爲什麼說造芯片比造原子彈難多了 芯片生產過程是怎樣的
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說造芯片比原子彈其實更多的是說客觀性的,芯片是一個完整的產業鏈,需要多方面合作,那麼,芯片生產過程是怎樣的?下面本站小編就帶來介紹。
雖然都是高科技下的產物,但芯片相對於原子彈來說,還需要國際合作及產業鏈,並不是獨立工程。
造一顆普通原子彈大概需要15公斤的濃縮鈾,提取一公斤的武器級的濃縮鈾大概需要200噸的油礦,也就是需要三千噸的油礦;
芯片完全不一樣,它是一個產業鏈,涉及到很多行業,比如機械、電子、冶金、化工、材料等等;半導體芯片製造環節用到的一臺設備光刻機,全球目前只有荷蘭一家公司能做,但是需要兩千多家廠商給它提供零部件;
芯片沒有辦法建立完全本地化的產業鏈,它是一個國際合作的產物。
將單晶硅切片打磨形成晶圓,在晶圓上,採用一定的工藝將電路中所需要的晶體管、電阻、電容和電感等元件及佈線刻畫在晶圓上,就形成了集成電路(integrated circuit,IC),通過對集成電路封裝測試便形成了芯片。
一、IC設計
半導體行業發展到現階段,已經形成了IC設計和IC製造分離的模式,主要原因是建設IC製造廠需要花費高達數億甚至數十億美元的鉅額投資,並且生產工藝日趨複雜,所以當前半導體行業便形成了IC設計和IC製造的專業化分工模式。
從事IC設計的公司一般被稱爲“Fabless”(Fabrication(製造)和less(無、沒有)的組合),其只負責設計與銷售,不負責製造,手機廠商中的華爲、蘋果、小米以及高通和聯發科,都屬於Fabless。
IC製造的過程就如同蓋房子一樣,Fabless負責房子的設計部分。
IC設計可分成幾個步驟,依序爲:規格制定→邏輯設計→電路佈局→佈局後模擬→光罩製作。
規格制定
需求端與IC設計工程師對接,並開出需要的IC的規格,以確定IC的功能、IC封裝及管腳定義等,而後IC設計工程師開始設計。
邏輯設計
通過EDA軟件的幫助,工程師完成邏輯設計圖。
電路佈局
將邏輯設計圖轉化爲電路圖。
佈局後模擬
經由軟件測試,試驗電路是否符合要求。
光罩製作
電路圖完成測試後,將電路製作成一片片光罩,完成後的光罩送往IC製造公司。
二、IC製造
IC的線路佈局由Fabless設計好之後,就交由Foundry來對晶圓進行加工,將光罩上的電路加工到晶圓上。
我們常說的臺積電就是最爲典型的Foundry,他們專注芯片製造,發展相關的工藝和製程,Foundry廠商其實就是Fabless廠商的代工方,俗稱“代工廠”。
加工晶圓時,可以簡單分成幾個步驟,依序爲:金屬濺鍍→塗布光阻→蝕刻技術→光阻去除。雖然在實際製造時,製造步驟會複雜的多,使用的材料也有所不同,但是大體上皆採用類似的原理。
金屬濺鍍
將金屬材料均勻灑在晶圓片上,形成薄膜。
塗布光阻
先將光阻材料放在晶圓片上,透過光罩將光束打在不要的部分上,破壞光阻材料結構,再以化學藥劑將被破壞的材料洗去。
蝕刻技術
將沒有受光阻保護的硅晶圓,以離子束蝕刻。
光阻去除
使用去光阻液將剩下的光阻溶解掉,如此便完成一次流程。
最後便會在一整片晶圓上完成很多IC,接下來只要將完成的方形IC剪下,便可送到封裝廠做封裝測試。
三、封裝測試
經過漫長的流程,從設計到製造,終於獲得一顆IC。然而現在的IC相當小且薄,如果不施加保護,會被輕易的刮傷損壞。此外,因爲芯片的尺寸微小,如果不用一個較大尺寸的外殼,將不易於安置在電路板上。因此需要對IC進行封裝。
目前常見的封裝方式有兩種,一種是電動玩具內常見的,黑色長得像蜈蚣的DIP封裝,另一種爲購買盒裝CPU時常見的BGA封裝。
完成封裝後,便要進入測試的階段,在這個階段便要確認封裝完成的芯片是否能正常的工作,正確無誤之後便可出貨給組裝廠,做成電子產品。至此,芯片便完成了整個生產的任務。
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