晶片裡面的電路很細小,電流流過不會短路和斷路嗎?

Djianren


網上主流觀點,芯片技術越來越先進,電壓越來越低,做工越來越精細,所以一般不會出現短路和斷路的情況。當然在特殊環境下(比如南北極和火山山口)或者CPU質量不行,應該不算在內。

而一般認為,蘋果手機的芯片應該更好。下面我們可以以蘋果公司的芯片為例,仔細分析一下,究竟是什麼原因,讓芯片能如此高質量運轉而沒有故障。

一、芯片背後下的笨功夫

其實芯片的耗電量至少在間接程度上與所用的電器有關,如果把最優質的芯片用在一個耗電量很大的手機上面,其效果也會大打折扣。

就算最高端的蘋果手機,其自行研發的芯片也未必有多高明。但很多人打開蘋果手機都會發現,他們打開的是一個高級的工藝品,甚至是藝術品。內部電路分佈之精細,舉世無雙。

無論是芯片也好,還是被打開的蘋果手機,芯片屬於內功,是被精心打造的重中之重。

這在側面進一步回答了,為什麼芯片裡那些密密麻麻,如頭髮絲一般的電路,出現短路和斷路的情況概率極低。

以上,可以說是芯片電路問題就事論事最表面的答案。但,當我們仔細探究過芯片電路,及其背後的生產、發展和所需要的工體體系後,卻有了不一樣的新看法。

二、配合芯片的整個系統

芯片又叫微電路,一般都是內含集成電路的硅片。它可以說是電腦和手機的“靈魂”。

表面上,芯片的發明人有兩個,一個是美國德州的儀器工程師傑克·基爾比,另一位是美國物理學博士羅伯特·諾伊斯。但他們發明的芯片,僅僅是將電路中的元件都組合到半導體硅片裡,其工藝水平還很粗糙。

而如果要大規模使用研發芯片,需要的一整套工業體系的支持。其實,僅僅是一個製造芯片的光刻機,就在很長時間內,難倒了GDP已經世界第二的中國。光刻機,在宏觀上來講,是世界工業體系百年積累的結晶。據說,光刻機整個機器需要三萬餘個零件。其中,每一個零件的位置和大小等,都不能有絲毫的偏差。否則,那麼多細微的電路,就不可能一絲不亂地分佈在小小的硅片上,以致最終被做成合格的芯片。

而在早期只有發達如美國,才有如此的科研力量和工業生產體系。如果不是這樣的背景,即使蘋果和喬布斯,也不能有後來強大而優秀的芯片。所謂“巧婦難為無米之炊”。

三、互聯網時代下的“魅力思維”

沒有強大的工業科研生產體系,沒有喬布斯和蘋果早期下的笨功夫,都不可能有蘋果手機中那種高質量芯片。

這就像女人喜歡打扮自己,但是如果沒有化妝品等輔助支持系統, 美女再沒也不可能是“女神”。那如果有了條件,如何讓自己“魅力”,像女神那樣吸引人?

這其實是一種互聯網時代下的魅力思維,是“酒香不怕巷子深”的現代化版本:通過下苦功夫獲得魅力,通過魅力來吸引用戶主動前來。

很多早期的公眾號大V ,都是在相關行業做寫手或者編輯多年。只不過,通過偶然的機會,註冊了公眾號,並且在上面發表文章,才有了今天的成就。其實就算沒有公眾號,也會有後來的今日頭條等媒體,可以發揮他們的才華。

這些幸運兒,不過是本著“但行好事,勿問前程”的心態,默默下苦功罷了。

老話說,“機會都是留給有準備的人”。關鍵在於,之前是否有長期下苦功的積累?

所謂“功不唐捐”,這應該才是芯片電路質量問題背後那一整套運行裡,留給我們普通人關於個人發展最重要的啟示。


鎂客網


芯片在正常的條件下工作,雖然芯片內的電路十分微細,但電流流過一般不會發生短路或短路。但是如果電壓或電流超過芯片的負荷就會導致芯片電路的短路或內部晶體管的損壞,從而造成芯片的損壞,一般芯片損壞是無法維修的,一般只能報廢。

芯片電路設計充分考慮電流的影響

芯片雖然十分複雜,但主要還是有超大規模的晶體管和電路組成。芯片的電路在設計時已經充分考慮到電流對於電路的影響,在現在的先進芯片工藝條件下,一般高品質的芯片一般在電壓和電流的額定範圍內一般不會出現短路、斷路等故障。而像電腦的超頻,提高芯片的電壓,當電壓或電流高過一個閥值,很容易造成芯片電路的短路或晶體管的損壞,直接導致芯片的報廢。

