计算机DRAM的常用封装技术.docx

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1、计算机DRAM的常用封装技术目录?序言1?DRAM的常用封装技术1?HBM带动封装技术再创新2?盘点：芯片封装技术4?先进封装大战22?结语24序言处理器，无论是CPU、GPU、FPGA,还是NPU,要想正常运行，都离不开RAM,特别是DRAM（动态随机存取存储器），它已经成为各种系统（PC,手机，数据中心等）中内存的代名词。根据应用不同，系统对芯片面积和功耗有不同要求，因此，DRAM被分成标准DDR（双倍数据速率）、1PDDR、GDDR等，当然，主要就是这三类。其中，DDR是相对于SDR（单数据速率）而言的,将I/O时钟加倍了，主要为PC和数据中心的CPU服务，目前已经发展到DDR5；1PD

2、DR是低功耗的DDR,主要用于手机等便携式设备；GDDR则是GPU专用DRAMo在高性能计算（HPC）和A1发展如火如荼的当下，一个很大的瓶颈就是处理器与DRAM之间的通信速度，越来越跟不上应用需求的前进脚步。对此，人们想出了多种方法，以提升通信带宽，如不断提升DRAM本身的接口性能，以及存算一体等，但从实际应用情况来看，只提升接口性能是不够用的，而存算一体短期内还无法实现。在这种情况下，推出更好的DRAM与CPU、GPU等处理器的结合形式，也就是不断让封装技术进步，成为了业界提升通信带宽的普遍共识。DRAM的常用封装技术DRAM封装技术几经变迁，从双列直插封装DIP、J型引脚小外形封装S0J

3、、薄型小尺寸封装TSoP、底部引线塑料封装B1P、焊球阵列封装BGA（F-BGA、W-BGA）,发展到芯片级封装CSP、堆叠封装等高性能封装方式。在成本允许的条件下，可尽量采用先进的封装技术，以提升DRAM性能。目前，堆叠封装技术，特别是系统级封装（SiP）,可以在有限的空间内成倍提高存储器容量，或实现电子设计功能，解决空间、互连受限等问题。此外，由于封装设计的变化，引线键合封装因具有灵活性、可靠性和低成本的优点而备受青睐。倒装（FIiPChip,FO芯片于2016年开始进军DRAM封装，由于高带宽需求的推动，倒装芯片在PC、服务器中的采用率不断增加。目前，系统对高带宽、高性能、低延迟的综合要

4、求很高，硅通孔（TSV）很适合高带宽内存封装需求。在便携式电子设备应用中（如手机），DRAM的封装尺寸会直接影响到产品的体积大小，所以，封装技术要向轻、薄、短、小方向发展。不同应用的产品尺寸、性能、形态等存在差异，采用的封装形式也不同。其中，移动终端DRAM（1PDDR）多以WB-FBGA为主，PC和服务器用的标准型DDR则以FBGA、FC为主。以DDR为例，FBGA线长较短，信号传输好且成本较低，曾经被三星、SK海力士和美光等主流厂商广泛采用，随着内存条产品发展到DDR4,三星、SK海力土的很多产品开始转向FC封装，其传输路径更短，电性能表现更好。尽管FC的成本比FBGA高，但得益于规模效应

5、，两者成本基本持平。现在的高端产品，如DDR5,性能要求很高，目前多采用TSV堆叠封装。TSV采用纵向穿越结构，通过导线将不同层的芯片相互连接起来，这种连接方式不仅提供了更高的信号带宽，还减少了电阻和电感，提高了芯片的整体性能。通过TSV把多芯片的I/O连接，同时实现多芯片堆叠来扩容并实现更小的信号损失。1PDDR与处理器紧密集成在一起，或者焊接在主板上，靠近CPU,或者直接在处理器（在这种情况下，通常是SoC）的顶部以PaCkage-On-PaCkage封装的形式出现，这种形式越来越常见。紧密的集成可减少将内存连接到处理器的长导线中的电阻，从而降低功耗。总体来看，引线键合是主要的封装方法，广

