深度解析Flash

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1、2021/6/7 1 深度解读闪存-FLASH第一章 FLASH的感性认识什么叫闪存 FLASH的分类 FLASH常见品牌第二章 FLASH制作过程封装方式具体的制作过程 2021/6/7 2 第三章 FLASH发展闪存前期发展至90纳米制程的过渡NAND FLASH的70纳米时代NAND FLASH的60-50纳米时代NAND FLASH的40纳米时代NAND FLASH 30纳米时代及前景发展第四章 FLASH的应用 2021/6/7 3 第一章 FLASH的感性认识第一节 什么叫FLASH Flash Memory中文名字叫闪存，是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信

2、息）的存储器。 2021/6/7 4 第二节 FLASH的分类功能特性分为两种：一种是NOR型闪存，以编码应用为主，其功能多与运算相关；另一种为NAND型闪存，主要功能是存储资料，如数码相机中所用的记忆卡。 NOR FLASH和NAND FLASHNOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结结，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NO

3、R和NAND闪存。 2021/6/7 5 NOR FLASH和NAND FLASH的区别 NOR的读速度比NAND稍快一些。 NAND的写入速度比NOR快很多。 NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。 大多数写入操作需要先进行擦除操作。 NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少 2021/6/7 6 SLC/MLC基本原理什么是SLC和MLC？ SLC全称为Single-Level Cell，MLC全称为Multi-Level Cel数码播放器中一般采用两种不同类型的NAND闪存。其中一种叫做SLC（Single Level Cell），单层单元闪存；第二种叫做MLC（Multi Le

4、vel Cell），多层单元闪存。两者的主要区别是SLC每一个单元储存一位数据，而MLC通过使用大量的电压等级，每一个单元储存两位数据，数据密度比较大。 SLC芯片和MLC技术特点及区别 一般而言，SLC虽然生产成本较高，但在效能上大幅胜于MLC。SLC晶片可重复写入次数约10万次，而MLC晶片的写入次数至少要达到1万次才算标准，而目前三星MLC芯片采用的MLC芯片写入寿命则在5000次左右。 2021/6/7 7 A.读写速度较慢。相对主流SLC芯片，MLC芯片目前技术条件下，理论速度只能达 到2MB左右，因此对于速度要求较高的应用会有一些问题。B.MLC能耗比SLC高，在相同使用条件下比S

5、LC要多15%左右的电流消耗。C.MLC理论写入次数上限相对较少，因此在相同使用情况下，使用寿命比较SLC短。D.MLC的价格比SLC低3040%，有些甚至更低。 目前MLC和SLC 在2GB闪存芯片上的价格相差了将近100多元，他们的差异还是比较明显的。所以对于选择数码播放器的朋友，选择更便宜廉价的MLC芯片产品还是选择稳定性和性能更好的SLC产品，就看你的需要了。 2021/6/7 8 第三节 NAND FLASH 品牌从上表从而可以看出，我们现在FLASH行业的一些常见品牌：1.SamSung三星2.Toshiba 东芝 （最早提出闪存概念的公司） 3.Hynix 海力士4.Micron

6、 Technology 镁光5.Interl 英特尔（第一个生产闪存并投入市场的公司） 2021/6/7 9 第二章 FLASH制作过程 2021/6/7 10 第一节 封装方式芯片封装是指包裹于硅晶外层的物质。目前最常见的封装方式有 TSOP(ThinSmall Outline Packaging)，BAG,COB ，一体成型等 ，早期的芯片设计以 DIP(DualIn-line Package) 以及 SOJ(Small Outline J-lead) ，CSP(Chip ScalePackage)的方式封装为主。以下对不同封装方式的介绍能够帮助了解它们的不同点。 2021/6/7 11

7、封装方式一 BGABGA(Ball Grid Array Package)-球栅阵列封装 随着集成电路技术的发展，对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性，当IC的频率超过100MHz时，传统封装方式可 能会产生所谓的“CrossTalk”现象，而且当IC的管脚数大于208 Pin时，传统的封装方式有其 困难度。因此，除使用QFP封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用BGA(Ball Grid Array Package)封装技术。BGA一出现便成为CPU、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。BGA封装具有以下特点：1

8、.I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率。 2021/6/7 12 2.虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善 热性能。3.信号传输延迟小，适应频率大大提高。4.组装可用共面焊接，可靠性大大提高。封装方式二 COBCOB（Chip on board）工艺，是指厂商为节省成本，没有采用标准的闪存芯片+控制芯片独立封装的形式，而是将闪存芯片和控制器芯片直接连接，封装在一体，并固定于印刷线路板上的生产方式。 2021/6/7 13 封装方式三 TSOPTSOP (Thin Small Outline Package 薄型小尺寸封装 )镶

