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【了不起的芯片】從晶圓到CPU,可不只是“砍”一刀那么簡(jiǎn)單

04/03 11:20
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這一期,我們聊一聊晶圓切割的那些事兒。

CPU作為計(jì)算機(jī)智能手機(jī)中最重要的電子器件之一,它是如何變成我們看到的樣子呢?平平無(wú)奇的一塊小板真的是從晶圓片上直接被片下來(lái)的嗎?

那當(dāng)然——不是!?。?/p>

直接切下來(lái)的晶圓片和CPU并不相同。兩者對(duì)比,CPU是嚴(yán)密封裝好的芯片,層層“包裹”后最終的商品;而晶圓片則像是尚未進(jìn)化完全的硅基生物,如果直接“裸著出門”,這個(gè)世界將會(huì)變得非常危險(xiǎn)。

不過(guò),CPU確實(shí)是從晶圓上被切下來(lái)的。晶圓切割技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)從粗糙到精準(zhǔn)的成長(zhǎng)過(guò)程。在經(jīng)過(guò)光刻刻蝕加工后,晶圓片被劃分成多個(gè)小區(qū)域,就像我們拍的證件照那樣,每張照片緊密排在一格格的位置上,照片之間會(huì)留出一定的間距。這個(gè)間距有一個(gè)專門的名字——Saw Street,每個(gè)Saw Street大概有80um至150um那么大,切割則需要在Saw Street內(nèi)完成,保證每一塊區(qū)域的完整性。

值得一提的是,這確實(shí)是最初唯一可以用來(lái)切割晶圓的辦法,可追溯到20世紀(jì)60年代硅晶體管發(fā)展初期。但相較于相紙,晶圓更厚更硬,如此粗暴的切割方式難以保證精準(zhǔn)度,經(jīng)常導(dǎo)致晶圓邊緣脫落或裂開(kāi),造成不小的損耗。

到了60年代中期,一種更聰明的辦法出現(xiàn)了——先用硬度近似金剛石的葉輪將有厚度的晶圓片劃一道槽,達(dá)到一定的薄度后再用刀片切割,同時(shí)在晶圓上表面預(yù)先貼一層膠膜,以確保每一塊芯片的完整性。這樣類似鋸切的方式在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位,早期6英寸以下的晶圓主要采取這種方式進(jìn)行切割。

隨著晶圓片直徑變大,厚度變薄,特別是晶圓尺寸大到8英寸以上時(shí),又開(kāi)始在切割中再度出現(xiàn)脫落和裂紋等問(wèn)題,于是“先切割,后研磨”代替了此前的切割工藝......后續(xù)過(guò)渡到激光切割和等離子切割......但無(wú)論晶圓切割工藝如何變化,其實(shí)目的始終如一——力求提升精準(zhǔn)度,確保盡量不損壞任何一片芯片。

從晶圓上切割下來(lái)的這片小小的區(qū)域,就是我們常說(shuō)的“die”,即芯粒。隨著工藝制程的發(fā)展,die越來(lái)越精細(xì),上面的電路圖也越來(lái)越復(fù)雜,相應(yīng)的成本也隨之攀升。一旦處理不當(dāng),die就可能面臨“go die”的風(fēng)險(xiǎn)。

而die距離成為真正的“chip”還有一步之遙——“封裝”。封裝過(guò)程可以把脆弱難用的裸片變成方正結(jié)實(shí)、管腳規(guī)范、散熱良好的獨(dú)立芯片,在保護(hù)die的同時(shí)降低了焊接難度。有關(guān)封裝的更多詳情,可以在我們往期的視頻中了解。

CPU絕不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單從晶圓上片一塊下來(lái)就能用的!未來(lái),晶圓切割的工藝又會(huì)如何發(fā)展,人類是否能找到一個(gè)完美的切割辦法呢?

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Synaptics(NASDAQ:SYNA)是人機(jī)交互界面變革的先鋒和領(lǐng)導(dǎo)者,為智能設(shè)備提供創(chuàng)新性和直觀式用戶體驗(yàn)。Synaptics擁有強(qiáng)大的研發(fā)能力、廣泛的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和可靠的供應(yīng)鏈能力,以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了豐富的觸控、顯示和生物識(shí)別產(chǎn)品。Synaptics提供面向移動(dòng)、PC和汽車行業(yè)的解決方案,產(chǎn)品兼具易用性、功能性和美觀性,有助于使我們的數(shù)字化生活更富成效、更安全、更有趣。

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