03.07 內存是有什麼用?是怎麼造的?

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什麼是內存,它有什麼作用呢?

在計算機的組成結構中,有一個很重要的部分,就是存儲器。存儲器是用來存儲程序和數據的部件,對於計算機來說,有了存儲器,才有記憶功能,才能保證正常工作。存儲器的種類很多,按其用途可分為主存儲器和輔助存儲器,主存儲器又稱內存儲器,簡稱內存。

內存是計算機最重要的部件之一,它是外部存儲與CPU進行溝通的橋樑。計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的,因此內存的性能對計算機的影響非常大。內存也被稱為內存儲器和主存儲器,其作用是用於暫時存放CPU中的運算數據,以及與硬盤等外部存儲器進行數據交換。只要計算機在運行中,操作系統就會把需要運算的數據從內存調到CPU中進行運算,當運算完成後CPU再將結果傳送出來,內存的運行也決定了計算機的穩定運行。

通俗來說,內存是CPU能直接尋址的存儲空間,由半導體器件製成。內存的特點是存取、速度快。內存是電腦中的主要部件,它是相對於外存而言的。我們平常使用的程序,如Windows操作系統、打字軟件、遊戲軟件等,一般都是安裝在硬盤等外存上的,但僅此是不能使用其功能的,必須把它們調入內存中運行,才能真正使用其功能,我們平時輸入一段文字,或玩一個遊戲,其實都是在內存中進行的。就好比在一個書房裡,存放書籍的書架和書櫃相當於電腦的外存,而我們工作的辦公桌就是內存。通常我們把要永久保存的、大量的數據存儲在外存上,而把一些臨時的或少量的數據和程序放在內存上,當然內存的好壞會直接影響電腦的運行速度。

總之,內存就是一個臨時存儲器,運行程序時,系統會先將程序代碼和參數變量存放到內存中,然後CPU來讀,接著執行。當然,當計算機關機後,存儲在裡面的數據也就丟失了。

知道了內存的作用後,我們再說明一下內存是如何製造的。

內存的製造過程是什麼呢?

所有半導體芯片,包括內存芯片,其實本質上都是高集成度的電路而已,而其單個元件也是主要由p-n結半導體構成的。

就微電子生產工藝上講,圖形轉移是加工的重要基礎,即如何把器件和電路的設計圖紙或工作站轉移到硅基片上去。這實際上是一個在襯底上建立三維圖形的過程,而這也就成為了晶圓片代工廠所必須要掌握的工藝。我們現在詳細介紹一下內存的製造過程:

第一部分:從硅到晶圓成品

內存芯片是集成電路與各種晶體管、電阻器和電容器的結合,任何一種芯片都離不開以上幾種元件。集成電路的原料是硅,通常從砂中提取。將硅轉變為內存芯片是一個需要涉及工程、冶金、化學和物理的精密提取過程。對於內存的生產要求無塵環境,在工廠實驗室包含許多潔淨室環境。由於電路極小,即便很小的灰塵也可能造成損壞,因此,半導體內存芯片需要在潔淨室內進行生產。潔淨室內的空氣需保持過濾和循環。生產小組的成員需穿戴特殊的帽子、隔離服和口罩,以保證空氣中不混入灰塵顆粒。

第 1 步:硅鑄錠

將硅轉為集成電路的第一步是生產純淨的單晶硅棒或硅鑄錠,通常直徑為 6 至 8 英寸。一旦成型,則將硅鑄錠切成纖薄光滑的晶圓片,其直徑通常為 6 或 12 英寸,厚度小於 0.025 英寸。隨後將芯片的電路元件(晶體管、電阻器和電容器)置於硅晶圓片的分層結構中。構築電路之前,需先在計算機上對電路進行研發、模擬測試和完善。設計完成後,將製造玻璃光掩模——併為每層電路準備一塊光掩模。光掩模是帶有小孔或透明體的不透光板,可以讓光線以特定形狀透過,且這些光掩模在製造過程的下一步——光蝕刻中尤為關鍵。

