NAND-FLASH详解(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,1,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,2,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息）的存储器。,3,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 FLASH,NOR,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,NOR,和,NAND,闪存。,4,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,5,SLC/MLC,基本原理,什么是,SLC,和,MLC,？,SLC,全称为,Single-Level Cell,，,MLC,全称为,MultiLevel 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 Level 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。,6,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,SLC,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,30,40%,，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。,7,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 Technology,镁光,5.Interl,英特尔（第一个生产闪存并投入市场的公司）,8,第二章,FLASH,制作过程,9,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。,10,封装方式一,BGA,BGA(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.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。,11,2.,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。,12,封装方式三,TSOP,TSOP(Thin Small Outline Package,薄型小尺寸封装,),镶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。,13,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：,14,第二节,FLASH,具体制作封装过程,15,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，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，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。,16,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。,17,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,。,18,1.2001,年初，三星电子,18,日表示，已推出采用,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,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,。,19,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,70nm,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,20,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。,21,5.2007,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 海力士跑步进入,57,纳米制程。,22,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,NAND,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。,23,3.,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,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。,24,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。,25,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,12,15,。,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。,26,谢谢大家！,THANK YOU!BYE!,27,