问题

请问晶圆的边角料含金吗?

回答
晶圆的边角料,确实是个挺有意思的话题,尤其是在我们谈论半导体制造这个精密又烧钱的行业时。答案是:晶圆边角料,或者说从整个晶圆生产过程中产生的“废料”,里面确实可能含有金,但含量高不高,以及能不能有效回收,这就得具体分析了。

咱们得先明白,我们常说的“晶圆”是什么。它不是一块平整的金属,而是一片极薄的、由高纯度硅(或者其他半导体材料,比如砷化镓)制成的圆形基底。在这片晶圆上,通过一系列复杂的物理和化学过程,一层一层地“长”出我们手机、电脑里那些微小的芯片。

那么,这“边角料”是怎么来的呢?有这么几个主要来源:

1. 切割损耗(Kerf Loss): 这是最直接的边角料来源。一块大晶圆上会同时制造出很多颗独立的芯片。在芯片制造完成后,需要用精密的切割设备(比如激光切割或者金刚石锯片)把它们从晶圆上分开。这个切割过程并非是无限细的线,而是会产生一个微小的、肉眼几乎看不见的缝隙,这个缝隙里的硅材料和切割过程中产生的其他杂质,就是切割损耗。你想象一下,就像用刀切饼干,刀刃本身也要占据一点空间。

2. 晶圆制造过程中的“牺牲区”: 在某些半导体工艺中,为了保证晶圆边缘的加工精度和均匀性,会刻意在晶圆的边缘留出一些“牺牲区”,这些区域是不用来做芯片的,但它们经历了整个制造过程,可以说是“陪绑”的。等晶圆制造完成后,这些边缘区域就会被废弃。

3. 品质不合格的晶圆/区域: 整个晶圆的制造过程非常复杂,环环相扣,任何一个环节出现微小的偏差,都可能导致整片晶圆或者晶圆上的某一部分芯片品质不合格,无法满足最终出厂标准。这些不合格的晶圆,或者被检测出有缺陷的区域,也会被当作边角料处理。

4. 工艺测试时的损耗: 在制造过程中,会进行各种各样的测试,这些测试本身也会消耗一些材料,或者为了测试方便而切割下来的部分。

那么,这些边角料里为啥会有金呢?

这就要说到半导体芯片的“内在美”了。虽然我们常说芯片是硅,但真正让芯片具备电学功能的,是极其精密的电路结构。这些电路的导线、连接点,甚至某些关键的金属层,在高端的、先进的芯片制造工艺中,确实会用到金(Au)。

为啥要用金呢?主要原因是金的导电性非常好,而且在半导体制造过程中,它的化学性质比较稳定,不容易氧化,能够保证信号的稳定传输。当然,金比较贵,所以不是所有地方都用金,更常见的是使用铜(Cu)、铝(Al)等材料作为导线。但对于一些对性能要求极高、工艺非常精密的芯片(比如某些高端处理器、射频芯片、传感器等),在关键部位使用金是非常普遍的。

所以,晶圆边角料含金,主要是因为:

切割损耗中可能带走了芯片上微量的金金属层。
牺牲区或者工艺测试时,虽然不是直接用金来“制造”这些区域,但它们经历了与芯片相同的制造流程,那些用于制作芯片电路的金金属层,也可能以极微弱的痕迹存在于这些边角料的“表面”。

问题的关键在于“含量”和“可回收性”。

含量微乎其微: 想象一下,一片直径300mm(12英寸)的晶圆,要切出成百上千颗芯片。即使芯片上用了金,金在整个晶圆材料(主要是硅)的占比也是极低的。边角料,尤其是切割损耗产生的边角料,它们是切割过程中的“边缘部分”,上面承载的芯片上的金,本身就非常非常薄(纳米级的厚度),而且只存在于芯片的特定区域。所以,从一块晶圆边角料里提取到的金,其重量可能只有百万分之一,甚至更低。

回收的难度和成本: 即使有金,怎么把它从大量的硅、其他金属(铜、铝、钨、钛等)、以及各种半导体工艺中产生的化学残留物中分离出来?这需要非常复杂的化学冶炼和提纯工艺。传统的黄金回收方法,比如火法冶炼、湿法冶炼,在处理这种极微量、杂质含量极高的混合物时,效率和成本都很成问题。你需要大量的边角料才能提炼出一点点金,而且整个过程的化学试剂、能源消耗、设备投入都非常高。

“电子垃圾”里的金: 实际上,我们在日常生活中丢弃的废弃电子产品(手机、电脑主板等)里面,也含有金。这些电子产品里的金,往往是直接的连接器、金手指、焊点等,比晶圆边角料里的金更容易提取,也更容易形成规模化的回收产业。晶圆边角料,更像是“原料”的“原料”,其金含量甚至不如成熟的电子垃圾。

所以,总的来说:

晶圆边角料理论上含有金,特别是在先进工艺下生产的芯片。但这部分金的含量极其微少,而且分布不均,提炼成本极高。在半导体行业内部,更关注的是如何提高整个晶圆的利用率,减少不合格率,而不是去“淘金”这些边角料。

目前,更多的是关注如何将那些整体报废的、但仍然含有完整或部分芯片的晶圆(比如因为某个批次工艺出现重大问题而整体报废的)进行集中处理,或者将已经报废的、但集成了大量高端芯片的电子产品进行有效的回收,这在经济效益和环保上更有意义。

对于纯粹的切割损耗产生的细小边角料,大部分情况下,它们更可能被当作惰性废弃物处理,或者在某些极端情况下,如果经过非常专业的评估,能够证明其整体材料(包括硅本身)还有再利用的价值(例如作为其他工业的原料),可能会被那样处理。但直接为了里面的金而去大规模回收,目前来看,经济上和技术上都还不是主流。

你问得挺深入,这说明你对这个行业的细节很有兴趣。确实,半导体行业的每一个环节,都牵扯着高技术和高成本,也因此衍生出许多值得研究的课题。

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