在集成电路(IC)制造和半导体行业中,wafer、die 和 chip 是三个常见的术语。它们分别指代了半导体制造过程中的不同阶段或形式的产品。以下是它们的定义、区别以及彼此之间的联系的详细解析:
1. Wafer(晶圆)
定义:晶圆(Wafer) 是一种薄片状的半导体材料,通常由高纯度的硅(也可以是其他材料如砷化镓)制成,作为制造集成电路的基础材料。
晶圆是半导体制造的起点,是经过多重加工后用来制作数千甚至数万个微小电路(Die)的载体。
尺寸:晶圆的直径通常有多种规格,例如 150mm(6英寸)、200mm(8英寸)和 300mm(12英寸)。未来还在研发 450mm 的大尺寸晶圆。
晶圆的厚度通常约在 500-800 微米之间。
材料:主要使用单晶硅,通过布里奇曼法(Czochralski Process)拉制得到的单晶硅锭切片并抛光。
也可以采用其他化合物半导体材料,比如砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等。
作用:晶圆表面通过光刻、刻蚀、沉积等一系列半导体工艺,制造出多层结构和复杂的微电路。
一个晶圆上会包含多个 Die,排列形式通常为矩阵状。
2. Die(裸片/芯粒)
定义:Die(芯粒或裸片) 是通过切割晶圆得到的单个功能单元,也就是未封装的半导体电路。
每个 Die 是晶圆上经过光刻和制造的独立微电路部分。
尺寸:Die 的大小取决于集成电路的复杂程度和设计。面积通常从几平方毫米到上百平方毫米不等。
功能:一个 Die 通常实现一个具体的电路功能,如处理器、存储器单元等。
每个 Die 都包含完整的逻辑电路(如 CPU 核心)或功能模块。
加工过程:晶圆完成制造后,会经过晶圆测试(Wafer Testing),测试每个 Die 是否合格。
随后通过切割晶圆(Dicing)分离出每个独立的 Die。
3. Chip(芯片)
定义:Chip(芯片) 是经过封装后的 Die,能够作为一个独立的产品或模块直接使用。
它是最终交付给客户或集成到设备中的半导体产品。
封装(Packaging):裸片(Die)被封装以保护内部电路,并提供引脚或接触点以便与外部设备连接。
常见封装形式包括 BGA(球栅阵列)、QFP(四方扁平封装)、DIP(双列直插封装)等。
功能与应用:一个芯片可能是微处理器、存储器、传感器或其他功能模块。
它在电子设备中用作各种功能单元,如手机的处理器芯片(SoC)、存储芯片等。
测试(Final Testing):芯片封装后会进行最终测试,确保其功能和性能满足设计要求。
三者的区别与联系
属性Wafer(晶圆)Die(芯粒/裸片)Chip(芯片)。
物理形式一整片硅片,包含多个 Die从晶圆上切割出的单个裸片封装后的成品芯片
功能状态仅为承载电路的基础材料包含具体功能电路,但未封装经过封装后,可直接使用
处理阶段晶圆加工阶段晶圆切割后,测试前或测试后封装与最终测试后交付
用途半导体制造的原材料电路单元,测试是否合格独立产品,集成到设备中
单元数量一片晶圆包含数百到上万个 Die单个裸片是一个 Die单个芯片通常对应一个 Die,但也可能包含多个 Die。
晶圆制造:高纯度硅锭 → 切片 → 抛光 → 扩散/离子注入 → 光刻 → 刻蚀 → 金属化等,制造出晶圆。
晶圆测试:测试晶圆上的每个 Die 是否满足设计规范,标记良品与不良品。
晶圆切割(Dicing):使用激光或切割刀将晶圆分成单个 Die。
Die 封装(Packaging):将良品 Die 封装成 Chip,添加引脚、保护壳等。
芯片测试(Final Testing):验证芯片是否满足电性能和可靠性要求。
芯片交付:将合格的芯片交付客户。
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