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一文了解晶圆 (wafer)/晶粒 (die)/芯片 (chip)
2024年11月05日 15:28   浏览:75   来源:小萍子
Wafer 晶圆

晶圆是一种圆形硅芯片,也是生产集成电路所用的载体,可加工制成各种电路组件结构、具特定电性功能的集成电路产品。

晶圆的质量等级
晶圆的质量等级通常根据其表面缺陷、晶体结构、电学性能等方面进行评估。常见的晶圆质量等级包括:
1,Prime wafer:最高质量的晶圆,表面缺陷少,晶体结构完美,电学性能最佳。通常用于生产高性能、高可靠性的集成电路。
2,Test wafer:经过测试的晶圆,其表面可能存在一些缺陷,但这些缺陷已经被标记出来,可以用于生产一些对缺陷要求不高的集成电路。
3,Monitor wafer:检测生产过程的晶圆,其表面存在一些缺陷,但这些缺陷不会影响其电学性能,可以用于监测生产过程中的工艺参数。
4,Rejected wafer:质量较差的晶圆,其表面存在较多的缺陷,晶体结构不完美,电学性能较差,通常不用于于生产集成电路。

晶圆的尺寸
晶圆的大小通常以直径来表示,常见的尺寸有:
1英寸(25mm)、2英寸(51mm)、3英寸(76mm)、4英寸(100mm)
4.9英寸(125mm)、6英寸(150mm)、8英寸(200mm)
12英寸(300mm)和17.7英寸(450mm)

硅晶圆尺寸最大为12寸, 化合物半导体晶圆尺寸最大为6英寸。
硅晶圆衬底主流尺寸为12 英寸,约占全球硅晶圆产能65%,8寸也是常用的成熟制程晶圆,全球产能占比25%。GaAs衬底主流尺寸为4英寸及6英寸;SiC衬底主流供应尺寸为2英寸及4英寸;GaN 自支撑衬底以2英寸为主。

12英寸20nm以下先进制程性能强劲,主要用于移动设备、高性能计算等领域,包括智能手机主芯片、计算机CPU、GPU、高性能FPGA、ASIC等。

12英寸14nm-32nm先进制程应用于包括DRAM、NAND Flash存储芯片、中低端处理器芯片、影像处理器、数字电视机顶盒等应用。

12英寸45-90nm的成熟制程主要用于性能需求略低,对成本和生产效率要求高的领域,例如手机基带、WiFi、GPS、蓝牙、NFC、ZigBee、NOR Flash芯片、MCU等。

12英寸或8英寸90nm至150nm主要应用于MCU、指纹识别芯片、影像传感器、电源管理芯片、液晶驱动IC等。 

8英寸180nm-250nm主要有非易失性存储如银行卡、 SIM卡等,350nm以上主要为MOSFET、IGBT 等功率器件。

硅晶圆供给厂商格局
日厂把控(近15年来日本厂商始终占据硅晶圆50%以上市场份额), 寡头格局稳定。前五大厂商(日本信越化学、日本SUMCO、中国台湾环球晶圆、德国Siltronic、韩国SK Siltron(原LG Siltron, 2017年被SK集团收购,仅供应韩国客户))占据全球 90%以上份额。


Die 晶粒

晶圆上的每个独立小块,都是一个晶圆颗粒体,切割后就成为一个晶粒 (die)。晶粒的外形通常为长方形或正方形,尺寸大小依不同功能需求、不同设计、不同制程而有所不同。

良品裸晶粒 (KGD/KGD Die)
KGD 的完整定义是指:经过重重检测,已确认具有与封装后产品同等之质量水平、可靠程度,并符合指定功能、规格标准的裸晶粒或未经封装的芯片。半导体厂商采用 KGD 颗粒后,再与自家产品封装成单一芯片,进行最终测试,最后出货给需要的业者。
A Known Good Die (KGD) is defined as “a package type fully supported by suppliers to meet or exceed quality, reliability, and functional data sheet specifications, with non-standardized (die specific) but completely and electronically transferable mechanical specifications”。

KGD与一般晶体管最大的不同点在于,KGD属于未封装的裸晶粒,故能因应系统级封装(SiP)、多芯片封装(MCP)需求,与其他种类的裸晶堆栈使用,进行异质性整合;意即在同一封装中将芯片做3D立体堆栈,或者进行2.5D 配置封装,将逻辑芯片、内存、射频组件等不同性质的电子零件整合,实现系统级之高效能、低功耗、高集成度,同时维持成品的精巧体积。


Chip 芯片

晶圆经过切割、测试,再将完好且稳定的晶粒取下、封装,便成为我们熟悉的芯片 (chip),也就是集成电路 (IC)。集成电路发明后,技术也开始高速发展,最早期一个芯片只能塞进五个晶体管,发展到现代,可容纳数量已达数亿个晶体管。

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