手动扩容？固态硬盘PCB上的空焊位能自己补颗粒上去吗

闪存颗粒是固态硬盘中数据的直接承载体，也是固态硬盘中最值钱的部件。iPhone可以换闪存芯片来扩容，那么原本就有闪存空位的固态硬盘能自己动手加焊颗粒扩容吗？

PCB电路板上的空位也叫焊盘。在固态硬盘设计的时候为了兼顾最大容量型号，往往会预留较多的颗粒位置，在小容量型号中就会有一些空闲出来。下图是东芝TR200 480G固态硬盘拆解，PCB正反面共有8个闪存位置，实际只用到2个。也就是说未来可以做出2TB的容量。

虽然理论只要给固态硬盘加闪存颗粒就能扩容，但实际上却很难办到，或者说这样做并不划算。原因主要有以下几点。

相似的外观不同的内涵：

虽说闪存的外观大同小异，都是黑色的小长方块，但也分为TSOP和BGA两种封装形式。以BGA封装来说根据触点的数量又分成众多规格。

同属BGA132的闪存颗粒在封装尺寸上也未必一致。

闪存接口有两大阵营：

BGA触点的数量只是外在表现，实际上它们还需要遵循一定的闪存接口规范，才能被主控管理和使用。闪存接口的两大阵营是Toggle和ONFi，前者是由NAND闪存的发明者东芝联手三星共同提出的。

ONFi阵营的"玩家"更多，主要是IMFT（美光与英特尔合资）和SK Hynix。

更改容量需要重新开卡：

开卡就是设定固态硬盘的一些工作参数，包括确定闪存类型、闪存驱动参数、标记闪存坏块表的初始化过程，这不是给电脑装系统那么简单的工作。

普通网友难以触及闪存交易市场：

闪存芯片不会零售，在行业交易市场上除了劣质黑片颗粒之外还会有隐蔽的拆机翻新颗粒鱼龙混杂。普通网友难以用合理的价格获得自己需要的高品质闪存颗粒，自然DIY固态硬盘也就失去了性价比的前提。

固态硬盘技术门槛并不低：

闪存技术不断发展，价格降低容量增长的同时也对主控的纠错算法提出了更高的要求。几大闪存原厂都通过收购或者自己开发的形式掌握了自有的主控技术来发展原厂固态硬盘，在产品稳定性和耐用性上的优势都十分明显。

在主控之上，原厂还会研发独有的纠错算法，如东芝开发的QSBC技术就比普通的LDPC纠错能力强出8倍。

没有研发能力的小厂牌只能完全依赖公版方案，加上闪存颗粒来源驳杂，质量上更是良莠不齐。作为普通消费者，电脑发烧友的设备和动手能力更为有限，凭借手工焊接DIY固态硬盘或是在固态硬盘上添加颗粒扩容的方式，不仅难度很大，更没有经济性可言。

多芯片怎么键合？

在最先进节点上「链接」开发芯片的成本和复杂性不断上升，迫使许多芯片制造商开始将芯片拆分成多个部分，而不是所有的部分都需要先进节点。挑战在于如何将这些支离破碎的碎片重新组合在一起。当一个复杂的系统被整体集成在一块硅片上时，最终的产品是组件设备的预算限制之间的妥协。例如，3D NAND需要高温多晶硅，但所需的温度会降低CMOS逻辑的性能。将内存和逻辑拆分为单独的晶圆，允许制造商独立地优化每一项技术。随着传感器、收发器和其他非cmos元件的加入，异构集成变得更加有吸引力。

问题是如何把所有的部分连接起来。整体集成依赖于完善的后端流水线(BEOL)金属化流程。当组件分开包装时，制造商就会采用球栅阵列和类似的设计。但当两个或更多的模具组装成一个包时，用于连接它们的工艺位于两者之间的一个模糊的中间地带。

许多系统封装设计依赖于焊接连接。拾取和定位工具将预接触的单点模放置在中间片上或直接放置在目标晶圆上。回流焊炉在单个高通量步骤中完成焊接键合。较软的焊锡材料也作为一个兼容层，否则可能降低粘结质量。

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不幸的是，基于焊料的技术不能扩展到图像传感器、高带宽内存和类似应用所需的高密度连接。焊接过程使焊料凸点变平并挤压，因此最终焊接的占地面积略大于凸点间距。当间距降低时，就没有足够的空间来进行坚固的连接。在2019年国际晶圆级封装会议上展示的工作中，Xperi的高桂莲和同事估计，基于焊料的集成的最小可行间距约为40微米。

铜锡焊点的机械性能较差，进一步限制了焊点的性能，导致了裂纹、疲劳失效和电迁移。该行业正在寻找一种可替代的固态键合技术，以促进进一步的间距缩放，但没有多少工艺能与焊接键合的高速、低成本和灵活性相匹配。

例如，无论选择何种键合方案，都必须能够适应键合垫和中间物的高度变化。处理温度也必须足够低，以保护设备堆栈的所有组件。当封装方案涉及多层夹层和附加芯片时，底层面临特别具有挑战性的热要求。每层以上的基础可能需要一个单独的粘接步骤。

也有人提出一种替代方法，铜-铜直接键合，这种方法的优势是非常简单。在没有夹层的情况下，温度和压力将顶部和底部垫片融合成一块金属，实现了最强的连接。这就是热压键合的原理。一个模具上的铜柱与第二个模具上的垫片相匹配。热和压力驱动界面的扩散形成永久的键。300℃的典型温度软化了铜，使两个表面彼此一致。然而，热压粘合需要15到60分钟，并且需要控制气氛以防止铜氧化。

清理表面后粘在一起

另一种与之密切相关的技术是混合键合，它试图通过将金属埋入电介质层来防止氧化。在一种让人联想起晶圆互连金属化的大马士革工艺中，电镀铜填充在电介质上的孔中。CMP去除多余的铜，留下相对于电介质凹陷的键合垫。将两个介质表面接触会产生一个临时的键合。

在2019年IEEE电子元器件和技术会议上，乐提的研究人员演示了使用水滴来促进对齐。Xperi集团解释说，这种键的强度足以让制造商组装一个完整的多芯片堆栈。

电介质键封装铜，防止氧化，并允许键合设备处于常温环境下。为了形成永久的结合，制造商利用铜较大的热膨胀系数进行退火处理。受介电的限制，铜被迫在其自由表面膨胀，弥合两个模具之间的间隙。铜的扩散会形成永久性的冶金键。在一个复杂的堆栈中，一个单一的退火步骤可以一次连接所有的组成芯片。在没有天然氧化物或其他阻挡物的情况下，相对较低的退火温度就足够了。

结合垫的高度由CMP确定，这是一个成熟的、控制良好的过程。由于所有这些原因，晶圆对晶圆混合键合技术已经在图像传感器等应用领域应用了好几年。晶圆与晶圆之间的键合应用需要晶圆之间的衬垫对齐，并依赖于高的器件产率来最小化损耗。两块晶圆上有缺陷的模具不太可能对齐，因此一块晶圆上的缺陷可能导致匹配晶圆上相应的好芯片的丢失。

模对晶圆和模对中间层的混合键合有可能打开更大的应用空间，允许在单个封装中实现复杂的异构系统。然而，这些应用程序还需要更复杂的流程流。虽然晶片对晶片和模对晶片(或中间层)工艺对CMP步骤和键合本身提出了类似的要求，但处理CMP后的单晶片更具挑战性。生产线必须能够控制由固有的杂乱的接合步骤产生的粒子，避免空洞和其他结合缺陷。

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