把指甲盖大的芯片掀到原子层,我才懂它根本不是什么‘电子沙子’

上周六挤在南京国展中心的半导体展区,空调吹得人发懵,我蹲在展台边凑了二十分钟,就盯着工作人员拿镊子夹的那片比指甲盖还薄的芯片——不是什么新发布的旗舰货,是一块从报废的12寸晶圆上切下来的边角料。旁边有个穿冲锋衣的大哥跟我凑一块看,他说之前总觉得芯片就是网上说的”高级沙子”,今天凑这么近看,才发现那上面的纹路密得像把整个南京城的路网缩了一万倍。

你摸到的芯片,根本不是它最脆弱的部分

很多人对芯片的第一印象,就是主板上那个方方正正的黑块,觉得这东西一摔就碎,碰一下就坏。其实真不是。你日常拿在手里摸的那个黑壳,真正的硅片核心只占它内部不到1/5的体积,剩下的全是环氧树脂封装材料、铜质引线框架,还有用来散走热量的金属层。

芯片封装结构拆分实拍图
芯片封装结构拆分实拍图

上次我拆自己用了五年的旧手机,把主板上的芯片撬下来,拿指甲弹了弹那层黑壳,发出咚咚的空心声,当时我还以为里面装了什么复杂的结构,结果后来看了拆解视频,才发现那层黑壳下面,真正的硅片核心小得像个芝麻粒,剩下的空间全是用来导电的铜线,从核心伸出来,连接到主板的各个引脚上。

之前我也以为那层黑壳是多余的,直到去年帮朋友修旧笔记本,拆机的时候手滑把散热螺丝蹭到了主板,那一下直接把主板上的封装壳砸裂了,我当时心都凉了,以为核心直接碎了,结果拿去维修店,师傅拿小刀片把裂掉的黑壳刮开,里面的硅片亮堂堂的连个划痕都没有——合着刚才砸的就是层环氧树脂做的”保护甲”。

真的,那层壳比你家装修用的瓷砖还脆。师傅说现在很多消费级产品的封装做的越来越薄,就是为了省出内部空间塞更大的电池,反而把之前用来挡灰尘、挡意外磕碰的缓冲层给减薄了好多,很多人摔了手机以为是核心芯片坏了,其实就是引脚被震松了,根本不是硅片本身出问题。

那些吹得神乎其神的“纳米工艺”,其实没你想的那么玄

说实话,我之前也被网上的科普文绕晕,什么”沟道长度””鳍式结构”,一堆术语堆下来,看得人头大。直到去年跟一个在晶圆厂做了八年的工程师朋友吃小龙虾,他拿啤酒瓶盖给我比划了半小时,我才算搞明白这里面的门道。

你别把硅片上的那些纹路想成马路上的车道,它更像你在家搭乐高的时候,把小积木一层一层叠起来,所谓的纳米数,根本不是指某一根线条的实际宽度,是你在同样大小的硅片面积里,能塞下多少个能实现开关功能的晶体管。

FinFET晶体管结构原子力显微镜实拍图
FinFET晶体管结构原子力显微镜实拍图

他说刚入行的时候也跟着师傅跑工艺线,第一次进无尘车间要穿两层无尘服,戴三层口罩,连眼睫毛都要被帽子挡住,进去的时候脚踩的粘尘垫换了三层,就怕带进去一粒灰尘——那粒灰尘落在晶圆上,就相当于你在新街口的十字路口砸了块一吨重的石头,直接能把一整排的电路给砸断。

真不是夸张。他说有次车间的通风系统漏了个小缝,飘进去半粒微米级的灰尘,当天跑出来的一整批晶圆,良率直接掉了20%,整个班组连续加了三天班排查问题,最后顺着通风管的缝隙找了三公里,才在管道接口的地方发现那半粒被静电吸住的灰尘,当时整个班组的人都差点哭出来。

很多人总觉得工艺越先进的芯片,就一定越容易坏?根本不是。他说其实工艺越先进,单个晶体管的功耗越低,反而在日常使用的时候,因为发热少,寿命反而更长——之前那些老的28nm工艺的芯片,跑满负载的时候表面温度能到80多度,现在先进工艺的芯片,同样性能下温度可能才50度出头,哪有那么容易坏。

别总盯着参数看,你日常用的芯片,早就不是拼极限性能的赛道了

上次在展会上,我路过一个做工业控制芯片的展台,摆的全是十年前就在用的老工艺芯片,旁边的销售跟我聊了快二十分钟。他说现在很多人对芯片的认知,全是手机厂商灌的迷魂汤,觉得数字越小越好,性能越强越牛,其实在工业场景、汽车场景里,大家根本不追求什么极限性能。

追求什么?稳。

他说有个客户是做高铁信号系统的,之前试过用先进工艺的芯片替换老款的28nm芯片,本来想着能省点电,结果刚跑了三个月,遇到一次夏天的极端高温,芯片直接因为电压漂移出了问题,差点影响信号传输,后来赶紧又换回了老工艺的芯片——人家老工艺的芯片,经过十几年的场景验证,从零下40度的东北冬天,到零上80度的吐鲁番夏天,都能稳稳定定跑,你新出来的工艺再先进,没经过十年八年的场景磨,谁敢往高铁、往呼吸机、往汽车刹车系统里装?

我当时蹲在展台边看了半天,那块老工艺的芯片,比我小时候玩的游戏机卡带里的芯片还大一圈,黑糊糊的连个logo都没有,但是人家能在风里雨里扛十几年,比那些发布会上吹得天花乱坠的旗舰芯片靠谱多了。

说实话,之前我每次换手机,都要盯着参数表对比半天,什么主频多少,工艺多少纳米,现在想想,我平时也就刷个微信,拍个照片,那些极限性能,我可能一辈子都用不上——合着我多花的几千块,全是为了那些我根本碰不到的跑分场景买单?

跟那个晶圆厂的朋友吃饭的时候,他说现在很多人聊芯片,总带着点情绪,好像不买最先进的就不行,其实哪有那么多非黑即白的事。

芯片就是个工具。你用在手机里要轻薄要省电,就用先进点的工艺,你用在工厂的自动化设备里要耐造要稳定,就用经过长期验证的老工艺,你用在银行卡里要便宜要耐用,就用更成熟的制造流程,根本不存在什么”先进的就一定是好的”这种绝对的标准。

上周从国展中心出来的时候,我手里攥着刚才展台工作人员送的那块晶圆边角料,太阳晒在南京的梧桐树上,叶子晃得人眼睛发花,那片半透明的硅片在手里轻得像一片梧桐叶,谁能想到这薄得几乎没重量的东西,撑着我现在刷的手机,坐的地铁,甚至楼下便利店的自动售货机。

作者|科技

排版|科技

审核|白杨

免责声明:市场有风险,选择需谨慎!此文仅供参考,不作买卖依据。如有侵权请联系删除。
文章名称:把指甲盖大的芯片掀到原子层,我才懂它根本不是什么‘电子沙子’
文章链接:https://m.lfdjt.com/p/keji/a/14093.html