解讀NAND_FLASH

1、解讀閃存-FLASH第一章 FLASH的感性認識 什么叫閃存 FLASH的分類 FLASH常見品牌第二章 FLASH制作過程 封裝方式 具體的制作過程第三章 FLASH發(fā)展閃存前期發(fā)展至90納米制程的過渡NAND FLASH的70納米時代NAND FLASH的60-50納米時代NAND FLASH的40納米時代NAND FLASH 30納米時代及前景發(fā)展第四章 FLASH的應(yīng)用第一章 FLASH的感性認識第一節(jié) 什么叫FLASH Flash Memory中文名字叫閃存，是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)信息）的存儲器。 第二節(jié) FLASH的分類功能特性分為兩種：一種是NO

2、R型閃存，以編碼應(yīng)用為主，其功能多與運算相關(guān)；另一種為NAND型閃存，主要功能是存儲資料，如數(shù)碼相機中所用的記憶卡。NOR FLASH和和NAND FLASHNOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND flash結(jié)結(jié)，強調(diào)降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級。但是經(jīng)過了十多年之后，仍然有相當多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。NOR FLASH和和NAND FLASH的區(qū)別的區(qū)別 NOR的讀速度比

3、NAND稍快一些。 NAND的寫入速度比NOR快很多。 NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。 大多數(shù)寫入操作需要先進行擦除操作。 NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少SLC/MLC基本原理基本原理什么是SLC和MLC？ SLC全稱為Single-Level Cell，MLC全稱為Multi-Level Cel數(shù)碼播放器中一般采用兩種不同類型的NAND閃存。其中一種叫做SLC（Single Level Cell），單層單元閃存；第二種叫做MLC（Multi Level Cell），多層單元閃存。兩者的主要區(qū)別是SLC每一個單元儲存一位數(shù)據(jù)，而MLC通過使用大量的電壓等級，每一個單元

4、儲存兩位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度比較大。SLC芯片和MLC技術(shù)特點及區(qū)別 一般而言，SLC雖然生產(chǎn)成本較高，但在效能上大幅勝于MLC。SLC晶片可重復(fù)寫入次數(shù)約10萬次，而MLC晶片的寫入次數(shù)至少要達到1萬次才算標準，而目前三星MLC芯片采用的MLC芯片寫入壽命則在5000次左右。A.讀寫速度較慢。相對主流SLC芯片，MLC芯片目前技術(shù)條件下，理論速度只能達 到2MB左右，因此對于速度要求較高的應(yīng)用會有一些問題。B.MLC能耗比SLC高，在相同使用條件下比SLC要多15%左右的電流消耗。C.MLC理論寫入次數(shù)上限相對較少，因此在相同使用情況下，使用壽命比較SLC短。D.MLC的價格比SLC低3040%，

5、有些甚至更低。 目前MLC和SLC 在2GB閃存芯片上的價格相差了將近100多元，他們的差異還是比較明顯的。所以對于選擇數(shù)碼播放器的朋友，選擇更便宜廉價的MLC芯片產(chǎn)品還是選擇穩(wěn)定性和性能更好的SLC產(chǎn)品，就看你的需要了。第三節(jié) NAND FLASH 品牌從上表從而可以看出，我們現(xiàn)在FLASH行業(yè)的一些常見品牌：1.SamSung三星2.Toshiba 東芝 （最早提出閃存概念的公司）3.Hynix 海力士4.Micron Technology 鎂光5.Interl 英特爾（第一個生產(chǎn)閃存并投入市場的公司）第二章 FLASH制作過程第一節(jié) 封裝方式芯片封裝是指包裹于硅晶外層的物質(zhì)。目前最常見的

6、封裝方式有 TSOP(ThinSmall Outline Packaging)，BAG,COB ，一體成型等 ，早期的芯片設(shè)計以 DIP(DualIn-line Package) 以及 SOJ(Small Outline J-lead) ，CSP(Chip ScalePackage)的方式封裝為主。以下對不同封裝方式的介紹能夠幫助了解它們的不同點。 封裝方式一 BGABGA(Ball Grid Array Package)-球柵陣列封裝 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，對集成電路的封裝要求更加嚴格。這是因為封裝技術(shù)關(guān)系到產(chǎn)品的功能性，當IC的頻率超過100MHz時，傳統(tǒng)封裝方式可 能會產(chǎn)生所謂的“Cr

7、ossTalk”現(xiàn)象，而且當IC的管腳數(shù)大于208 Pin時，傳統(tǒng)的封裝方式有其困難度。因此，除使用QFP封裝方式外，現(xiàn)今大多數(shù)的高腳數(shù)芯片（如圖形芯片與芯片組等）皆轉(zhuǎn)而使用BGA(Ball Grid Array Package)封裝技術(shù)。BGA一出現(xiàn)便成為CPU、主板上南/北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。BGA封裝具有以下特點：1.I/O引腳數(shù)雖然增多，但引腳之間的距離遠大于QFP封裝方式，提高了成品率。2.雖然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善 熱性能。3.信號傳輸延遲小，適應(yīng)頻率大大提高。4.組裝可用共面焊接，可靠性大大提高。封裝方式二 CO