第 2 步:光蝕

在無菌的潔淨室環境中,晶圓片將經過多步光蝕刻程序的處理,電路每需要一塊光掩模即重複一次。光掩模可用於 (a) 確定用於構建集成電路的晶體管、電容器、電阻器或連接器的不同部件,及 (b) 定義設備組裝的各層電路圖案。 生產階段開始時,裸硅晶圓片由一層薄玻璃覆蓋,再加蓋一層氮化層。通過將硅晶圓片與氧氣在攝氏 900 度的環境下放置一小時或更長時間,形成玻璃層,具體時長取決於所需的玻璃覆蓋層厚度。當晶圓片內的硅與氧氣接觸時將形成玻璃(二氧化硅)。高溫下,該化學反應(稱為氧化作用)以極快的速度發生。

第 3 步:光刻膠

接下來,晶圓片將被統一覆蓋一層具有一定厚度的光敏液體,稱為光刻膠。通過將紫外線光源和晶圓片之間的光掩模對齊,選擇晶圓片的暴露部分。光線將穿過該光掩模的透明區域,並將光刻膠暴露在光線中。 暴露在紫外線中時,光刻膠將發生化學變化,從而讓顯影液將曝光的光刻膠去除,並在晶圓片上留下未曝光的部分。電路每多一塊光掩模,就需要多重複一次光刻法/光刻膠程序。

第 4 步:蝕刻

蝕刻流程中,將在晶圓片上放置溼酸或幹離子氣體,以去除不受硬化的光刻膠保護的氮化層部分。該操作將在晶圓片上留下與所設計的光掩模形狀一致的氮化圖案。使用其他化學劑將硬化的光刻膠去除(清除)後,便可以將數以百計的內存芯片以蝕刻的方式嵌入晶圓片上了。

第二部分:晶圓片成層與完成電路

在製造流程的第一部分中,所有電路元件(晶體管、電阻器和電容器)均在首次掩膜操作中完成構建。接下來,通過生成一組分層,將這些元件連接起來。

第 5 步:鋁成層

要開始連接電路元件,需先在晶圓片上覆蓋一層玻璃絕緣層,並用接觸式掩模確定每個電路元件的接觸點。完成接觸窗蝕刻後,整個晶圓片將在一個濺射室內鍍上一層薄薄的鋁。對鋁層加蓋金屬掩模時,將形成一個薄薄的金屬連接或線路網絡,構成電路的路徑。

第 6 步:鈍化成層

整個晶圓片隨後將覆蓋一層玻璃和氮化硅以避免其在組裝過程中受損。該保護層被稱為鈍化層。隨後則是最後的掩模和鈍化蝕刻程序,從端子上去除鈍化材料。將焊盤用於模具至塑料或陶瓷封裝上金屬引腳的電氣連接,集成電路此時即告完成。 將晶圓片發往模具組裝前,必須對晶圓片上的每個集成電路進行測試。識別功能和非功能性芯片,並在計算機數據文件中做出標記。然後用金剛石鋸將晶圓片切割成獨立的芯片。非功能性芯片將被廢棄,其餘部分則可用於組裝。這些獨立芯片被稱為晶粒。 對晶粒進行封裝前,會將其安裝於引線框上,並用薄金線將芯片上的焊盤與該框相連接,從而在晶粒和引線指之間形成電路。

第三部分:晶粒製備與測試

在製造過程的第二部分,將構成集成電路並將成品晶圓切割成晶粒。下一步則是準備將晶粒用於成品模塊。

第 7 步:封裝

封裝時,引線框將被放置在模具板上並進行加熱。將熔化的塑性材料圍繞每個晶粒按壓以形成單獨的封裝包。再將模具打開,壓出引線框並進行清潔。

第 8 步:電鍍

電鍍是當封裝的引線框浸沒在錫鉛溶液中對其進行“充電”時,緊隨其後的下一道工序。在此,錫鉛離子被吸引至充電的引線框處,形成一層均勻的沉積物,增加晶粒的導電性並生成一個清潔的表面以便安裝晶粒。

