03.07 内存是有什么用?是怎么造的?

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什么是内存,它有什么作用呢?

在计算机的组成结构中,有一个很重要的部分,就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能,才能保证正常工作。存储器的种类很多,按其用途可分为主存储器和辅助存储器,主存储器又称内存储器,简称内存。

内存是计算机最重要的部件之一,它是外部存储与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存也被称为内存储器和主存储器,其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器进行数据交换。只要计算机在运行中,操作系统就会把需要运算的数据从内存调到CPU中进行运算,当运算完成后CPU再将结果传送出来,内存的运行也决定了计算机的稳定运行。

通俗来说,内存是CPU能直接寻址的存储空间,由半导体器件制成。内存的特点是存取、速度快。内存是电脑中的主要部件,它是相对于外存而言的。我们平常使用的程序,如Windows操作系统、打字软件、游戏软件等,一般都是安装在硬盘等外存上的,但仅此是不能使用其功能的,必须把它们调入内存中运行,才能真正使用其功能,我们平时输入一段文字,或玩一个游戏,其实都是在内存中进行的。就好比在一个书房里,存放书籍的书架和书柜相当于电脑的外存,而我们工作的办公桌就是内存。通常我们把要永久保存的、大量的数据存储在外存上,而把一些临时的或少量的数据和程序放在内存上,当然内存的好坏会直接影响电脑的运行速度。

总之,内存就是一个临时存储器,运行程序时,系统会先将程序代码和参数变量存放到内存中,然后CPU来读,接着执行。当然,当计算机关机后,存储在里面的数据也就丢失了。

知道了内存的作用后,我们再说明一下内存是如何制造的。

内存的制造过程是什么呢?

所有半导体芯片,包括内存芯片,其实本质上都是高集成度的电路而已,而其单个元件也是主要由p-n结半导体构成的。

就微电子生产工艺上讲,图形转移是加工的重要基础,即如何把器件和电路的设计图纸或工作站转移到硅基片上去。这实际上是一个在衬底上建立三维图形的过程,而这也就成为了晶圆片代工厂所必须要掌握的工艺。我们现在详细介绍一下内存的制造过程:

第一部分:从硅到晶圆成品

内存芯片是集成电路与各种晶体管、电阻器和电容器的结合,任何一种芯片都离不开以上几种元件。集成电路的原料是硅,通常从砂中提取。将硅转变为内存芯片是一个需要涉及工程、冶金、化学和物理的精密提取过程。对于内存的生产要求无尘环境,在工厂实验室包含许多洁净室环境。由于电路极小,即便很小的灰尘也可能造成损坏,因此,半导体内存芯片需要在洁净室内进行生产。洁净室内的空气需保持过滤和循环。生产小组的成员需穿戴特殊的帽子、隔离服和口罩,以保证空气中不混入灰尘颗粒。

第 1 步:硅铸锭

将硅转为集成电路的第一步是生产纯净的单晶硅棒或硅铸锭,通常直径为 6 至 8 英寸。一旦成型,则将硅铸锭切成纤薄光滑的晶圆片,其直径通常为 6 或 12 英寸,厚度小于 0.025 英寸。随后将芯片的电路元件(晶体管、电阻器和电容器)置于硅晶圆片的分层结构中。构筑电路之前,需先在计算机上对电路进行研发、模拟测试和完善。设计完成后,将制造玻璃光掩模——并为每层电路准备一块光掩模。光掩模是带有小孔或透明体的不透光板,可以让光线以特定形状透过,且这些光掩模在制造过程的下一步——光蚀刻中尤为关键。

第 2 步:光蚀

在无菌的洁净室环境中,晶圆片将经过多步光蚀刻程序的处理,电路每需要一块光掩模即重复一次。光掩模可用于 (a) 确定用于构建集成电路的晶体管、电容器、电阻器或连接器的不同部件,及 (b) 定义设备组装的各层电路图案。 生产阶段开始时,裸硅晶圆片由一层薄玻璃覆盖,再加盖一层氮化层。通过将硅晶圆片与氧气在摄氏 900 度的环境下放置一小时或更长时间,形成玻璃层,具体时长取决于所需的玻璃覆盖层厚度。当晶圆片内的硅与氧气接触时将形成玻璃(二氧化硅)。高温下,该化学反应(称为氧化作用)以极快的速度发生。

第 3 步:光刻胶

接下来,晶圆片将被统一覆盖一层具有一定厚度的光敏液体,称为光刻胶。通过将紫外线光源和晶圆片之间的光掩模对齐,选择晶圆片的暴露部分。光线将穿过该光掩模的透明区域,并将光刻胶暴露在光线中。 暴露在紫外线中时,光刻胶将发生化学变化,从而让显影液将曝光的光刻胶去除,并在晶圆片上留下未曝光的部分。电路每多一块光掩模,就需要多重复一次光刻法/光刻胶程序。

