晶圓形狀是圓形,為什麼做出來的CPU卻是方形的?

2020-12-03 一隻平凡的筆

CPU簡稱中央處理器,是集成電路產業的核心,對集成電路有所了解的朋友應該對此並不陌生。在集成電路板上那些一個個形如正方形或者矩形的金屬厚片,就是典型的CPU封裝結構,而CPU晶片就被封裝在該結構的中心,形狀與此類似,也是方形或者矩形。它的特點都是上表面平整光滑,下表面則有眾多金屬觸點和針腳與電路板相連。

我們知道CPU是在矽晶圓的基礎上經加工製造、封裝測試後形成的。出於工藝需要,為了適應矽晶基板的切片、打磨、拋光等工藝過程,大多數矽晶圓形狀都是圓形的,但最終成品的CPU形狀卻是方形或者矩形。既然國際上並沒有相關標準對CPU的形狀做出定性規定,那麼為什麼各大CPU廠商都紛紛選擇方形或者矩形呢?

其實CPU取何種形狀主要和兩方面因素有關,首先是成本計算。CPU晶片是在一定大小的矽晶圓上製作並切割出來的,這就涉及到晶圓利用率問題。同樣的晶圓能夠切割出更多的晶片才能符合商業利益的需求,但是由於切割線周圍是無法設計電路的,存在安全空間,所以切割線總長越短,晶圓的面積浪費的就越小,利用率就越高。

按此理論,實際上理論的可行方案有很多,可以將晶圓切割成圓形,三角形、平行四邊形、矩形和正六邊形等多種方案。而要想充分利用晶圓面積最好的方式就是把晶圓切割成一個個正六邊形,這是晶圓面積利用率可以最大化,但實際上並沒有採取此方案主要受另一方面因素影響,即切割技術。

矽晶圓切割過程所使用的刀具是粘附有金剛石顆粒的極薄圓片刀,這種刀具工作過程只能走直線,像正六邊形那種複雜的形狀是無法做出來的,而且考慮切割難度,直線切割也比曲線切割要簡單的多,因此退而求其次,在剩餘的方案中最優解就是矩形。

實際上當晶片尺寸較小的時候,正方形對晶圓的利用率會更高一些,但是當晶片達到一定的面積後,適當調整一下長寬比讓它變成矩形反而可以獲得更好的晶圓利用面積,所以現在晶片都是以正方形和矩形為主,主要原因都是經過成本計算和對現有切割技術妥協後的結果。

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