6、泛应用于移动存储器，其次是倒装芯片封装，其在DRAM市场不断拓展。?.HBM带动封装技术再创新目前，A1服务器对HBM（高带宽内存）的需求量越来越大，因为HBM大大缩短了走线距离,从而大幅提升了AI处理器运算速度。HBM经历了几代产品,包括HBM、HBM2、HBM2e和HMB3,最新的HBM3e刚出样品。HBM是一种应用于CPU和GPU的新型内存，它将多个DDR芯片堆叠在一起后和GPU封装在一起，主要通过TSV技术进行芯片堆叠，通过贯通所有芯片层的柱状通道传输信号、指令和电流，以增加吞吐量并克服单一封装内带宽的限制，实现了大容量、高带宽的DDR组合阵列。HBM3带宽可以达至U819GB/S。目

7、前，全球三大存储芯片厂商都在开发HBM技术和产品，其中，三星和SK海力士已经量产了HBM3,主要用于英伟达的H1O0、H800和AMD的MI300系列GPU,三星预计于2024年第一季度送样HBM3e,下半年量产，SK海力士则于近期给英伟达送去了HBM3e样品，其最新的GPU芯片H200已经标配了HBM3e。美光（MiCrOn）则相对落后，该公司选择跳过HBM3,直接开发HBM3eo传统封装技术已经难以满足HBM的需求，而台积电的CoWoS（chip-on-wafer-on-substrate）封装则是较为理想的方案。CoWOS是一种集成逻辑和HBM芯片的2.5D封装技术，在这种封装中，处理器

8、和HBM在硅中介层上并排键合，以形成具有细间距和器件之间高密度互连布线的晶圆上芯片（CoW）。每个HBM都由带有微凸块的DRAM和一个带有TSV的逻辑基座组成，然后完成在基板上具有较大凸块的TSV中介层的组装。CoWoSIntegrationProcessIn1-ImIiii-IIIIII吧二吁，Mwy00000000BM.，f1Wt1mb*.,n1MBQA多年来，COWoS一直在追求不断增加硅中介层尺寸，以支持封装中的处理器和HBM堆栈。目前，CoW是倒装芯片键合最常用的组装方法，它采用了一种称为混合键合方法的无凹凸技术。CoWoS产能不足是近期AI芯片出货量的主要瓶颈，以台积电为代表的厂商

9、正在扩充相关产能，以满足市场需求。?.盘点：芯片封装技术1、BGAIba11gridarrayCPACfg1obetoppadarraycarriero球形触点陈列，表面贴装型封装之一。在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚，在印刷基板的正面装配1S1芯片，然后用模压树脂或灌封方法进行密封。也称为凸点陈列载体(PAC)。引脚可超过200,是多引脚1S1用的一种封装。封装本体也可做得比QFP(四侧引脚扁平封装)小。例如，引脚中心距为15mm的360引脚BGA仅为31mm见方;而引脚中心距为0.5mm的304弓I脚QFP为40mm见方。而且BGA不用担心QFP那样的引脚变形问题。该封

10、装是美国MOtorOIa公司开发的，首先在便携式电话等设备中被采用，随后在个人计算机中普及。最初，BGA的引脚(凸点)中心距为15mm,引脚数为225。现在也有一些1S1厂家正在开发500引脚的BGA。BGA的问题是回流焊后的外观检查。美国MotOrOIa公司把用模压树脂密封的封装称为MPAC,而把灌封方法密封的封装称为GPACo2、C-(ceramic表示陶瓷封装的记号。例如，CDIP表示的是陶瓷DIP。是在实际中经常使用的记号。3、COB(chiponboardCOB(chiponboard板上芯片封装，是裸芯片贴装技术之一，半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的电气连接用引线缝合

11、方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然COB是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB和倒片焊技术。4、DIPfdua1in-1inepackageDIP(dua1in-1inepackage双列直插式封装。插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。欧洲半导体厂家多用DI1oDIP是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑IC,存贮器1SI,微机电路等。引脚中心距2.54mm,引脚数从6至IJ64。封装宽度通常为15.2mm。有的把宽度为7.52mm和I(U6mm的封装分别称为SK-DIPfskinnydua1in-1inepackage和S1-DIP(s1im

