【科普】从晶圆到颗粒——我们用的固态颗粒到底是怎么来的？

    半导体的世界里总是充满了神秘的科技感。从第一台计算机用肉眼可见的电子管，到如今计算机所使用的超大规模集成电路。电子计算机的发展已经从宏观踏入了微观的时代。也因此，半导体到底是如何从"沙子"变成我们手中的CPU内存固态呢？这个问题，我想大家都很感兴趣。

    在海康威视的邀请下，我终于有幸有机会能够进入一家半导体工厂，来一睹半导体的生产和制造过程。

    说到半导体的生产，这一直都是每一个中国人心痛的地方。半导体作为国家重要的产业，核心技术一周都是由其他国家所掌握，比如光刻机，制作技术，设计等。因此能够生产半导体的机构少之又少。大部分机构仅仅具备半导体的封装封测能力。这也是我们今天前往的半导体工厂所要展示的主要内容。

    可能很多人觉得，半导体的封装有什么意思？不就是拿一个颗粒出来封装好打包测试然后就扔给客户嘛？详细一点的可能就觉得还会打打标，做一个筛选什么的。确实，如果你只是一个不感兴趣的小白，这些东西确实对你毫无用处。但如果你是一个对于固态颗粒或者内存颗粒非常感兴趣的玩家，那么我相信这次科普会对你的认知进行刷新。

晶圆到颗粒第一步——晶圆研磨

    这个世界上，能生产晶圆的工厂不多，而NAND晶圆的生产，有三星，海力士，IMFT（美光与intel），东芝等。封测厂在拿到这些晶圆后，首先要对晶圆做分类，这个分类仅仅是对此产品属于哪个厂商做一个分类而已，简单的检查后，放入氮气储备箱，等待准备使用。

    当这批晶圆决定进入生产了，就会开始放入机器中进行生产，首先要对晶圆进行一次研磨。从晶圆厂出厂的晶圆为了保证强度，厚度一般都不会太低，但是进入生产的晶圆因为要考虑切割颗粒的问题，就不需要那么高的厚度了。但是直接打磨晶圆的背面，可能导致晶圆破损，因此首先会在晶圆正面先贴上一层薄膜，这样就能为晶圆本身提供一定的支撑力。

（送入“贴膜”的晶圆）

（爱撕膜机……机）

（打磨完成的完整晶圆）

（一条条横线划分的“街道”就是一颗晶圆颗粒）

晶圆到颗粒第二步——晶圆切割

    晶圆完成打磨以后，就可以进行切割了。水刀切割晶圆后让晶圆能够分离。

晶圆到颗粒第三步——晶圆筛选

    当晶圆完成切割后，就可以对晶圆进行筛选。可能很多人听到筛选这个词，就会想到一些好颗粒和坏颗粒的筛选。其实这一步的筛选仅仅是筛选颗粒的第一步。晶圆厂会首先对某一批颗粒进行一次筛选，完成之后把筛选结果提供给封装厂，这样封装厂就可以知道那些部分的晶圆是需要的颗粒，而哪些是不需要的颗粒了。我们可以看到下图1中晶圆，许多晶圆颗粒已经被筛选掉了，而晶圆表面还剩下许多晶圆颗粒。

    筛选后由晶圆厂要求合格的颗粒，就可以进行打包封装了（如下图2），而剩下晶圆上的颗粒会去哪里呢？我们举个例子。

    假设这里的颗粒可能是来自美光的。那么美光现在准备制作合格的4Tb颗粒。经过测试，筛选出来合格的4Tb颗粒。那么剩下的晶圆是否合格呢？结论是从晶圆厂的角度而言，这些颗粒是不合格的，原因可能是晶圆内部出现损坏，或者有瑕疵，断裂，又或者是不可预估的损坏。

    晶圆的筛选是一个宁错杀不放过的过程，特别是厂商如果对自己的产品品质有要求的时候，颗粒的筛选也是如此，因为如果这个颗粒在筛选过程中没有发现故障，等制作出来之后才被发现有故障，那么前面的努力就全部木大了。

