2.3.2　3D NAND和3D封装集成SSD

SSD面临的两大挑战在于容量和成本。从目前NAND闪存芯片技术的发展来看，NAND闪存不仅有SLC（Single-Level Cell，1bit/cell）、MLC（Multi-Level Cell，2bit/cell）、TLC（Trinary-Level Cell，3bit/cell）等类型之分，而且基于更大存储容量和更低生产成本的需求，NAND闪存芯片的工艺制程也从早期的50nm不断发展到目前的15/16nm。但NAND闪存芯片与处理器芯片有所不同，先进工艺虽然带来了更大的容量，但依靠工艺制程提高容量不仅需要大量资金的投入，而且达到一定密度后，单个存储单元存储的电荷量将减少，与相邻的存储单元之间将产生电荷干扰，可靠性和性能都会降低。因此，NAND闪存芯片密度在2D平面内的容量提升已接近极限。

延续3D IC的开发路径，2D芯片遇到的一系列问题可以通过3D芯片或3D集成的方式得到解决，这样就不必一味追求尺寸更小的存储单元，可以使用成熟的工艺制程，提高单元可靠性，降低生产成本。因此，SSD的发展趋势是3D的拓展，目前主要有3D NAND和3D封装集成两种。

1. 3D NAND

3D NAND技术不同于现有的2D NAND技术，是一种通过垂直通孔进行互连的3D堆叠技术。目前，三星、海力士、东芝、闪迪、Intel、镁光等企业纷纷布局3D NAND闪存市场。3D NAND已经成为行业的发展趋势。未来，闪存及SSD硬盘都将越来越多地采用3D NAND技术。

在相同平面制程工艺的节点下，3D NAND的堆叠层数意味着更大的存储容量，因此自2007年东芝率先发布了3D闪存层叠技术（Bit Cost Scaling，BiCS ）以来，各个存储厂商竞相发展这种技术，如三星的3D V-NAND闪存、海力士基于3D浮栅技术的3D NAND等。3D NAND的堆叠层数已经从最初的32层跨越了48层、64层、96层几个技术代，达到了128层，未来还会向更多层持续发展。

长江存储科技责任有限公司在3D NAND领域发展迅速，目前已经具备了量产64层3D NAND闪存芯片的能力，将晶圆级键合等3D集成技术应用在3D NAND产品上，并提出了Xtacking技术。Xtacking技术的重点在于可将控制等外围电路与存储阵列在两个不同制程工艺的晶圆上分别加工，利用键合技术对数十亿个TSV进行互连，能够为3D NAND闪存带来更好的I/O性能和更高的存储密度，以及更短的产品上市周期。

2. 集成式固态硬盘

新一代信息技术产品对容量大、体积小的固态硬盘提出了新的要求，系统级3D封装集成在此方面有很大的应用潜力。除存储阵列的3D堆叠集成外，整个SSD系统的集成也成为趋势。

目前，SSD有集成式和分离式两种主流设计。分离式的SSD设计是为了可以直接取代传统机械硬盘，具有和传统机械硬盘相同的尺寸和接口外形。采用集成式的NAND模块成为一种新的应用趋势。集成式的SSD将主控芯片、缓存芯片及存储阵列或其他辅助系统，利用系统级封装技术集成在一个小巧的BGA封装里，以适用于灵活的应用场景。

图2-12所示为东芝BG4系列SSD，利用封装集成技术将SSD系统小型化。

图2-12　东芝BG4系列SSD