12、dua1in-1inePaCkage)窄体型DIP。但多数情况下并不加区分，只简单地统称为DIP。另外，用低熔点玻璃密封的陶瓷DIP也称为Cerdip(4.2o4.1 DICfdua1in-1ineceramicpackage陶瓷封装的DIP(含玻璃密封)的别称。4.2 Cerdip：用玻璃密封的陶瓷双列直插式封装，用于EC1RAM,DSP(数字信号处理器)等电路。带有玻璃窗口的CerdiP用于紫外线擦除型EPROM以及内部带有EPROM的微机电路等。引脚中心距2.54mm,引脚数从8到42。在日本，此封装表示为DIP-GfG即玻璃密封的意思)。4.3 SDIP(shrinkdua1in-1i

13、nepackage收缩型DIP。插装型封装之一，形状与DIP相同，但引脚中心距(1778mm)小于DIP(2.54mm)因而得此称呼。引脚数从14到90。有陶瓷和塑料两种。又称SH-DIP(shrinkdua1in-1inepackage倒焊芯片。裸芯片封装技术之一，在1S1芯片的电极区制作好金属凸点，然后把金属凸点与印刷基板上的电极区进行压焊连接。封装的占有面积基本上与芯片尺寸相同。是所有封装技术中体积最小、最薄的一种。但如果基板的热膨胀系数与1S1芯片不同，就会在接合处产生反应，从而影响连接的可靠性。因此必须用树脂来加固1S1芯片，并使用热膨胀系数基本相同的基板材料。6、FP(f1atpa

14、ckage)扁平封装。表面贴装型封装之一。QFP或SOP(见QFP和SoP)的另U称。部分半导体厂家采用此名称。7、H-(withheatsink)表示带散热器的标记。例如，HSOP表示带散热器的SOP。8、MCM(mu1ti-chipmodu1e)多芯片组件1MCM(mu1ti-chipmodu1e)将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上的一种封装。根据基板材料可分为MCM-1,MCM-C和MCM-D三大类。MCM-1是使用通常的玻璃环氧树脂多层印刷基板的组件。布线密度不怎么高，成本较低。MCM-C是用厚膜技术形成多层布线，以陶瓷(氧化铝或玻璃陶瓷)作为基板的组件，与使用多层陶瓷基板的厚膜混

15、合IC类似。两者无明显差别。布线密度高于MCM-1oMCM-D是用薄膜技术形成多层布线，以陶瓷(氧化铝或氮化铝)或Si、A1作为基板的组件。布线密谋在三种组件中是最高的，但成本也高。9、P-(p1astic)表示塑料封装的记号。如PDIP表示塑料DIP。10、Piggyback驮载封装。指配有插座的陶瓷封装，形关与DIP、QFP、QFN相似。在开发带有微机的设备时用于评价程序确认操作。例如，将EPRC)M插入插座进行调试。这种封装基本上都是定制品，市场上不怎么流通。11、QFP(quadf1atpackage)四侧引脚扁平封装QFPfquadf1atpackage)表面贴装型封装之一，引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(1)型。基材有陶瓷、金属和塑料三种。从数量上看，塑料封装占绝大部分。当没有特别表示出材料时，多数情况为塑料QFP。塑料QFP是最普及的多引脚1S1封装。不仅用于微处理器，门陈列等数字逻辑1S1电路，而且也用于VTR信号处理、音响信号处理等模拟1S1电路。引脚中心距有1.0mm、0.8mm、0.65mm0.5mm、0.4mm0.3mm等多种规格。0.65mm中心距规格中最多引脚数为304。有的1S1厂家把引脚中心距为0.5mm的QFP专门称为收缩型QFP或SQFP、VQFPo但有的厂家把引脚中心距为0.65mm及04mm的QFP也称为SQFP,至使名称稍有一些混