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作者：周雷

不管是不是電子產(chǎn)品愛(ài)好者，相信大部分人對(duì)“芯片”這個(gè)詞都不陌生，大到電視、冰箱、空調(diào)，小到手機(jī)、手表、剃須刀，幾乎我們身邊每個(gè)角落都有它的身影。但是不管是什么設(shè)備，里面芯片的形狀都是矩形。為什么芯片不做成圓形或者其它形狀？

要解釋這個(gè)問(wèn)題得從芯片制造說(shuō)起。

芯片制造主要有四大流程。上游的IC（Integrated circuit，集成電路）設(shè)計(jì)公司根據(jù)要求設(shè)計(jì)出電路圖，硅晶圓制造公司制造出硅晶圓。中游的IC制造公司把設(shè)計(jì)出的電路圖移植到硅晶圓上，最后再把晶圓送到下游的IC封裝廠進(jìn)行封裝測(cè)試。

芯片之所以是矩形主要原因在于晶圓制作工藝。芯片的主要成分是硅，要把不起眼的沙打造成比黃金還貴的芯片，首先要進(jìn)行硅的初純化，通過(guò)高溫加熱、純化、過(guò)濾等工藝，從二氧化硅中提出高純度的多晶硅，然后再把多晶硅變成純度極高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、電性能良好，適合做芯片的單晶硅。這一系列過(guò)程目前行業(yè)內(nèi)主要采用的方法是1918年，前蘇聯(lián)科學(xué)家切克勞斯基發(fā)明的直拉式晶體生長(zhǎng)法（CZ法）。

根據(jù)CZ法，從硅砂中提取出多晶硅后，將其放入石英坩堝中高溫融化，然后用一顆小籽晶或者叫晶種，放入溶液中。硅溶液碰到單晶硅種后會(huì)在硅種的尾部有序生長(zhǎng)，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)和提拉速率，就能出溶液中拉出不同大小的單晶硅棒。由于是旋轉(zhuǎn)提拉，所以拉出來(lái)的單晶硅棒都是圓柱形的，從中切出來(lái)的硅片也是圓形的，也就是所說(shuō)的“晶圓”。芯片就是從晶圓中裁切出來(lái)的。

單晶硅的制作工藝這么復(fù)雜，作為一件商品，當(dāng)然是能從中切出越多的芯片越好。所以把芯片切成方形就成了利益最大化的選擇。

那么問(wèn)題來(lái)了，要是用其它方法把單晶硅棒做成其它形狀，芯片是不是就可以做成其它形狀了？

如果不考慮實(shí)際收益的話，把單晶硅棒做成其它形狀理論上是可行的。因?yàn)槌酥崩ㄖ猓€有其它生產(chǎn)硅棒的方法，比如區(qū)熔法。但是即使生產(chǎn)出其它形狀的硅棒，但由于后續(xù)工藝，切出來(lái)的硅片也只能是圓形的。

因?yàn)榍谐龉杵螅诠饪讨?，需要在硅片上涂光刻膠。目前行業(yè)內(nèi)普遍采用的是“甩膠法”，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在硅片中心涂光刻膠，然后旋轉(zhuǎn)硅片。如果硅片是其它形狀，就很可能造成一些地方膠多，一些地方膠水少，涂抹不均勻的情況。而任意方向都軸對(duì)稱的圓形就不會(huì)出現(xiàn)這種情況。

所以，即便造出其它形狀的單晶硅棒，收益最大的做法還是把硅片裁成圓形，從中裁切出的芯片自然也是方形的收益最大。

除此之外橫平豎直的切割方式也使得方形的良品率最高，曲線切割對(duì)機(jī)器的精密程度要求更高，成本也更高，得不償失。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，單晶硅棒的生產(chǎn)方式?jīng)Q定了硅片的形狀為圓形，圓形的硅片決定了芯片的形狀為方形。此外，后續(xù)包括涂抹光刻膠、以及光刻等加工工藝都是基于“晶圓”的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，所以方形芯片是一個(gè)受益最大約定俗成的結(jié)果。當(dāng)然，未來(lái)會(huì)有其它形狀的硅片以及芯片嗎？從目前的情況來(lái)看，可以有，但是沒(méi)必要。

參考資料

[1]揭秘！芯片設(shè)計(jì)及制造全過(guò)程

https://www.hisilicon.com/cn/about-us/press/news/chip-design-and-manufacturing

[2]芯片制造流程詳解，具體到每一個(gè)步驟

https://www.guancha.cn/TMT/2017_06_26_415071.shtml

[3]蘋(píng)果華為都在搞膠水芯片，這事得怪晶圓太圓了

https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_17570832

[4]為什么硅片不是方的？

https://www.iszcc.com/news/info12.html

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