第 4 步:蚀刻

蚀刻流程中,将在晶圆片上放置湿酸或干离子气体,以去除不受硬化的光刻胶保护的氮化层部分。该操作将在晶圆片上留下与所设计的光掩模形状一致的氮化图案。使用其他化学剂将硬化的光刻胶去除(清除)后,便可以将数以百计的内存芯片以蚀刻的方式嵌入晶圆片上了。

第二部分:晶圆片成层与完成电路

在制造流程的第一部分中,所有电路元件(晶体管、电阻器和电容器)均在首次掩膜操作中完成构建。接下来,通过生成一组分层,将这些元件连接起来。

第 5 步:铝成层

要开始连接电路元件,需先在晶圆片上覆盖一层玻璃绝缘层,并用接触式掩模确定每个电路元件的接触点。完成接触窗蚀刻后,整个晶圆片将在一个溅射室内镀上一层薄薄的铝。对铝层加盖金属掩模时,将形成一个薄薄的金属连接或线路网络,构成电路的路径。

第 6 步:钝化成层

整个晶圆片随后将覆盖一层玻璃和氮化硅以避免其在组装过程中受损。该保护层被称为钝化层。随后则是最后的掩模和钝化蚀刻程序,从端子上去除钝化材料。将焊盘用于模具至塑料或陶瓷封装上金属引脚的电气连接,集成电路此时即告完成。 将晶圆片发往模具组装前,必须对晶圆片上的每个集成电路进行测试。识别功能和非功能性芯片,并在计算机数据文件中做出标记。然后用金刚石锯将晶圆片切割成独立的芯片。非功能性芯片将被废弃,其余部分则可用于组装。这些独立芯片被称为晶粒。 对晶粒进行封装前,会将其安装于引线框上,并用薄金线将芯片上的焊盘与该框相连接,从而在晶粒和引线指之间形成电路。

第三部分:晶粒制备与测试

在制造过程的第二部分,将构成集成电路并将成品晶圆切割成晶粒。下一步则是准备将晶粒用于成品模块。

第 7 步:封装

封装时,引线框将被放置在模具板上并进行加热。将熔化的塑性材料围绕每个晶粒按压以形成单独的封装包。再将模具打开,压出引线框并进行清洁。

第 8 步:电镀

电镀是当封装的引线框浸没在锡铅溶液中对其进行“充电”时,紧随其后的下一道工序。在此,锡铅离子被吸引至充电的引线框处,形成一层均匀的沉积物,增加晶粒的导电性并生成一个清洁的表面以便安装晶粒。

第 9 步:修整成形

在修整成形过程中,引线框被装入修整成形设备中,使其成形,并让芯片与框架分离。然后将单独的芯片置于防静电管中进行处理,并运送至测试区进行最终测试。

第 10 步:老化测试

在老化测试过程中,每块芯片都将通过测试,检查其在加速应力条件下的运行表现如何。老化测试是检验模块可靠性的一项关键测试。通过在加速应力条件下对模块进行测试,我们可以筛选出每个批次中未能达到使用频率下限要求的模块。要进行老化测试,我们需要使用行业领先的 AMBYX 烤箱。这是我们的工程师专门为老化测试开发的设备。一旦内存芯片通过了老化测试,则会检查、密封并用于组装。

第 11 步:PCB 组装和构建

内存芯片制作完成后,它们需要通过一个途径与您的计算机主板相连。印刷电路板 (PCB) 便是解决之道,它能将芯片连接至计算机的主板。要完成该操作,芯片将被安装至印刷电路板 (PCB) 上,而最终成品便是完工的内存模块。 PCB 成列或成片制成,包含数个相同的板件。完成组装后,将成列的板件分割成单个模块,这与将巧克力棒掰成更小的巧克力块相类似。根据尺寸将每列 PCB 的总数划分好之后,Micron 美光便可在给定的原材料量基础上加大模块的生产数量。

第四部分:模块组装

在生产过程的第三部分,晶粒和 PCB 都已准备就绪,随时可完成最终的模块组装。最后的步骤包括模块组装流程。

第 12 步:丝网印刷

完善模块设计并完成 PCB 生产后,即可开始组装内存模块。组装需要使用一项复杂的焊接工艺将内存芯片附着于 PCB 上。首先需要进行丝网印刷。 在丝网印刷过程中,需要使用镂空模板将焊膏筛漏到成品 PCB 上。焊膏是一种较粘稠的物质,用于将芯片固定在 PCB 上。镂空模板的作用是让焊膏仅附着在需要焊接组件的位置。由于有基准点,附着点的定位变得轻而易举。基准点是 PCB 上用于确定芯片安放位置的标记。 涂上焊膏后,自动“抓取”组装机器将扫描基准点,确定芯片在 PCB 上的安放位置。抓取机器通过程序识别芯片安放位置,当机器从送料处抓起芯片并放置在 PCB 上时,机器可以掌握芯片的准确位置。所有其他芯片和模块上的任何其他组件均通过芯片放置工艺进行安装。在内存制造的所有步骤中,这个步骤是较快的。将芯片放置在成品 PCB 上仅需几秒钟。