8、BCOB（Chip on board）工藝，是指廠商為節(jié)省成本，沒有采用標準的閃存芯片+控制芯片獨立封裝的形式，而是將閃存芯片和控制器芯片直接連接，封裝在一體，并固定于印刷線路板上的生產(chǎn)方式。封裝方式三 TSOPTSOP (Thin Small Outline Package 薄型小尺寸封裝 )鑲嵌在電路版上的包裝 , TSOP 最早被應(yīng)用在制造筆記型計算機所用的名片大小模塊上。 近年來，疊層芯片封裝逐漸成為技術(shù)發(fā)展的主流。疊層芯片封裝技術(shù)，簡稱3D封裝，是指在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個封裝體內(nèi)于垂直方向疊放兩個以上芯片的封裝技術(shù)，它起源于快閃存儲器(NOR/NAND)及SDRAM的疊

9、層封裝。單芯片TSOP生產(chǎn)工藝流程比較簡單，只需要經(jīng)過一次貼片、一次烘烤、一次引線鍵合就可以了，流程如圖所示： 第二節(jié) FLASH具體制作封裝過程 晶圓是制造IC的基本原料，而晶圓又是什么制作來的呢-硅，晶圓的原始材料是硅，而地殼表面有用之不竭的二氧化硅 。 硅是由沙子所精練出來的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%）接著是將這些純硅制成長硅晶棒，成為制造積體電路的石英半導(dǎo)體的材料，經(jīng)過照相制版，研磨，拋光，切片等程序，將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圓。我們會聽到幾寸的晶圓廠，如果硅晶圓的直徑越大，代表著這座晶圓廠有較好的技術(shù)。另外還有scaling技術(shù)可以將電晶體

10、與導(dǎo)線的尺寸縮小，這兩種方式都可以在一片晶圓上，制作出更多的硅晶粒，提高品質(zhì)與降低成本。所以這代表6寸、8寸、12寸晶圓當中，12寸晶圓有較高的產(chǎn)能。當然，生產(chǎn)晶圓的過程當中，良品率是很重要的條件。 硅晶棒再經(jīng)過研磨，拋光，切片后，即成為積體電路工廠的基本原料硅晶圓片，這就是“晶圓”。在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu)，而成為有特定電性功能之IC產(chǎn)品。第三章 FLASH的發(fā)展1.在1984年，東芝公司的發(fā)明人Fujio Masuoka 首先提出了快速閃存存儲器(此處簡稱閃存)的概念。2.Intel是世界上第一個生產(chǎn)閃存并將其投放市場的公司。1988年，公司推出了一款256K bit閃存芯片

11、。 3.第二種閃存稱為NAND閃存。它由東芝公司于1989年研制，并被認為是NOR閃存的理想替代者。 4.MLC是英特爾（Intel）在1997年9月最先開發(fā)成功的。5.2004年，除三星和東芝增加產(chǎn)能外，包括Hynix、英飛凌及瑞薩等大廠，也自 2004年起陸續(xù)進入NAND閃存市場。 第一節(jié) 閃存前期發(fā)展至90納米制程的過渡90納米對半導(dǎo)體廠商來說，是更加尖端的技術(shù)領(lǐng)域，過去工藝都以“微米”做單位，微米是納米(nm)的1000倍。我們常以工藝線寬來代表更先進的半導(dǎo)體技術(shù)，如0.25微米、0.18微米、0.13微米，0.13微米以下的更先進工藝則進入了納米領(lǐng)域。130納米(0.13微米)在20

12、01年是各大半導(dǎo)體公司的研發(fā)重點 ，接著三星于2002年9月宣布90納米工藝成功試產(chǎn)2G Flash。1.2001年初，三星電子18日表示，已推出采用0.15微米制程技術(shù)的512Mb NAND型快閃內(nèi)存。2.2001年9月，三星電子領(lǐng)先業(yè)界首度采0.12微米制程，將1G NAND型閃存（Flash Memory）商用化，此次共推出1G單顆閃存及2顆堆棧式2G閃存，計劃用于近來需求遽增的PDA與記憶卡等需儲存量多資料的產(chǎn)品。3. 2004年ST采用120納米技術(shù)發(fā)布兩款256Mbit與128Mbit的“小型頁面”NAND型閃存。4.東芝將推出全球第一顆4Gb的NAND閃存芯片2004年4月東芝采

13、用90納米技術(shù)推出容量4Gb的NAND FLASH，售價為12,000日元(114美元)，2004年第三季度全面量產(chǎn)。5.美光將生產(chǎn)NAND型閃存 2GB產(chǎn)品年底上市2004年Q2，美光網(wǎng)絡(luò)和通訊業(yè)務(wù)副總Jan du Preez指出：“ 美光積極進軍NAND市場，初期將推出采用90納米制程的產(chǎn)品，然后升級到72和58納米。我們的NAND產(chǎn)品計劃包括多重組態(tài)及高達16GB的容量，預(yù)期會很快量產(chǎn)以滿足市場預(yù)測的需求?！?. 2005年Q2，海力士用90納米技術(shù)推出單顆2GB的NAND FLASH。第二節(jié) NAND FLASH的70納米時代1.三星于2005年1月初宣布成功導(dǎo)入70nm制程科技投產(chǎn)4

