也是至關(guān)重要的。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB（印制電路板）的設(shè)計(jì)和制造，因此它是至關(guān)重要的。

??封裝也可以說(shuō)是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過(guò)印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。因此，對(duì)于很多集成電路產(chǎn)品而言，封裝技術(shù)都是非常關(guān)鍵的一環(huán)。

??芯片的封裝技術(shù)種類(lèi)實(shí)在是多種多樣，諸如DIP、PQFP、TSOP、TSSOP、PGA、BGA、QFP、TQFP等等，一系列名稱(chēng)看上去都十分繁雜，其實(shí)，只要弄清芯片封裝發(fā)展的歷程也就不難理解了。芯片的封裝技術(shù)已經(jīng)歷經(jīng)好幾代的變遷，技術(shù)指標(biāo)一代比一代先進(jìn)，包括芯片面積與封裝面積之比越來(lái)越接近，適用頻率越來(lái)越高，耐溫性能越來(lái)越好，以及引腳數(shù)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(jiàn)的變化。

TSOP封裝

??20世紀(jì)70年代時(shí)，芯片封裝流行的還是雙列直插封裝，簡(jiǎn)稱(chēng)DIP(Dual ln-line Package)。DIP封裝在當(dāng)時(shí)具有適合PCB（印刷電路板）的穿孔安裝、比TO型封裝易于對(duì)PCB布線以及操作較為方便等一些特點(diǎn)，其封裝的結(jié)構(gòu)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(gè)芯片封裝技術(shù)先進(jìn)與否的重要指標(biāo)是芯片面積與封裝面積之比，這個(gè)比值越接近1越好。比如一顆采用40根I/O引腳塑料雙列直插式封裝(PDIP)的芯片為例，其芯片面積/封裝面積為1：86，離l相差很遠(yuǎn)。不難看出，這種封裝尺寸遠(yuǎn)比芯片大不少，說(shuō)明封裝效率很低，占去了很多有效安裝面積。

??到了80年代出現(xiàn)的內(nèi)存第二代封裝技術(shù)以TSOP為代表，它很快為業(yè)界所普遍采用，到目前為止還保持著內(nèi)存封裝的主流地位。TSOP是英文Thin Small Outline Package的縮寫(xiě)，意即薄型小尺寸封裝。

??TSOP內(nèi)存封裝技術(shù)的一個(gè)典型特征就是在封裝芯片的周?chē)龀鲆_，如SDRAM內(nèi)存的集成電路兩側(cè)都有引腳，SGRAM內(nèi)存的集成電路四面都有引腳。TSOP適合用SMT技術(shù)（表面安裝技術(shù)）在PCB（印制電路板）上安裝布線。TSOP封裝外形尺寸時(shí)，寄生參數(shù)(電流大幅度變化時(shí)，引起輸出電壓擾動(dòng)) 減小，適合高頻應(yīng)用，操作比較方便，可靠性也比較高。改進(jìn)的TSOP技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于SDRAM內(nèi)存的制造上，不少知名內(nèi)存制造商如三星、現(xiàn)代、Kingston等目前都在采用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行內(nèi)存封裝。

BGA封裝

??20世紀(jì)90年代隨著集成技術(shù)的進(jìn)步、設(shè)備的改進(jìn)和深亞微米技術(shù)的使用，芯片集成度不斷提高，I/O引腳數(shù)急劇增加，功耗也隨之增大，對(duì)集成電路封裝的要求也更加嚴(yán)格。為滿(mǎn)足發(fā)展的需要，在原有封裝方式的基礎(chǔ)上，又增添了新的方式－－球柵陣列封裝，簡(jiǎn)稱(chēng)BGA（Ball Grid Array Package）。 BGA封裝技術(shù)已經(jīng)在筆記本電腦的內(nèi)存、主板芯片組等大規(guī)模集成電路的封裝領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。比如現(xiàn)在的高端顯卡的顯存以及DDR333、DDR400內(nèi)存上都是采用這一封裝技術(shù)的產(chǎn)品。

??BGA 封裝技術(shù)有這樣一些特點(diǎn)：

??－I/O引腳數(shù)雖然增多，但引腳間距并不小，從而提高了組裝成品率；

??－雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電氣性能；

??－厚度和重量都較以前的封裝技術(shù)有所減少；

??－寄生參數(shù)減小，信號(hào)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。

??采用BGA新技術(shù)封裝的內(nèi)存，可以使所有計(jì)算機(jī)中的DRAM內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高兩到三倍，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(shù)使每平方英寸的存儲(chǔ)量有了很大提升，采用BGA封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量下，體積只有TSOP封裝的三分之一；另外，與傳統(tǒng)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。不過(guò)BGA封裝仍然存在著占用基板面積較大的問(wèn)題。