9、嵌在电路版上的包装 , TSOP 最早被应用在制造笔记型计算机所用的名片大小模块上。 近年来，叠层芯片封装逐渐成为技术发展的主流。叠层芯片封装技术，简称3D封装，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术，它起源于快闪存储器(NOR/NAND)及SDRAM的叠层封装。 2021/6/7 14 单芯片TSOP生产工艺流程比较简单，只需要经过一次贴片、一次烘烤、一次引线键合就可以了，流程如图所示： 2021/6/7 15 第二节 FLASH具体制作封装过程 2021/6/7 16 晶圆是制造IC的基本原料，而晶圆又是什么制作来的呢-硅，晶圆的原始材料是硅，

10、而地壳表面有用之不竭的二氧化硅 。 硅是由沙子所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%）接着是将这些纯硅制成长硅晶棒，成为制造积体电路的石英半导体的材料，经过照相制版，研磨，抛光，切片等程序，将多晶硅融解拉出单晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圆。我们会听到几寸的晶圆厂，如果硅晶圆的直径越大，代表著这座晶圆厂有较好的技术。另外还有scaling技术可以将电晶体与导线的尺寸缩小，这两种方式都可以在一片晶圆上，制作出更多的硅晶粒，提高品质与降低成本。所以这代表6寸、8寸、12寸晶圆当中，12寸晶圆有较高的产能。当然，生产晶圆的过程当中，良品率是很重要的条件。 硅晶棒再经过研磨，抛光，

11、切片后，即成为积体电路工厂的基本原料硅晶圆片，这就是“晶圆”。在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有 特定电性功能之IC产品。 2021/6/7 17 第三章 FLASH的发展1.在1984年，东芝公司的发明人Fujio Masuoka 首先提出了快速闪存存储器(此处简称闪存)的概念。2.Intel是世界上第一个生产闪存并将其投放市场的公司。1988年，公司推出了一款256K bit闪存芯片。 3.第二种闪存称为NAND闪存。它由东芝公司于1989年研制，并被认为是NOR闪存的理想替代者。 4.MLC是英特尔（Intel）在1997年9月最先开发成功的。5.2004年，除三星和东芝增

12、加产能外，包括Hynix、英飞凌及瑞萨等大厂，也自 2004年起陆续进入NAND闪存市场。 2021/6/7 18 第一节 闪存前期发展至90纳米制程的过渡90纳米对半导体厂商来说，是更加尖端的技术领域，过去工艺都以“微米”做单位，微米是纳米(nm)的1000倍。我们常以工艺线宽来代表更先进的半导体技术，如0.25微米、0.18微米、0.13微米，0.13微米以下的更先进工艺则进入了纳米领域。130纳米(0.13微米)在2001年是各大半导体公司的研发重点 ，接着三星于2002年9月宣布90纳米工艺成功试产2G Flash。 2021/6/7 19 1.2001年初，三星电子18日表示，已推出

13、采用0.15微米制程技术的512Mb NAND型快闪内存。2.2001年9月，三星电子领先业界首度采0.12微米制程，将1G NAND型闪存（Flash Memory）商用化，此次共推出1G单颗闪存及2颗堆栈式2G闪存，计划用于近来需求遽增的PDA与记忆卡等需储存量多资料的产品。3. 2004年ST采用120纳米技术发布两款256Mbit与128Mbit的“小型页面”NAND型闪存。4.东芝将推出全球第一颗4Gb的NAND闪存芯片2004年4月东芝采用90纳米技术推出容量4Gb的NAND FLASH，售价为12,000日元(114美元)，2004年第三季度全面量产。5.美光将生产NAND型闪存

14、 2GB产品年底上市2004年Q2，美光网络和通讯业务副总Jan du Preez指出：“ 美光积极进军NAND市场，初期将推出采用90纳米制程的产品，然后升级到72和58纳米。我 们的NAND产品计划包括多重组态及高达16GB的容量，预期会很快量产以满足市场预测的需求。”6. 2005年Q2，海力士用90纳米技术推出单颗2GB的NAND FLASH。 2021/6/7 20 第二节 NAND FLASH的70纳米时代1.三星于2005年1月初宣布成功导入70nm制程科技投产4Gb NAND型闪存，不到1个月内又宣布即将自3月开始，量产高容量4Gb NAND型闪存，与90nm制程相较，导入70

15、nm制程量产后，可望为三星增加4成左右的NAND型闪存产能。2.2005年出，东芝与SanDisk公司宣布，已经成功开发出使用70nm制造工艺的8Gb NAND闪存芯片，实现了单一芯片存储1GB数据的目标。 3.2005年，三星将大批量生产70纳米技术4G NAND闪存2005年6月，三星本周一宣布，已经开始在 12寸晶圆上投产 70纳米制程的 NAND flash 记忆芯片，这也是目前业界所能投产的最高制程！每月12英寸晶圆产能约7,000片，年底达到月产能1.5万片水平 。 4.2006年，海力士Hynix发布NAND闪存路线图 ，采用70纳米技术年量产16Gb产品 2021/6/7 21