14、Gb NAND型閃存，不到1個月內(nèi)又宣布即將自3月開始，量產(chǎn)高容量4Gb NAND型閃存，與90nm制程相較，導(dǎo)入70nm制程量產(chǎn)后，可望為三星增加4成左右的NAND型閃存產(chǎn)能。2.2005年出，東芝與SanDisk公司宣布，已經(jīng)成功開發(fā)出使用70nm制造工藝的8Gb NAND閃存芯片，實現(xiàn)了單一芯片存儲1GB數(shù)據(jù)的目標。 3.2005年，三星將大批量生產(chǎn)70納米技術(shù)4G NAND閃存2005年6月，三星本周一宣布，已經(jīng)開始在 12寸晶圓上投產(chǎn) 70納米制程的 NAND flash 記憶芯片，這也是目前業(yè)界所能投產(chǎn)的最高制程！每月12英寸晶圓產(chǎn)能約7,000片，年底達到月產(chǎn)能1.5萬片水平 。

15、4.2006年，海力士Hynix發(fā)布NAND閃存路線圖 ，采用70納米技術(shù)年量產(chǎn)16Gb產(chǎn)品 第三節(jié) NAND FLASH的60-50納米時代如果說90納米工藝和300mm晶圓廠已經(jīng)讓很多半導(dǎo)體制造商望而怯步的話，那么65納米則是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的分界線 。1.2005年，美國內(nèi)存大廠美光(Micron)日前宣布，該公司高容量8Gb與4Gb NAND型快閃存(Flash)，已通過客戶面驗證，目前正出貨中。2.東芝將在2006年推出布線寬度為55nm的產(chǎn)品，以求提高讀寫速度。東芝目前的主力品種為布線70nm的產(chǎn)品，讀取速度為每秒6MB，F(xiàn)ab1,Fab2產(chǎn)能達到10-11萬片 3. 2006年底英

16、特爾正式導(dǎo)入50納米投產(chǎn)NAND型閃存 。4.2007年底多數(shù)NAND Flash業(yè)者將產(chǎn)能轉(zhuǎn)進50納米工藝世代，像是東芝（Toshiba）旗下所有12英寸廠均已全數(shù)轉(zhuǎn)進56納米工藝出貨。5.2007年1月，東芝公司宣布，與合作伙伴SanDisk一起開發(fā)成功56nm工藝8Gb（1GB）/16Gb（2GB）閃存芯片。與以往的產(chǎn)品一樣，這兩種芯片仍然采用MLC（Multi Level Cell）存儲架構(gòu)。6.三星50nm制程打造16Gb NAND閃存送樣。7.三星率先量產(chǎn)51nm制程16Gb NAND閃存芯片，成為首家量產(chǎn)51nm 16Gb NAND閃存的公司，該容量為業(yè)內(nèi)最高，而51nm工藝也是

17、目前最精密的制程技術(shù)。8.爭搶蘋果NAND閃存訂單 海力士跑步進入57納米制程 。第四節(jié) NAND FLASH的40-30納米時代海力士NAND Flash從60納米直接跳到48納米工藝，但這一步卻走了相當久，原預(yù)計2008年初量產(chǎn)，卻一延再延，眼看三星電子(Samsung Electronics)下半年量產(chǎn)42納米，東芝(Toshiba)43納米工藝也將步入量產(chǎn)，以及美光(Micron)和英特爾(Intel)34納米工藝計劃量產(chǎn)，使得海力士亟欲將48納米工藝推上前線。事實上，海力士最新48納米工藝，與三星和東芝50納米工藝是同一個世代。1.2006年9月，韓國三星電子公司宣布，開發(fā)成功40n

18、m工藝生產(chǎn)容量達32b（4GB）的NAND閃存芯片， 2.英特爾鎂光發(fā)布采用34納米工藝 生產(chǎn)32Gbit閃存芯片 。市調(diào)機構(gòu)Semiconductor Insights更指出，NAND Flash未來至少能精進至20納米工藝，使得業(yè)界原本規(guī)劃欲取代Flash的Universal Memory技術(shù)，包括FeRAM、MRAM、OUM與其它存儲器技術(shù)，都有可能不敵Flash如此迅猛的進步速度，甚至將導(dǎo)致它們因此退出歷史舞臺。3.東芝43納米NAND閃存生產(chǎn)線采用光微影設(shè)備，4.三星電子今天宣布，它成功開發(fā)出30nm生產(chǎn)工藝的64Gb NAND閃存，成為當前制程工藝最為先進的NAND閃存。 5.2007年12月：東芝與美國SanDisk發(fā)表了通過采用43nm工藝和2bit/單元多值技術(shù)實現(xiàn)的16GbitNAND閃存（演講序號23.6）。 6.2007年12月：韓國內(nèi)存廠商海力士（Hynix）日前宣稱已成功研發(fā)