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为什么CPU几乎全是方形的,别的形状就不行吗?解密CPU形状选择的原因

更新时间:2024-09-10 13:20:13作者:hnzkhbsb
对半导体有些了解的人知道芯片是从晶圆上切割下来的,晶圆是圆的,CPU以及其他芯片却都被做成了方的。这样切割下来势必会造成一定的浪费,那为什么CPU还是被做成方的呢?

这是由于芯片需要把方形的晶粒从晶圆上切割下来进行封装。

为什么CPU几乎全是方形的,别的形状就不行吗?解密CPU形状选择的原因

先来看晶圆,晶圆为什么是圆形的?既然现在的芯片是方的,如果我们直接把晶圆直接做成方形的,不还可以减少浪费吗?这是因为圆形的形状与我们制造晶圆的方式紧密相关。

制造晶圆需要硅锭,而硅锭是高纯度多晶硅通过旋转出来的,也就是传说中的单晶直拉法。既然是旋转,硅锭必然就是圆柱,切片得到圆形的薄片。

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切割后的薄薄晶圆经过研磨、清洗、抛光等处理,就成为了亮晶晶的硅圆片。接下来要准备光刻了,光刻前需要先在晶圆涂上一层厚度在0.5~1.5μm不等的光刻胶。这层光刻胶对均匀性的要求极高,在±0.01μm以内。

如何保持均匀性,现在我们用的办法是:甩。将光刻胶滴在晶圆中心,控制好转速,甩出又薄又均匀的保护层。

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假使这样的工序放在“晶方”上就麻烦了,“晶方”有角。经过这么一甩,胶质就会堆积在四个角上,完全达不到均匀性的要求,自然也没办法光刻了。于是乎,制造芯片就用了圆形的晶圆,而不是其他形状。

我们再拿来一片准备切割的晶圆,仔细看看就会发现晶圆就是一格一格的,像华夫饼似的。

为什么CPU几乎全是方形的,别的形状就不行吗?解密CPU形状选择的原因

这上面的每一个小格被称为Die,也就是晶粒。每个Die的规格、形状、大小都需要保持一致,为了避免浪费。Die的形状也就必须是可以单独密铺的图形。因此只有正六边形、四边形和正三角形可以满足,理论上正六边形对晶圆的利用率最高。但正六边形对于只能走直线的切割技术来说,实在是有些难以下刀。

切割线的附近是没办法做电路的,不然稍有一点误差,一刀下去就报废一大片。如此一来,将Die切成正方形或者矩形也就变成唯一解了。

但Die实在太过脆弱,像贝壳一样,如果没有坚硬的外壳来保护,很容易就真的die了。所以,我们会采用各种不同的方式对Die进行封装,来避免受到机械刮伤或高温破坏。当这些工序完成之后,我们也就得到和Die一样方形的封装好后的芯片了。

因此,从圆形的晶圆制造出方形的芯片,确实会有一小部分边角原料被浪费。但当我们考虑芯片从设计到封装制造的全流程后,便会发现把芯片做成方形是目前的最优解。因此,今天我们所见到的CPU等等芯片就几乎都是方形了。

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