先進的芯片工藝,保證芯片良好的電氣性能

應該說現在的芯片工藝已經十分成熟,越是先進的芯片工藝,內部電路越細小,但是芯片的電氣性能相對更好,在正常的電壓和電流條件下,效率和穩定性更優秀。另外通常會有一些體質較好的芯片,專門用來打造高端芯片產品,而這些芯片的電氣性能要優於普通芯片,所以很多體質較好的cpu或內存,在加大電壓和電流的超頻情況下依然可以穩定運行。

正是因為芯片的電路十分細小,所以對於芯片的設計和製造工藝要求較高。雖然現在中國已經可以自己設計和製造芯片,但因為工藝較為落後,整體的性能和穩定性和國際先進的芯片產品還是有很大差距的。所以發展國產芯片,要更加重視芯片的設計,以及芯片的製造工藝的提升。


智慧新視界


因為起步早和投入大,目前,美日基本壟斷了超級芯片的技術前沿和應用市場,美國不是萬能的,一部分高端芯片也要求購於日本。生產芯片的難度在工藝水平上,設計其次。我國在理論設計層面一點都不差,差在製造工藝上,世界上最高端生產設備是買不來的。此次中興危機說明了對一個想要復興的大國而言,造不如買有很大的侷限性和危險性。相信我們中國人能在這一教訓後加大芯片科研力度,用最短的時間迎頭趕上。

對超級芯片(CPU集成電路)而言,國產中小規模的集成電路已相當成熟,可是,隨著電子技術每秒的進步,手機的強大功能幾乎取代了家用電腦,且容量越來越大。把電腦壓縮到手機大小的基板上,就必須用到超級芯片,試想,把上億個半導體元件做在指甲蓋大小晶片上,連元件都要做到小於微米級(幾百納米左右),不是精湛的手工能夠做到的,去年早些時候,世界上元件之間鏈接導線最窄能做到14納米,據說今年最先進的光刻技術已經達到7納米,這是為什麼我們使用的手機容量越來越大、反應速度越來越快的所在,好了,如果這應用於戰爭,差異立顯,現代戰爭打的是看誰更快、更準,零點幾秒鐘可以決定戰爭勝負;我們厭惡戰爭,可戰爭是推動人類進步的唯一動力,我們今天享受著的現代生活,都來自於為打贏下一場戰爭的衍生物。

回到主題,題目中擔心芯片工作電流會否熔斷7納米的導線、或電壓差形成線間短路,放心,這在設計和工藝生產中都是小兒科。CPU所有輸入和輸出的指令信號都屬於高阻抗指令信號(驅動大載荷必須經過外圍的射隨器),芯片中上億顆元件的總電流才幾十個毫安,分擔到各個單元的分電流屬薇安級,7納米導線完全可以勝任,還綽綽有餘,隨著半導體技術的進一步成熟,高級芯片供電由原來的正5V(標準)降為正3.3V,超淨廠房和全封閉恆溫恆溼度條件下生產的芯片,在額定3.3V工作條件下是不會線間短路的,以手機為例,手機的供電電池充滿電能的最高路端電壓為4.2V,工作電壓不低於3.7V,曾幾何時,我們的手提電腦外接電源二次輸出電壓是正20V。指令中樞消耗的能量是很小的,這就如同戰爭,最大的消耗在你死我活的廝殺中,反應在手機上,能量大都消耗在終端顯示屏上和撥打的通話中。


夏雪175032998


不管芯片是中央處理器CPU、存儲器DRAM、SRAM;模數轉換器ADC;數模轉器DAC;數據寄存器D等等都是很多(少的幾幹個,多則萬個、幾十萬個)電子元器件:電阻、電容、二極管、三極管、場效應管等經過處理集成在一起的。









如常見英特爾中央處理器CPU大小也只有3cm×3cm之內。厚度在2mm之內,集成了幾十萬個電子元器件,製作工藝相當複雜;製作環境要求持別高(無灰塵、無靜電等場所。)



這些芯片工作電壓一般在DC5V以內(個別芯片正負DC15V),工作電流最大mA級,一般是uA級、最小的是n級。雖然工作電壓、電流紙,但集成的元器太多,工作時易發熱,常用軸流風扇冷卻。是它們能夠正常工作。所以,不易發生短路和斷路。



