为啥芯片不做成圆形而是方形?

为啥芯片不做成圆形而是方形?
2025年07月16日 23:01 创业者李孟

为什么芯片不做成圆形而是方形?

我觉得无论芯片在牛,也需要在PCB电路板上承载,按照电路元件设计的角度来说,圆形的元器件可不利于焊接,也不利于触角和电路板切合好!所以芯片设计也需要遵循电路板的特性,焊接的特性来决定!当然不仅仅是PCB电路板,还有于制造效率、封装工艺!因为圆形芯片在理论上看似节省空间,但在实际工程实现中会产生系统性矛盾。

首先从物理的角度来说,方形比圆形更费材料!

半导体晶圆为圆形(直径通常为300mm),但芯片电路需在硅片上以矩形阵列排布。若芯片设计为圆形,相邻单元间必然存在无法利用的弧形间隙,导致硅材料浪费率高达20%以上。方形设计则可通过紧密排列将浪费率降至约2%。举一个现实的例子,圆形饼干模具在方形面团上切割,必然产生边角料。但饼干的面料边角料可以再加工,但是硅晶圆可不到!

从品质质量上来说,曲线切割比直线切割更容易造成报废!

因为在激光或金刚石刀切割晶圆时,直线切割路径精度更高、崩边风险低。圆形切割需复杂曲线控制,易导致芯片边缘微裂纹,降低良品率。

在芯片封装工艺与焊接上

芯片需通过引脚(或焊球)与PCB连接。方形封装可沿四边均匀排布引脚,因为四边布局比单圈环形多30%-50%引脚空间,支持更复杂功能。而且方形引脚阵列使焊盘受力均匀,避免圆形芯片因热膨胀系数差异导致的焊点应力集中(尤其在四角缺失区域)。

在自动生产过程中,方形可以有更高的效率

方形芯片可通过直角边与机器视觉系统快速对齐,定位误差

在PCB电路板上容易产生几何矛盾和空间利用率矛盾

PCB走线需从芯片引脚向外辐射:方形芯片四边出线形成正交网格,布线层数可减少2-3层;圆形芯片的弧形边缘迫使走线弯曲,占用更多空间且易产生信号串扰。电子设备内部多为矩形空间(如手机主板)。圆形芯片外接矩形时,周围无效区域可达圆形面积的27%(按最小外接矩形计算),而方形芯片可紧密贴合。

产业标准化与历史路径依赖

按照电路板的历史发展和芯片的历史发展,封装规格的全球统一,JEDEC(固态技术协会)标准中,98%的封装尺寸为矩形(如QFN、BGA)。设备厂商的测试夹具、运输托盘均按方形设计,改用圆形将重构产业链。而且方形芯片可直触矩形散热器,热传导路径更短。圆形芯片需定制环形导热界面,热阻增加15%以上,对高性能处理器是致命缺陷。

尽管主流芯片仍为方形,但由于一些设备和终端产品的外形因素,新技术正推动形态革新:

例如:扇出型封装(Fan-out),在方形基板上集成多颗裸片,整体保持矩形但内部可实现异形排布。

例如:柔性电子,可穿戴设备中出现的弧形芯片,通过转接板与矩形PCB互联,属于定制化解决方案。

最后来说一句,芯片的方形本质是制造经济性、工程可靠性、系统兼容性的帕累托最优解。圆形设计在物理层面即与半导体产业的底层逻辑相悖,除非颠覆现有晶圆制造范式,否则方形仍将长期主导。对此大家是怎么看的,欢迎关注我“创业者李孟”和我一起交流!

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