【了不起的芯片】從晶圓到CPU，可不只是“砍”一刀那么簡單

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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)和智能手機(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？平平無奇的一塊小板真的是從晶圓片上直接被片下來的嗎?

那當(dāng)然——不是?。?！

直接切下來的晶圓片和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，CPU確實(shí)是從晶圓上被切下來的。晶圓切割技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)從粗糙到精準(zhǔn)的成長過程。在經(jīng)過光刻刻蝕加工后，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，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)，又開始在切割中再度出現(xiàn)脫落和裂紋等問題，于是“先切割，后研磨”代替了此前的切割工藝......后續(xù)過渡到激光切割和等離子切割......但無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。

從晶圓上切割下來的這片小小的區(qū)域，就是我們常說的“die”，即芯粒。隨著工藝制程的發(fā)展，die越來越精細(xì)，上面的電路圖也越來越復(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絕不是簡簡單單從晶圓上片一塊下來就能用的！未來，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？