回答完畢

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樹林與竹林


中興的遭遇讓我們認識到我們必須要有自己CPU才能更加的強大,如果外國對我們進行技術上的封鎖我們幾乎一切手機電腦都無法使用,而且不僅在硬件核心的CPU上,就連手機電腦的系統我們也沒有自己比較好的。我們都是在依賴於別人的技術,我們必須要自己開發自己的CPU,就目前來看我們的華為在自己做手機CPU,叫做麒麟還是海思的CPU,在系統方面華為以前傳說在做自己的系統,都過了一兩年了還是沒有一點消息。不過華為還是挺努力的,希望早一點開發出來。我們還是有其他的部門在研究電腦的CPU只不過和Intel還有AMD有一些差距。

(龍芯CPU)


(海思CPU)

那麼下面來解答問題其實CPU中是存在“短路”的,叫漏電比較準確一點,我們知道自然界中有放電的現象,不管是天上的閃電還是生活中的靜電。閃電是天空中的雲層摩擦之後對大地進行的放電現象,其根本原因是電壓。當一邊的電子積累的越多之後電壓越高,就有可能對另一邊需要電子的地方進行放電擊穿,放電的效果與電壓絕緣係數(忘記名詞了反正是這個意思),距離有關 。CPU中也是存在電子的流動,CPU每個“線路”之間的距離非常的近只有幾納米。那麼在製作CPU時就要增大絕緣係數減小電壓來防止漏電的發生。所以我們的CPU中的電壓一般很小,我記得好像只有幾伏,但是要想CPU的主頻高又要加大電壓,所以這有一些矛盾。(下面的內容參考了百科CPU製造工藝)

首先是門洩漏,這是電子的一種自發運動,由負極的硅底板通過管道流向正極的門;其次是通過晶體管通道的硅底板進行的電子自發從負極流向正極的運動。這個被稱作亞閾洩漏或是關狀態洩漏(也就是說當晶體管處於“關”的狀態下,也會進行一些工作)。這兩者都需要提高門電壓以及驅動電流來進行補償。這種情況自然的能量消耗以及發熱量都有負面的影響。

現在讓我們回顧一下場效應晶體管中的一個部分——在門和通道之間的絕緣二氧化硅(silicon dioxide)薄層。這個薄層的作用就相當於一個電子屏障,用途也就是防止門洩漏。很顯然,這個層越是厚,其阻止洩漏的效果就越好。不過還要考慮它在通道中的影響,如果我們想要縮短通道(也就是減小晶體管體積),就必須減少這個層。在過去的10年中,這個薄層的厚度已經逐漸達到整個通道長度的1/45。目前,處理器廠商們正在做的是使這個層越來越薄,而不顧隨之增加的門洩漏。不過這個方式也有它的限度,Intel的技術員說這個薄層的最小厚度是2.3納米,如果低於這個厚度,門洩漏將急劇增大。這也是摩爾本人提到的“漏電率快速上升”而制約摩爾定律繼續前進。
到目前為止,處理器廠商還沒有對亞閾洩漏做什麼工作,不過這一情況很快就要改變了。操作電流和門操作時間是標誌晶體管性能的兩個主要參數,而亞閾洩漏對兩者有不小的影響。為了保證晶體管的性能,廠商們不得不提高驅動電流來得到想要的結果。這點在主板的供電系統和電源規範中有明顯體現,我們也可以理解為什麼越來越多的供電和散熱規範是Intel等CPU廠商提出的。

(上圖均來自網絡)


Origin出品


芯片生產工藝的發展與進步主要靠工藝技術的改進,集成密集度越高,意味著同樣體積的IC中容有密度越高,功能更復雜的電路。並且能耗更小更穩定,目前的Cpu工藝己達十納米己下。


以前的芯片封裝工藝也是比較落後的,晶圓與引腳的連接是靠金線或銀線焊接,當然也有用合金絲的,再浸入硅膠固定再封裝,早期的金屬管帽封斷己少見了,然後的單芯單列,雙列,四列,厚膜塑料封裝及後來的貼片BGA。

言而總之目前國內外芯片技術集成度越高越穩定,不會出現閣下所說的現象,山寨除外。


日新新能源


芯片,學名叫做大規模集成電路,就是把由三極管、二極管、電阻、電容、電感等元件組成的電子線路集成到一塊麵積很小的硅晶板上,再做出引腳,封裝,測試通過後,就是一塊合格的芯片。

隨著的光刻技術的進步,已經讓芯片進入7nM時代,正向著3nM時代前進。線路越小,就代表在一定面積的硅晶板上集成的電子元件越多,芯片功能也越多;同時元件之間的距離則越來越短,電路的電阻就越小,發熱量也就可以減小。

芯片裡面的線路確實很細,通流能力只能是mA級,甚至是μA級,控制芯片的外部電壓,就能控制芯片內部的電流。如果芯片的外部電壓太大,芯片內部的電流也會增大,發熱量也會增大。芯片溫度上升到極限時,線路會被燒斷,形成開路;燒斷處,線路會變形,有可能搭接到周邊線路,形成短路。此時,芯片就報廢了!


