芯片制造相关的最大营销术语之一“特征尺寸”的含义解析

发布时间：2023-12-27 👁 2468 Tags：晶体管芯片封装清洗特征尺寸

在芯片工业中，特征尺寸与被称为制程节点的东西有关。正如我们在第3部分“CPU的设计”中提到的，这是一个相当宽松的术语，因为不同的制造商使用这个短语来描述芯片本身的不同方面，但不久前它被用来描述晶体管两个部分之间最小的间隙。

今天，它更像是一个营销术语，对于比较生产方法不太有用。也就是说，晶体管是处理器的一个关键特性，由于它们的组执行所有的数字处理和数据存储都在芯片内，因此非常需要来自同一制造商的更小的制程节点。显而易见，你想问为什么？

在处理器的世界里，什么都不会立即发生，也不会在不需要电源的情况下发生。更大的元件需要更长的时间来改变它们的状态，信号需要更长的时间来传输，并且需要更多的能量来移动处理器的电子。虽然听起来不笨重，但更大的元器件占用更多的物理空间，因此芯片本身更大。

因此，如果拥有一个更小的制程节点的好处会是产生更小的芯片，能使更多的晶体管可以更快地转换，实现更强的计算，以及减少能量作为热量的损失。那么为题来了——为什么不是每一个芯片都使用尽可能最小的制程节点呢？

这就要从另一个方向谈起——要有光！

在这一点上，我们需要看一个称为光刻的过程：光通过一种称为光掩模的东西，这个东西在某些区域阻挡光，并让其通过其他区域。在经过的地方，光线会聚焦成一个小点，然后它会与芯片制造过程中使用的特殊层反应，帮助确定各个部件的位置。

想象一下，这就像是你手上的X光：骨头阻挡了光线，充当光掩模，而肉体让它通过，产生了手的内部结构的图像。

光实际上并没有被使用——即使是像旧奔腾这样的芯片，它也太大了。你可能很想知道为什么光会有大小的说法，实际上它与波长有关。光是一种叫做电磁波的东西，是一种不断循环的电场和磁场混合物。

虽然我们使用经典的正弦波来观察形状，但电磁波并没有真正的形状。更重要的是，当它们与某种事物发生交互时，它们产生的效果遵循这种模式。这种循环模式的波长是两个相同点之间的物理距离：想象海浪在沙滩上滚动，波长是海浪顶部的距离。电磁波的波长范围很广，因此我们将它们放在一起并将其称为光谱。

小，小，最小

在下面的图片中，我们可以看到我们所说的光只是这个光谱中的一小部分。还有其他熟悉的名字：无线电波、微波、X射线等等。我们还可以看到波长的一些数字；光的大小大约是10-7米，或者大约是0.000004英寸！

科学家和工程师更喜欢用一种稍有不同的方法来描述这么小的长度，即纳米或nm。如果我们观察光谱的扩展部分，我们可以看到光实际上在380纳米到750纳米之间。

在光谱图中，UV从大约380 nm开始（光消失时）并一直缩小到大约10 nm。英特尔，台积电和GlobalFoundries等制造商使用一种称为EUV（极紫外线）的电磁波，大小约为190nm。这种微小的波动不仅意味着组件本身可以被制造得更小，而且它们的整体质量可能更好。这使得不同的部件可以紧密地封装在一起，有助于缩小芯片的总体尺寸。

为了真正了解6纳米有多小，我们这样看。构成处理器主体的硅原子间距大约为0.5纳米，原子本身的直径大约为0.1纳米。因此，作为一个大概的数字，台积电的工厂处理的晶体管覆盖宽度小于10个硅原子。

瞄准原子的挑战

电磁波的波长越短，其承载的能量越多，这导致对制造的芯片的损坏的可能性更大; 非常小规模的制造对正在使用的材料中的污染和缺陷也非常敏感。

芯片中的两个制造缺陷。

前景

这款顶级台式PC处理器将采用台积电7纳米节点来制造两款芯片，以及由GlobalFoundries制造的一款14纳米芯片。前者将是实际的处理器部件，而后者将处理连接到CPU的DDR4内存和PCI Express设备。

它们将越来越小，速度越来越快，能耗越来越低，性能也越来越高。它们将引领人们走向全自动汽车，具有当前智能手机的电量和电池寿命的智能手表。

芯片封装清洗：

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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