內存封裝

隨着光電、微電製造工藝技術的飛速發展，電子產品始終在朝着更小、更輕、更便宜的方向發展，因此芯片元件的封裝形式也不斷得到改進。芯片的封裝技術多種多樣，有DIP、POFP、TSOP、BGA、QFP、CSP等等，種類不下三十種，經歷了從DIP、TSOP到BGA的發展歷程。芯片的封裝技術已經歷了幾代的變革，性能日益先進，芯片面積與封裝面積之比越來越接近，適用頻率越來越高，耐温性能越來越好，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。

上個世紀的70年代，芯片封裝基本都採用DIP（Dual ln-line Package，雙列直插式封裝）封裝，此封裝形式在當時具有適合PCB（印刷電路板）穿孔安裝，佈線和操作較為方便等特點。DIP封裝的結構形式多種多樣，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。但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。理想狀態下芯片面積和封裝面積之比為1：1將是最好的，但這是無法實現的，除非不進行封裝，但隨着封裝技術的發展，這個比值日益接近，已經有了1：1.14的內存封裝技術。

到了上個世紀80年代，內存第二代的封裝技術TSOP出現，得到了業界廣泛的認可，仍舊是內存封裝的主流技術。TSOP是“Thin Small Outline Package”的縮寫，意思是薄型小尺寸封裝。TSOP內存是在芯片的周圍做出引腳，採用SMT技術（表面安裝技術）直接附着在PCB板的表面。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。同時TSOP封裝具有成品率高，價格便宜等優點，因此得到了極為廣泛的應用。

TSOP封裝方式中，內存芯片是通過芯片引腳焊接在PCB板上的，焊點和PCB板的接觸面積較小，使得芯片向PCB辦傳熱就相對困難。而且TSOP封裝方式的內存在超過150MHz後，會產生較大的信號干擾和電磁干擾。 ^[1] 

20世紀90年代隨着技術的進步，芯片集成度不斷提高，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。為了滿足發展的需要，BGA封裝開始被應用於生產。BGA是英文Ball Grid Array Package的縮寫，即球柵陣列封裝。

採用BGA技術封裝的內存，可以使內存在體積不變的情況下內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封裝技術使每平方英寸的存儲量有了很大提升，採用BGA封裝技術的內存產品在相同容量下，體積只有TSOP封裝的三分之一；另外，與傳統TSOP封裝方式相比，BGA封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。

BGA封裝的I/O端子以圓形或柱狀焊點按陣列形式分佈在封裝下面，BGA技術的優點是I/O引腳數雖然增加了，但引腳間距並沒有減小反而增加了，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熱性能；厚度和重量都較以前的封裝技術有所減少；寄生參數減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性高。 ^[2] 

説到BGA封裝就不能不提Kingmax公司的專利TinyBGA技術，TinyBGA英文全稱為Tiny Ball Grid Array（小型球柵陣列封裝），屬於是BGA封裝技術的一個分支,是Kingmax公司於1998年8月開發成功的，其芯片面積與封裝面積之比不小於1:1.14，可以使內存在體積不變的情況下內存容量提高2～3倍，與TSOP封裝產品相比，其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。

採用TinyBGA封裝技術的內存產品在相同容量情況下體積只有TSOP封裝的1/3。TSOP封裝內存的引腳是由芯片四周引出的，而TinyBGA則是由芯片中心方向引出。這種方式有效地縮短了信號的傳導距離，信號傳輸線的長度僅是傳統的TSOP技術的1/4，因此信號的衰減也隨之減少。這樣不僅大幅提升了芯片的抗干擾、抗噪性能，而且提高了電性能。採用TinyBGA封裝芯片可抗高達300MHz的外頻，而採用傳統TSOP封裝技術最高只可抗150MHz的外頻。

TinyBGA封裝的內存其厚度也更薄（封裝高度小於0.8mm），從金屬基板到散熱體的有效散熱路徑僅有0.36mm。因此，TinyBGA內存擁有更高的熱傳導效率，非常適用於長時間運行的系統，穩定性極佳。

CSP（Chip Scale Package），是芯片級封裝的意思。CSP封裝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。

CSP封裝內存不但體積小，同時也更薄，其金屬基板到散熱體的最有效散熱路徑僅有0.2毫米，大大提高了內存芯片在長時間運行後的可靠性，線路阻抗顯著減小，芯片速度也隨之得到大幅度提高。 ^[3] 

CSP封裝內存芯片的中心引腳形式有效地縮短了信號的傳導距離，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的存取時間比BGA改善15%－20%。在CSP的封裝方式中，內存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，所以內存芯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。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。