第 9 步:修整成形

在修整成形過程中,引線框被裝入修整成形設備中,使其成形,並讓芯片與框架分離。然後將單獨的芯片置於防靜電管中進行處理,並運送至測試區進行最終測試。

第 10 步:老化測試

在老化測試過程中,每塊芯片都將通過測試,檢查其在加速應力條件下的運行表現如何。老化測試是檢驗模塊可靠性的一項關鍵測試。通過在加速應力條件下對模塊進行測試,我們可以篩選出每個批次中未能達到使用頻率下限要求的模塊。要進行老化測試,我們需要使用行業領先的 AMBYX 烤箱。這是我們的工程師專門為老化測試開發的設備。一旦內存芯片通過了老化測試,則會檢查、密封並用於組裝。

第 11 步:PCB 組裝和構建

內存芯片製作完成後,它們需要通過一個途徑與您的計算機主板相連。印刷電路板 (PCB) 便是解決之道,它能將芯片連接至計算機的主板。要完成該操作,芯片將被安裝至印刷電路板 (PCB) 上,而最終成品便是完工的內存模塊。 PCB 成列或成片製成,包含數個相同的板件。完成組裝後,將成列的板件分割成單個模塊,這與將巧克力棒掰成更小的巧克力塊相類似。根據尺寸將每列 PCB 的總數劃分好之後,Micron 美光便可在給定的原材料量基礎上加大模塊的生產數量。

第四部分:模塊組裝

在生產過程的第三部分,晶粒和 PCB 都已準備就緒,隨時可完成最終的模塊組裝。最後的步驟包括模塊組裝流程。

第 12 步:絲網印刷

完善模塊設計並完成 PCB 生產後,即可開始組裝內存模塊。組裝需要使用一項複雜的焊接工藝將內存芯片附著於 PCB 上。首先需要進行絲網印刷。 在絲網印刷過程中,需要使用鏤空模板將焊膏篩漏到成品 PCB 上。焊膏是一種較粘稠的物質,用於將芯片固定在 PCB 上。鏤空模板的作用是讓焊膏僅附著在需要焊接組件的位置。由於有基準點,附著點的定位變得輕而易舉。基準點是 PCB 上用於確定芯片安放位置的標記。 塗上焊膏後,自動“抓取”組裝機器將掃描基準點,確定芯片在 PCB 上的安放位置。抓取機器通過程序識別芯片安放位置,當機器從送料處抓起芯片並放置在 PCB 上時,機器可以掌握芯片的準確位置。所有其他芯片和模塊上的任何其他組件均通過芯片放置工藝進行安裝。在內存製造的所有步驟中,這個步驟是較快的。將芯片放置在成品 PCB 上僅需幾秒鐘。

第 13 步:焊接和安裝

接下來,組裝的芯片和板件將通過一個烤箱。熱量將使焊膏融化為液體。焊膏冷卻後將會凝固,將內存芯片和 PCB 永久地粘合在一起。熔化焊膏的表面張力可以防止芯片在此過程中出現位移。 芯片牢固附著後,整列板件將被分割成單個模塊,並目測檢查每個模塊。許多模塊還將經過額外的自動 X 光設備檢查,以確保所有接合點都已焊牢。

第 14 步:組裝後的質量測試

對組件進行質量測試並打上標籤。這樣做的好處是可避免操作員不慎將不合格的模塊放入合格品區域。

以上就是內存芯片製造的整個流程。

總結:

內存是CPU能直接尋址的存儲空間,實際上是一個臨時存儲區,其作用是用於暫時存放CPU中的運算數據,以及與硬盤等外部存儲器進行數據交換。只要計算機在運行中,操作系統就會把需要運算的數據從內存調到CPU中進行運算,當運算完成後CPU再將結果傳送出來,但是受限於內存的結構特點,當掉電以後數據就會自動丟失,因此需要不斷刷新來保持數據更新。