張賢輝東莞


可以肯定的告訴你,在正常工作情況下,短路和斷路的幾率是特別低的,但也確實有這種可能,這種可能發生時就是芯片壞了,也無法修復,只能更換新的芯片了。

通常同樣功能的芯片,集成程度越高,納米工藝尺寸越小,工作電壓越低。其主要原因一是元件本身個體體積減小,節電壓減小,二是元件間個體距離減小,整個芯片電路路徑變短,相對內阻減小,消耗在元件間分得的電壓減少,兩者直接的結果使得加在芯片的電壓進一步降低成為可能,元件和元件路徑發熱量也進一步降低,讓整塊芯片溫度不至於過高而減少芯片的性能…

大電壓,大電流,發熱大,不僅影響電器性能降低,而且芯片溫度過高時,芯片耐壓耐電流迅速下降,會引起芯片內元件擊穿短路,或者斷路,整個芯片報廢…所以相同功能的同一芯片,一定是工藝越先進,適應更低電壓的芯片,比老式工藝,大電壓的芯片,更省電,也更不容易壞…

工藝更先進的芯片,一定線路更精細,功耗相對也更低,不但節能降溫提高了性能,也節省了材料,還更不容易損壞!所以封裝工藝也是兵家必爭之地!但要注意的是,集成程度越高時,也減小了芯片的體積,有的集成芯片要合理增加散熱器…


力通科技論壇


答案是肯定的,當然會出現短路或斷路。

要想看到芯片內部的結構是什麼樣,得藉助高倍顯微鏡才行。下面是英特爾的第一款CPU,發佈與1971年。四周像毛髮一樣的東西是將硅片上的電路連接到芯片外部引腳的金屬線,與中間硅片上的電路相比,這已經是非常非常粗的線了。現在這個地方都是用金線,真的是黃金。



硅片上的電路經過處理,局部放大後是下面這樣:



題主擔心得沒錯,這些所有這些涉及到的線路它是有可能出現問題的。要說原因的話這是一個非常專業的領域,這就是半導體芯片失效分析了。當然,用我們外行的眼光來看,我們可以把芯片內部的電流通路想象成河流,流動的電子想象成河水。河水可以沖刷河床,有些地方被沖掉出現河床坍塌有的地方出現河沙堆積。芯片有一種失效模式與此類似,就是電遷移現象。高密度的運動電子造成導體材質原子偏移原來的位置,就像河床沙石被水流沖走一樣,造成導線斷裂,或者短路到相鄰的線路上。在高倍顯微鏡下看起來就像下面這樣。

除了以上,當然還有其他很多原因會導致芯片失效。分析原因可以指導改進設計和製造工藝,提高芯片的可靠性。在顯微鏡下面才能看到的這些問題,是沒有辦法直接修理的。

最近中興被封鎖的事件讓大家都知道了芯片是怎麼回事。這樣高精度的設計和製造當然不簡單了,而且製造出來是一回事,可靠性又是另一回事了。

雖然我們修道路、造橋樑、造高樓、新四大發明,牛叉得不要不要的。可是在半導體芯片這個基礎又核心的領域我們還有很長的路要走。

革命尚未成功,同志仍需努力!


羅引之


芯片的概念:芯片是計算機基本的電路元件的載體。計算機中的許許多多的半導體、晶體管、電阻、電容等元件都得裝在芯片上面,形成集成電路。

芯片功能:對輸入的信息進行加工。

隨著製作技術的發展,芯片的體積越來越小,但是裝置的晶體管等元件越來越多,計算也越來越快。晶體管的數量是符合摩爾定律的。

摩爾定律是Inter公司主席戈登·摩爾在1965年提出的。主要說:芯片中的晶體管和電阻器的數量每年可以翻一番。不過在1975,摩爾再次修正了此定律,認為:每隔18個月,芯片中的晶體管數量可以翻一番。(真的很厲害)

於是,隨著晶體管越來越小,數量越來越多,加上設備的限制,就會產生漏電現象,接著就是短路,斷路!這是一定的。於是intel推出了3D晶體管技術,比較好的解決了這個問題。

所以,我們要努力發展芯片技術,不能再受制於人了,新的風暴已經出現,我們不能再停止不前。

最後預祝龍芯早日取得大的進步。

大家也來說一說中國芯片是什麼樣的現狀?


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