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专栏 《深入理解NAND Flash》
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全文 3800 字。
1. Wafer
1.1 什么是 Wafer
Wafer即晶圆，是半导体组件“晶片”或“芯片”的基材，从沙子里面高温拉伸生长出来的高纯度硅晶体柱(Crystal Ingot)上切下来的圆形薄片称为“晶圆”。
晶圆是半导体芯片制造过程中的基材，它是由高纯度硅晶体柱拉伸生长而成的圆形薄片。在制造过程中，通过精密的光罩、感光制程和光阻来定义芯片的结构和电路。然后对硅材料进行精密的蚀刻凹槽，并利用金属真空蒸镀的方法，在每个独立的晶粒上制造微型组件和微细线路。另外，晶圆的背面还需要覆盖一层黄金层，用于将晶粒固定在脚架上。
以上过程称为晶圆制造。在早期的小规模集成电路时代，一个6英寸的晶圆上可以制造数千个芯片。然而，在现代的次微米线宽的大规模集成电路中，即使是一个8英寸的晶圆也只能制造一两百个大型芯片。对于我们的NAND Flash芯片制造，我们主要使用8英寸和12英寸的晶圆，每个晶圆上只能制造一两百片NAND Flash芯片。
（图片来自于网络）
1.2 Wafer 生产过程
Wafer的制造是电子工业的基础，虽然投资巨大，但却是不可或缺的。晶圆的原材料是硅，在地壳表面广泛存在的二氧化硅是主要来源。通过电弧炉的提炼和盐酸氯化处理，二氧化硅矿石得以蒸馏，制成高纯度的多晶硅，其纯度可达99.99%以上。接着，晶圆制造厂会将多晶硅熔化，将种子晶体慢慢拉伸出来，形成圆柱状的单晶硅晶棒。这个过程被称为"Czochralski process"，通过在熔融硅中逐渐生成晶面取向确定的种子晶体。之后，硅晶棒会经过切段、滚磨、切片、倒角、抛光、激光刻蚀等步骤，最终成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片，也就是我们所说的"wafer"。
下图是NAND Flash生产简要流程:
1.3 什么是 Die
Die 就是芯片未封装前的晶粒,是从硅晶圆(Wafer)上用激光切割而成的小片(Die)。每一个Die就是一个独立的功能芯片，它无数个晶体管电路组成，但最终将被作为一个单位而被封装起来成为我们常见的闪存颗粒，CPU等常见芯片。
（图片来自于网络）
1.4 什么是ink Die
在晶圆制造过程中，每个Die都会经过严格的测试。通过测试合格的Die被称为Good Die，而未能通过测试的Die则被称为Ink Die。测试完成后，会生成一张Mapping图，其中使用颜色标示表示不合格的Die，因此这些Die被称为Ink Die。
（图片来自于网络）
2. Flash芯片封装分类
目前NAND Flash封装方式多采取TSOP、FBGA与LGA等方式，由于受到终端电子产品转向轻薄短小的趋势影响，因而缩小体积与低成本的封装方式成为NAND Flash封装发展的主流趋势。
2.1 TSOP
(Thin smaller outline package)封装技术，为目前最广泛使用于NAND Flash的封装技术，首先先在芯片的周围做出引脚，采用SMT技术（表面安装技术）直接附着在PCB板的表面。TSOP封装时，寄生参数减小，因而适合高频的相关应用，操作方便，可靠性与成品率高，同时具有价格便宜等优点，因此于目前得到了极为广泛的应用。
2.2 BGA
(Ball Grid Array也称为锡球数组封装或锡脚封装体)封装方式，主要应用于计算机的内存、主机板芯片组等大规模集成电路的封装领域，FBGA 封装技术的特点在于虽然导线数增多，但导线间距并不小，因而提升了组装良率，虽然功率增加，但FBGA能够大幅改善电热性能，使重量减少，信号传输顺利，提升了可靠性。
采用FBGA新技术封装的内存，可以使所有计算机中的内存在体积不变的情况下容量提升数倍，与TSOP相比，具有更小的体积与更好的散热性能，FBGA封装技术使每平方英寸的储存量有很大的提升，体积却只有TSOP封装的三分之一，与传统TSOP封装模式相比，FBGA封装方式有加快传输速度并提供有效的散热途径，FBGA封装除了具备极佳的电气性能与散热效果外，也提供内存极佳的稳定性与更多未来应用的扩充性。
2.3 LGA
(Land Grid Array) 触点陈列封装，亦即在底面制作有数组状态坦电极触点的封装，装配时插入插座即可，现有227 触点(1.27mm中心距)和447 触点(2.54mm 中心距)的陶瓷LGA，应用于高速逻辑 LSI 电路，由于引线的阻电抗小，对高速LSI 相当适用的，但由于插座制作复杂，成本较高，普及率较低，但未来需求可望逐渐增加。
（图片来自于网络）
Flash芯片TSOP封装和BGA封装的内部结构
TSOP封装只需要一个引脚框架，把NAND FLASH Die的Pad打线(Wire Bond)连接到引进框架上面即可。封装技术简单，成本低。但其打线方式只能从两边打线，因此stack die就比较困难。
BGA封装与TSOP封装不同在于其采用了Substrate，用电路板来对引脚走线，因此可以进行四面打线，这样在进行叠die的时候，就变得更加容易操作。但成本会比TSOP要高。
（图片来自于网络）
Flash芯片封装的尺寸，一些封装方式尺寸比较:
（图片来自于网络）
2.5 NAND Flash出货样式
有两种产品出货样式
一种是Wafer，即晶圆出货，这种产品样式一般客户采购回去需要再测试和COB封装等，这种客户多为闪存卡大客户。
一种是封装片出货，NAND Flash目前最普遍采用的是48TSOP1的封装方式，现货市场均为TSOP的封装片。
（图片来自于网络）
3 晶圆制程工艺发展历史
芯片制程工艺是指晶圆内部晶体管之间的连线间距。按技术述语来说，也就是指芯片上最基本功能单元门电路和门电路间连线的宽度。
主流厂商的晶圆制程工艺以及下一代制程工艺的情况，如下表。
图片来源： 雪球
芯片制造工艺在2015年以后，从28纳米一直发展到目前最新的3纳米。一步步印证了摩尔定律的神奇。
晶圆技术的发展都是受生产力驱动，必须向更小的制程间距和更大的晶圆尺寸发展。制程从2.0um、0.5um、0.18um、90nm一直到目前的3nm，晶圆尺寸从最初的5英寸发展到目前的12英寸，每次更迭都是一次巨大的技术跳跃，凝聚了人类科技的结晶。
晶圆尺寸的大约每9年切换一次。而晶圆制程由最初的几年更迭一次，到目前的基本上每年都能更迭一次。
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参考