目前隨著以處理器為主的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的總體大幅度提升趨勢(shì)，人們對(duì)于內(nèi)存的品質(zhì)和性能要求也日趨苛刻。為此，人們要求內(nèi)存封裝更加緊致，以適應(yīng)大容量的內(nèi)存芯片，同時(shí)也要求內(nèi)存封裝的散熱性能更好，以適應(yīng)越來(lái)越快的核心頻率。毫無(wú)疑問(wèn)的是，進(jìn)展不太大的TSOP等內(nèi)存封裝技術(shù)也越來(lái)越不適用于高頻、高速的新一代內(nèi)存的封裝需求，新的內(nèi)存封裝技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生了。

CSP封裝

??在BGA技術(shù)開(kāi)始推廣的同時(shí)，另外一種從BGA發(fā)展來(lái)的CSP封裝技術(shù)正在逐漸展現(xiàn)它生力軍本色。CSP，全稱(chēng)為Chip Scale Package，即芯片級(jí)封裝的意思。作為新一代的芯片封裝技術(shù)，在BGA、TSOP的基礎(chǔ)上，CSP的性能又有了革命性的提升。

??CSP封裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過(guò)1：1.14，已經(jīng)相當(dāng)接近1：1的理想情況，絕對(duì)尺寸也僅有32平方毫米，約為普通的BGA的1/3，僅僅相當(dāng)于TSOP內(nèi)存芯片面積的1/6。這樣在相同體積下，內(nèi)存條可以裝入更多的芯片，從而增大單條容量。也就是說(shuō)，與BGA封裝相比，同等空間下CSP封裝可以將存儲(chǔ)容量提高三倍。

??CSP封裝內(nèi)存不但體積小，同時(shí)也更薄，其金屬基板到散熱體的最有效散熱路徑僅有0.2mm，大大提高了內(nèi)存芯片在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后的可靠性，線路阻抗顯著減小，芯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(dāng)大的提高。在相同的芯片面積下CSP所能達(dá)到的引腳數(shù)明顯的要比TSOP、BGA引腳數(shù)多的多（TSOP最多304根，BGA以600根為限,CSP原則上可以制造1000根），這樣它可支持I/O端口的數(shù)目就增加了很多。此外，CSP封裝內(nèi)存芯片的中心引腳形式有效的縮短了信號(hào)的傳導(dǎo)距離，其衰減隨之減少，芯片的抗干擾、抗噪性能也能得到大幅提升，這也使得CSP的存取時(shí)間比BGA改善15%－20%。

??在CSP的封裝方式中，內(nèi)存顆粒是通過(guò)一個(gè)個(gè)錫球焊接在PCB板上，由于焊點(diǎn)和PCB板的接觸面積較大，所以?xún)?nèi)存芯片在運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量可以很容易地傳導(dǎo)到PCB板上并散發(fā)出去；而傳統(tǒng)的TSOP封裝方式中，內(nèi)存芯片是通過(guò)芯片引腳焊在PCB板上的，焊點(diǎn)和PCB板的接觸面積較小，使得芯片向PCB板傳熱就相對(duì)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(cè)試結(jié)果顯示，運(yùn)用CSP封裝的內(nèi)存可使傳導(dǎo)到PCB板上的熱量高達(dá)88.4%，而TSOP內(nèi)存中傳導(dǎo)到PCB板上的熱量能為71.3%。另外由于CSP芯片結(jié)構(gòu)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，致使芯片耗電量和工作溫度相對(duì)降低。

目前內(nèi)存顆粒廠在制造DDR333和DDR400內(nèi)存的時(shí)候均采用0.175微米制造工藝，良品率比較低。而如果將制造工藝提升到0.15甚至0.13微米的話，良品率將大大提高。而要達(dá)到這種工藝水平，采用CSP封裝方式則是不可避免的。因此CSP封裝的高性能內(nèi)存是大勢(shì)所趨。

中科CSP封裝內(nèi)存外觀

下面就仔細(xì)的看一下我們這次拿到的采用CSP封裝的中科 PC-133 SDRAM內(nèi)存。

下面是TSOP封裝、BGA封裝和CSP封裝內(nèi)存的比較。

此外，中科還同步推出了采用CSP封裝的筆記本內(nèi)存條。

??雖然我們這次見(jiàn)到的CSP封裝內(nèi)存還只是PC133 SDRAM內(nèi)存，不過(guò)不可否認(rèn)的一點(diǎn)是，CSP封裝擁有眾多TSOP和BGA封裝所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它代表了內(nèi)存技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向，因此在未來(lái)不可避免的會(huì)受到人們更多的關(guān)注。此次中科推出的這兩款內(nèi)存條說(shuō)明中科公司在CSP技術(shù)的掌握上已經(jīng)走在了前列，今后我們將會(huì)繼續(xù)關(guān)注中科，關(guān)注CSP。