WLCSP（Wafer Level Chip Scale Package，晶圓級芯片封裝），這種技術不同於傳統的先切割晶圓，再封裝測試的做法，而是先在整片晶圓上進行封裝和測試，然後再切割。WLCSP有着更明顯的優勢。首先是工藝工序大大優化，晶圓直接進入封裝工序，而傳統工藝在封裝之前還要對晶圓進行切割、分類。所有集成電路一次封裝，刻印工作直接在晶圓上進行，設備測試一次完成，這在傳統工藝中都是不可想象的。其次，生產週期和成本大幅下降，WLCSP的生產週期已經縮短到1天半。而且，新工藝帶來優異的性能，採用WLCSP封裝技術使芯片所需針腳數減少，提高了集成度。WLCSP帶來的另一優點是電氣性能的提升，引腳產生的電磁干擾幾乎被消除。採用WLCSP封裝的內存可以支持到800MHz的頻率，最大容量可達1GB！ ^[4] 

在不同的內存條上，都分佈了不同數量的塊狀顆粒，它就是我們所説的內存顆粒。同時我們也注意到，不同規格的內存，內存顆粒的外形和體積不太一樣，這是因為內存顆粒“包裝”技術的不同導致的。一般來説，DDR內存採用了TSOP（Thin Small Outline Package，薄型小尺寸封裝）封裝技術，又長又大。而DDR2和DDR3內存均採用FBGA（底部球形引腳封裝）封裝技術，與TSOP相比，內存顆粒就小巧很多，FBGA封裝形式在抗干擾、散熱等方面優勢明顯。

TSOP是內存顆粒通過引腳焊接在內存PCB上的，引腳由顆粒向四周引出，所以肉眼可以看到顆粒與內存PCB接口處有很多金屬柱狀觸點，並且顆粒封裝的外形尺寸較大，呈長方形，其優點是成本低、工藝要求不高，但焊點和PCB的接觸面積較小，使得DDR內存的傳導效果較差，容易受干擾，散熱也不夠理想。FBGA封裝把DDR2和DDR3內存的顆粒做成了正方形，而且體積大約只有DDR內存顆粒的三分之一，內存PCB上也看不到DDR內存芯片上的柱狀金屬觸點，因為其柱狀焊點按陣列形式分佈在封裝下面，所有的觸點就被“包裹”起來了，外面自然看不到。其優點是有效地縮短了信號的傳導距離。

速度與容量：成倍提升

選擇內存和CPU搭配的時候就是看內存帶寬是否大於或者等於CPU的帶寬，這樣才可以滿足CPU的數據傳輸要求。從帶寬公式（帶寬=位寬×頻率÷8）可以得知，和帶寬關係最緊密的就是頻率。這也是為什麼三代內存等效頻率一升再升的原因之一，其目的就是為了滿足CPU的帶寬。

不僅速度上有所提升，而且隨着我們應用的提高，我們也需要更大容量的單根內存，DDR時代賣得最火的是512MB和1GB的內存，而到了DDR2時代，兩根1GB內存就只是標準配置了，內存容量為4GB的電腦也逐漸多了起來。甚至在今後還會有單根8GB的內存出現。這説明了人們的對內存容量的要求在不斷提高。

延遲值：一代比一代高

任何內存都有一個CAS延遲值，這就好像甲命令乙做事情，乙需要思考的時間一樣。一般而言，內存的延遲值越小，傳輸速度越快。從DDR、DDR2、DDR3內存身上看到，雖然它們的傳輸速度越來越快，頻率越來越高，容量也越來越大，但延遲值卻提高了，譬如DDR內存的延遲值（第一位數值大小最重要，普通用户關注第一位延遲值就可以了）為1.5、2、2.5、3；而到了DDR2時代，延遲值提升到了3、4、5、6；到了DDR3時代，延遲值也繼續提升到了5、6、7、8或更高。

功耗：一次又一次降低

電子產品要正常工作，肯定要有電。有電，就需要工作電壓，該電壓是通過金手指從主板上的內存插槽獲取的，內存電壓的高低，也反映了內存工作的實際功耗。一般而言，內存功耗越低，發熱量也越低，工作也更穩定。DDR內存的工作電壓為2.5V，其工作功耗在10W左右；而到了DDR2時代，工作電壓從2.5V降至1.8V；到了DDR3內存時代，工作電壓從1.8V降至1.5V，相比DDR2可以節省30%～40%的功耗。為此我們也看到，從DDR內存發展到DDR3內存，儘管內存帶寬大幅提升，但功耗反而降低，此時內存的超頻性、穩定性等都得到進一步提高。

製造工藝：不斷提高

從DDR到DDR2再到DDR3內存，其製造工藝都在不斷改善，更高的工藝水平會使內存電氣性能更好，成本更低。譬如DDR內存顆粒廣泛採用0.13微米制造工藝，而DDR2顆粒採用了0.09微米制造工藝，DDR3顆粒則採用了全新65nm製造工藝（1微米=1000納米）。