16、 第三节 NAND FLASH的60-50纳米时代如果说90纳米工艺和300mm晶圆厂已经让很多半导体制造商望而怯步的话，那么65纳米则是半导体制造产业的分界线 。1.2005年，美国内存大厂美光(Micron)日前宣布，该公司高容量8Gb与4Gb NAND型快闪存(Flash)，已通过客户面验证，目前正出货中。2.东芝将在2006年推出布线宽度为55nm的产品，以求提高读写速度。东芝目前的主力品种为布线70nm的产品，读取速度为每秒6MB，Fab1,Fab2产能达到10-11万片 3. 2006年底英特尔正式导入50纳米投产NAND型闪存 。 4.2007年底多数NAND Flash业者将产

17、能转进50纳米工艺世代，像是东芝（Toshiba）旗下所有12英寸厂均已全数转进56纳米工艺出货。 2021/6/7 22 5.2007年1月，东芝公司宣布，与合作伙伴SanDisk一起开发成功56nm工艺8Gb（1GB）/16Gb（2GB）闪存芯片。与以往的产品一样，这两种芯片仍然采用MLC（Multi Level Cell）存储架构。6.三星50nm制程打造16Gb NAND闪存送样。7.三星率先量产51nm制程16Gb NAND闪存芯片，成为首家量产51nm 16Gb NAND闪存的公司，该容量为业内最高，而51nm工艺也是目前最精密的制程技术。8.争抢苹果NAND闪存订单 海力士跑步进

18、入57纳米制程 。 2021/6/7 23 第四节 NAND FLASH的40-30纳米时代海力士NAND Flash从60纳米直接跳到48纳米工艺，但这一步却走了相当久，原预计2008年初量产，却一延再延，眼看三星电子(Samsung Electronics)下半年量产42纳米，东芝(Toshiba)43纳米工艺也将步入量产，以及美光(Micron)和英特尔(Intel)34纳米工艺计划量产，使得海力士亟欲将48纳米工艺推上前线。事实上，海力士最新48纳米工艺，与三星和东芝50纳米工艺是同一个世代。1.2006年9月，韩国三星电子公司宣布，开发成功40nm工艺生产容量达32b（4GB）的NA

19、ND闪存芯片， 2.英特尔镁光发布采用34纳米工艺 生产32Gbit闪存芯片 。市调机构Semiconductor Insights更指出，NAND Flash未来至少能精进至20纳米工艺，使得业界原本规划欲取代Flash的Universal Memory技术，包括FeRAM、 MRAM、OUM与其它存储器技术，都有可能不敌Flash如此迅猛的进步速度，甚至将导致它们因此退出历史舞台。 2021/6/7 24 3.东芝43纳米NAND闪存生产线采用光微影设备，4.三星电子今天宣布，它成功开发出30nm生产工艺的64Gb NAND闪存，成为当前制程工艺最为先进的NAND闪存。 5.2007年12

20、月：东芝与美国SanDisk发表了通过采用43nm工艺和2bit/单元多值技术实现的16GbitNAND闪存（演讲序号23.6）。 6.2007年12月：韩国内存厂商海力士（Hynix）日前宣称已成功研发48纳米制程MLC（Multi-Level Cell） NAND 型闪存芯片，并将于2008年第一季度开始量产，初期月产能约2万片左右。 2021/6/7 25 第四章 FLASH的应用闪存主要用在消费性电子产品，其中NOR型闪存，以编码应用为主，其功能多与运算相关；另一种NAND型闪存，主要功能是存储资料，目前NAND Flash主要应用市场为随身碟、数位相机、MP3及手机等 。如下图所示。

21、 2021/6/7 26 NAND型闪存主要的应用市场在数码相机，比重高达50，其次为手机，比重在1215。目前NAND Flash主要应用市场为随身碟、数位相机、MP3及手机等，不过从相关NAND Flash生产厂商提出的产品规划方向来看，可以预见2008年将NAND Flash在PC应用的启航年 。 NAND Flash也做为CPU 与HDD间的buffer内存，来提升开机与运作效率及省电效果，但初期是以Flash module的方式做为motherboard上的选配daughter board，传输接口是采用PCI-Express (可达8GB/s以上)，但需要搭配Intel的chipset才能执行Ready Drive的功能，NAND Flash需求容量会在512MB以上，2Q07 Intel会在其Santa Rosa NB PC先应用，2H07再应用到DT PC上。 2008年是NAND Flash在PC应用元年 。 2021/6/7 27 谢谢大家！THANK YOU ! BYE! 部 分 资 料 从 网 络 收 集 整理 而 来 ， 供 大 家 参 考 ，感 谢 您 的 关 注 ！