對於內存的製造實際上與半導體芯片的製造一樣,都需要經過芯片設計,到晶圓生產,再到芯片封裝,最後進行芯片測試,最終完成芯片成品。


硬件十萬個為什麼解說


什麼是內存呢?在計算機的組成結構中,有一個很重要的部分,就是存儲器。存儲器是用來存儲程序和數據的部件,對於計算機來說,有了存儲器,才有記憶功能,才能保證正常工作。存儲器的種類很多,按其用途可分為主存儲器和輔助存儲器,主存儲器又稱內存儲器(簡稱內存),輔助存儲器又稱外存儲器(簡稱外存)。外存通常是磁性介質或光盤,像硬盤,軟盤,磁帶,CD等,能長期保存信息,並且不依賴於電來保存信息,但是由機械部件帶動,速度與CPU相比就顯得慢的多。內存指的就是主板上的存儲部件,是CPU直接與之溝通,並用其存儲數據的部件,存放當前正在使用的(即執行中)的數據和程序,它的物理實質就是一組或多組具備數據輸入輸出和數據存儲功能的集成電路,內存只用於暫時存放程序和數據,一旦關閉電源或發生斷電,其中的程序和數據就會丟失。

既然內存是用來存放當前正在使用的(即執行中)的數據和程序,那麼它是怎麼工作的呢?我們平常所提到的計算機的內存指的是動態內存(即DRAM),動態內存中所謂的“動態”,指的是當我們將數據寫入DRAM後,經過一段時間,數據會丟失,因此需要一個額外設電路進行內存刷新操作。具體的工作過程是這樣的:一個DRAM的存儲單元存儲的是0還是1取決於電容是否有電荷,有電荷代表1,無電荷代表0。但時間一長,代表1的電容會放電,代表0的電容會吸收電荷,這就是數據丟失的原因;刷新操作定期對電容進行檢查,若電量大於滿電量的1/2,則認為其代表1,並把電容充滿電;若電量小於1/2,則認為其代表0,並把電容放電,藉此來保持數據的連續性。

內存在計算機中的作用很大,電腦中所有運行的程序都需要經過內存來執行,如果執行的程序很大或很多,就會導致內存消耗殆盡。為了解決這個問題,Windows中運用了虛擬內存技術,即拿出一部分硬盤空間來充當內存使用,當內存佔用完時,電腦就會自動調用硬盤來充當內存,以緩解內存的緊張。舉一個例子來說,如果電腦只有128MB物理內存的話,當讀取一個容量為200MB的文件時,就必須要用到比較大的虛擬內存,文件被內存讀取之後就會先儲存到虛擬內存,等待內存把文件全部儲存到虛擬內存之後,跟著就會把虛擬內裡儲存的文件釋放到原來的安裝目錄裡了。

內存條生產步驟如下:

內存條生產基地接收到上游發來的生產所需原材料,並將原料分類好,發向所需要的生產線。在收到原料後,第一步所要做的事情就是生產PCB電路板,這也是整個產品的基礎所在。PCB電路板首先要經過印刷,並且在表面塗沫上錫膏。抹上錫膏的PCB電路板需要經過高溫才能將表面的芯片和元件牢固的焊接好。 焊接好芯片的PCB電路板需要經過H-AOI檢測才能進入到下一環節。通過檢測設備的檢查之後,就需要在PCB表面貼上規格標籤。 每條內存都要經過PCB剪裁後才能裝入到產品盒中等待下一步測試。 接下來就要連續進行SPD測試及功能性測試,所有測試都是在主板上進行的。在包裝之前需要經過人工VI目視檢測。 所有單條內存均要經過機器來自動包裝。 最後,成品整齊的擺放到出貨箱內,等待出廠。


小家大智慧


電腦內存,是用於處理器跟硬盤之間短暫存儲,平衡兩個數據傳輸的速度不平等問題,至於怎麼造,我就不知道了


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