    因此为何良品率这个东西那么难提高，一方面当然需要考虑制作工艺的问题，而另一方面，生产的苛刻性也限定了产品的良品率。当然这个前提是这个厂商的晶圆筛选做到位，如果是没有良知的晶圆提供商，在不清楚晶圆的状况下让晶圆全部做成了颗粒并提供给用户，那么损坏率高也就不奇怪了。

晶圆到颗粒第四步——引线焊接

    在第三步筛选出来合格的晶圆之后，这些晶圆就会被放进引线框架中（也就是我们颗粒的底座），然后就可以把合格的晶圆进行引线焊接。颗粒和引线框架（底座）之间其实并不是接触之后就连接上的，颗粒还需要与底座之间进行线路连接。而线路理解的材料就是金线（没错，就是金做的线）。原理其实和家里的缝衣机缝线差不多，只不过过去妈妈缝的是衣服，这里“缝”的是颗粒。从这里缝完的颗粒会被进行一次抽检，确保晶圆都正确的“缝”在底座上。至此，晶圆已经有了颗粒的一半摸样了。

晶圆到颗粒第五步——注塑与植球

    晶圆在完成引线焊接后，就会进入另一个新的车间，并进行颗粒的注塑和植球，完成注塑的颗粒仅仅是把晶圆封装了起来，这样晶圆就不会暴露在外面。但实际上在外面看来，依旧是一团黑呼呼的块状物。这些颗粒会被送往机器中进行植球。当植球完成后，我们熟悉的颗粒的模样就逐渐显现出来了。

晶圆到颗粒第六步——打标与切割分类

    其实的晶圆已经可以叫做颗粒了。这里有一个很有趣的地方，颗粒是先打标再切割的。打标完成的颗粒会再次使用水刀进行切割。切割完成的颗粒就会对他们进行分类整理，准备放入下一个测试车间。

    这里有一个非常有趣的现象。颗粒在注塑和植球之前都没有进行过测试，而打标也先完成于测试。这与我们想象中的颗粒测试并不相符。大部分人都觉得颗粒难道不是应该先测试之后再打标嘛？而事实证明，颗粒是先打标后测试的。这也就是意味着会出现打标后但是测试不通过的颗粒（符合我们盖标颗粒的现象但那些没打标的颗粒又是哪里来的？）。其实在水刀切割的过程或者植球的过程中，都有一定的概率会有部分颗粒因为植球失败或者别的原因被判断为坏的颗粒（如下图3）。那么这个点就很有趣了，相信对于固态稍有研究的人，多多少少会有一点新的理解了吧？

晶圆到颗粒第七步——测试

    颗粒经过千辛万苦来到最后的测试环节，只要这个测试环节通过了，那么颗粒就已经准备出厂了。在这里，颗粒会被注入一段程序，这段程序会帮助测试机完成颗粒的测试。其中还会对颗粒的品质进行挑选，最终颗粒也会被分成三六九等。完成测试的颗粒只要就会做最后的检查，包装，就可以送到组装厂进行SSD的安装了。

    在这里有两个非常有趣的点，一个是注入程序，一个是分类。这似乎又和我们对颗粒的认知有所差别？其实对于企业来说，颗粒的分类是很重要的，多次分类的目的也是为了保证颗粒的质量可靠。至于程序注入，也许就是我们开卡工具所能触及的那仅仅是表面的“底层”。不过这些我们就留着下一次视频来说吧。

    至此，一块晶圆到颗粒的历险记就到此结束了。其实看起来很无聊，实际也非常无聊。半导体的发展早已进化到了全自动的状态。对于我们这些非专业玩家来说，了解晶圆到颗粒的生产其实并没有什么意义，但是对于喜欢深究固态颗粒来源来说，我相信你会对固态颗粒的来源做出一个重新的思考，至于我的思考会是如何呢？那么就留着下一期的视频吧！本次科普就此结束了。最后再一次感谢海康威视对本次活动提供的赞助。