傻白入门芯片设计,wafer/die/chip/cell(一)

news2024/9/22 19:39:47

1.wafer: 晶圆,指一整个圆形的晶圆硅片。如果问及CPU的原料是什么,大家都会轻而易举的给出答案—是硅。这是不假,但硅又来自哪里呢?其实就是那些最不起眼的沙子。不过不是随便抓一把沙子就可以做原料的,一定要精挑细选,从中提取出最最纯净的硅原料才行。然后将原料进行高温溶化。整块硅原料必须高度纯净,即单晶硅。然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出,此时一个圆柱体的硅锭就产生了:在切片后得到元晶圆,再经过光刻胶(Photo Resist),溶解光刻胶、蚀刻、离子注入、电镀、铜层生长最终得到晶圆,如下图所示:

 2.die:一个wafer通过基于电气特性的探针测试,再用精确控制的切片机将一个个小格切开,而这个小方格就称为Die,一个晶圆Wafer上每个小方块的设计内容都是一样的,全是同一个Die的重复单元。

此外,Die的大小会严重影响良率。Die越小,良率越高(概率事件不是绝对),如下图:

上图大家可以点开看(图比较大),其中不太清楚的红色小点是晶圆的缺陷,在Die很大时,有很大概率它的范围内会缺陷,而只要有缺陷该Die就报废了(简化处理);在Die比较小的时候,它含有缺陷的可能性就大大降低了。如图中,随着Die的减小,良率从第一个的35.7%提高到了95.2%!我们举个极端的例子,整个Wafer就一个Die,那么良率只有0%了,生产一个报废一个。谁还干这么傻的事! 

 3.chip:chip 应该被称为集成电路更容易理解,由封装好的 the packaged die + lead frame + epoxy 集成。。在一个Die里面实际又细分为几个小单元,每个小单元称为一个chip,每个chip具有不同的设计,每个设计由不同的用户提供。这样做的目的就是实现Multi project wafer(MPW),即多项目晶圆,MPW可以实现多个用户的设计在同一次加工过程同时被完成,这是现阶段集成光学产业需求还不是很巨大时,采用的一种较为廉价的运营方式,这样任何一个设计者都不用单独为一整个晶圆付费,从而减轻研发成本。

4.cell: Cell的话数字电路设计的标准单元,由晶体管和连线结构组成的,具有最基本的布尔逻辑功能或者触发功能

 

参考链接:

CPU制造的那些事之一:i7和i5其实是孪生兄弟!? - 知乎 (zhihu.com)

CPU制造的那些事之二:Die的大小和良品率 - 知乎 (zhihu.com)

硅光相关概念wafer,die,chip以及bonding - 知乎 (zhihu.com)

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