內存顆粒封裝技術


預備知識

集成電路封裝(英語:integrated circuit packaging),簡稱封裝,是半導體器件制造的最后階段,之后將進行集成電路性能測試。器件的核心晶粒被封裝在一個支撐物之內,這個封裝可以防止物理損壞(如碰撞和划傷)以及化學腐蝕,並提供對外連接的引腳,這樣就便於將芯片安裝在電路系統里。

前蘇聯 1977 年制造的集成電路 K1ZhG453
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內存顆粒(芯片)封裝是集成電路封裝的一類。內存顆粒封裝是內存芯片制造工藝的最后一步,也是最關鍵的一步。采用不同封裝技術的內存條,其性能上會存在較大差距。衡量封裝技術先進與否的重要指標是芯片面積與封裝面積之比,這個比值越接近1越好。內存顆粒封裝技術主要有DIP,TSOP,BGA,CSP。

DIP封裝

雙列直插封裝(英語:dual in-line package) 也稱為DIP封裝DIP包裝,簡稱為DIPDIL,是一種集成電路封裝方式,集成電路的外形為長方形,在其兩側則有兩排平行的金屬引腳,稱為排針。DIP包裝的元件可以焊接在印刷電路板電鍍的貫穿孔中,或是插入在DIP插座(socket)上。

DIP包裝的元件一般會簡稱為DIP*n*,其中n是引腳的個數,例如十四針的集成電路即稱為DIP14,下圖即為DIP14的集成電路。
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雙列直插封裝芯片的剖面圖
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上個世紀的70年代,芯片封裝基本都采用DIP。DIP封裝形式封裝效率是很低的,其芯片面積和封裝面積之比為1:1.86,這樣封裝產品的面積較大,內存條PCB板的面積是固定的,封裝面積越大在內存上安裝芯片的數量就越少,內存條容量也就越小。同時較大的封裝面積對內存頻率、傳輸速率、電器性能的提升都有影響。

TSOP封裝

薄型小尺寸封裝(英語:thin small outline package)這種封裝很薄(約 1 毫米)並且具有緊密的引線間距(低至 0.5 毫米)。TSOP技術是在芯片的周圍做出引腳,采用SMT技術(表面安裝技術)直接附着在PCB板的表面。

32個引腳的TSOP封裝芯片

TSOP I 型:Atmel AT29C010A
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由於引腳數多且體積小,它們經常用於 RAM 或閃存 IC。在某些應用中,它們正被球柵陣列封裝所取代,后者可以實現更高的密度。TSOP除了用於內存封裝外,也適合SRAM閃存FSRAME2PROM等。

BGA封裝

球柵陣列封裝(英語:Ball Grid Array)技術為應用在集成電路上的一種表面黏着封裝技術,此技術常用來永久性固定如微處理器之類的裝置。

一顆Intel嵌入式的Pentium MMX處理器底視圖,可見到這些錫球的顆粒
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BGA封裝能提供比其他如雙列直插封裝(Dual in-line package)或四側引腳扁平封裝(Quad Flat Package)所容納更多的接腳,整個裝置的底部表面可全作為接腳使用,而不是只有周圍可使用,比起周圍限定的封裝類型還能具有更短的平均導線長度,以具備更佳的高速效能。

焊接BGA封裝的裝置需要精准的控制,且通常是由自動化程序的工廠設備來完成的。BGA封裝裝置並不適用於插槽固定方式。

在移除集成電路芯片后,印刷電路板上的焊球網格陣列。
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BGA封裝技術是從插針網格陣列(pin grid array; PGA)改良而來,是一種將某個表面以格狀排列的方式覆滿(或部分覆滿)引腳的封裝法,在運作時即可將電子訊號從集成電路上傳導至其所在的印刷電路板(PCB)。在BGA封裝下,在封裝底部處引腳是由錫球所取代,每個原本都是一粒小小的錫球固定其上。

組裝在PCB上的BGA IC
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這些錫球可以手動或透過自動化機器配置,並透過助焊劑將它們定位。裝置以表面貼焊技術固定在PCB上時,底部錫球的排列恰好對應到板子上銅箔的位置。產線接着會將其加熱,無論是放入回焊爐 (reflow oven) 或紅外線爐,以將錫球熔化。表面張力會使得融化的錫球撐住封裝點並對齊到電路板上,在正確的間隔距離下,當錫球冷卻並固定后,形成的焊接接點即可連接裝置與PCB。

CSP封裝

芯片級封裝(英語:Chip Scale Package)是最新一代的內存芯片封裝技術,其技術性能又有了新的提升。CSP封裝可以讓芯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內存芯片面積的1/6。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。

WL-CSP封裝設備,與美國一分錢幣的對照。采用SOT - 23器件進行比較
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參考鏈接


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