第 13 步:焊接和安装

接下来,组装的芯片和板件将通过一个烤箱。热量将使焊膏融化为液体。焊膏冷却后将会凝固,将内存芯片和 PCB 永久地粘合在一起。熔化焊膏的表面张力可以防止芯片在此过程中出现位移。 芯片牢固附着后,整列板件将被分割成单个模块,并目测检查每个模块。许多模块还将经过额外的自动 X 光设备检查,以确保所有接合点都已焊牢。

第 14 步:组装后的质量测试

对组件进行质量测试并打上标签。这样做的好处是可避免操作员不慎将不合格的模块放入合格品区域。

以上就是内存芯片制造的整个流程。

总结:

内存是CPU能直接寻址的存储空间,实际上是一个临时存储区,其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器进行数据交换。只要计算机在运行中,操作系统就会把需要运算的数据从内存调到CPU中进行运算,当运算完成后CPU再将结果传送出来,但是受限于内存的结构特点,当掉电以后数据就会自动丢失,因此需要不断刷新来保持数据更新。

对于内存的制造实际上与半导体芯片的制造一样,都需要经过芯片设计,到晶圆生产,再到芯片封装,最后进行芯片测试,最终完成芯片成品。


硬件十万个为什么解说


什么是内存呢?在计算机的组成结构中,有一个很重要的部分,就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能,才能保证正常工作。存储器的种类很多,按其用途可分为主存储器和辅助存储器,主存储器又称内存储器(简称内存),辅助存储器又称外存储器(简称外存)。外存通常是磁性介质或光盘,像硬盘,软盘,磁带,CD等,能长期保存信息,并且不依赖于电来保存信息,但是由机械部件带动,速度与CPU相比就显得慢的多。内存指的就是主板上的存储部件,是CPU直接与之沟通,并用其存储数据的部件,存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,内存只用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的程序和数据就会丢失。

既然内存是用来存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,那么它是怎么工作的呢?我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存(即DRAM),动态内存中所谓的“动态”,指的是当我们将数据写入DRAM后,经过一段时间,数据会丢失,因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。具体的工作过程是这样的:一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷,有电荷代表1,无电荷代表0。但时间一长,代表1的电容会放电,代表0的电容会吸收电荷,这就是数据丢失的原因;刷新操作定期对电容进行检查,若电量大于满电量的1/2,则认为其代表1,并把电容充满电;若电量小于1/2,则认为其代表0,并把电容放电,藉此来保持数据的连续性。

内存在计算机中的作用很大,电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行,如果执行的程序很大或很多,就会导致内存消耗殆尽。为了解决这个问题,Windows中运用了虚拟内存技术,即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用,当内存占用完时,电脑就会自动调用硬盘来充当内存,以缓解内存的紧张。举一个例子来说,如果电脑只有128MB物理内存的话,当读取一个容量为200MB的文件时,就必须要用到比较大的虚拟内存,文件被内存读取之后就会先储存到虚拟内存,等待内存把文件全部储存到虚拟内存之后,跟着就会把虚拟内里储存的文件释放到原来的安装目录里了。

内存条生产步骤如下:

内存条生产基地接收到上游发来的生产所需原材料,并将原料分类好,发向所需要的生产线。在收到原料后,第一步所要做的事情就是生产PCB电路板,这也是整个产品的基础所在。PCB电路板首先要经过印刷,并且在表面涂沫上锡膏。抹上锡膏的PCB电路板需要经过高温才能将表面的芯片和元件牢固的焊接好。 焊接好芯片的PCB电路板需要经过H-AOI检测才能进入到下一环节。通过检测设备的检查之后,就需要在PCB表面贴上规格标签。 每条内存都要经过PCB剪裁后才能装入到产品盒中等待下一步测试。 接下来就要连续进行SPD测试及功能性测试,所有测试都是在主板上进行的。在包装之前需要经过人工VI目视检测。 所有单条内存均要经过机器来自动包装。 最后,成品整齐的摆放到出货箱内,等待出厂。


小家大智慧


电脑内存,是用于处理器跟硬盘之间短暂存储,平衡两个数据传输的速度不平等问题,至于怎么造,我就不知道了


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