時間:2023-03-24 11:47:40來源:21ic電子網
電路制造在半導體芯片表面上的集成電路又稱薄膜(thin-film)集成電路。另有一種厚膜(thick-film)集成電路(hybrid integrated circuit)是由獨立半導體設備和被動組件,集成到襯底或線路板所構成的小型化電路。
從1949年到1957年,維爾納·雅各比(Werner Jacobi)、杰弗里·杜默(Jeffrey Dummer)、西德尼·達林頓(Sidney Darlington)、樽井康夫(Yasuo Tarui)都開發了原型,但現代集成電路是由杰克·基爾比在1958年發明的。其因此榮獲2000年諾貝爾物理獎,但同時間也發展出近代實用的集成電路的羅伯特·諾伊斯,卻早于1990年就過世。
芯片制作完整過程包括:芯片設計、晶片制作、封裝制作、成本測試等幾個環節,其中晶片片制作過程尤為的復雜。下面圖示讓我們共同來了解一下芯片制作的過程,尤其是晶片制作部分。
芯片,是所有現在科技應用到現實中的基礎,作為一個崛起的大國,掌握芯片技術,是一種必需。
不過國際社會,也是“一山不容二虎”,另一個大國,是不會眼睜睜看著另外一大國的崛起的,所以,通過各種手段,限制另一個大國芯片產業的發展,也成了一種必然。
芯片,看起來很小,就一個指甲蓋大小,但是里面所涉及的技術卻相當復雜,絲毫不亞于建造飛及和航母。方寸之間,把包含了數十億個晶體管,有人說,用高倍顯微鏡來觀察芯片的內部結構,比世界上任何一座都要復雜和龐大。如果說,這個世界上哪一種東西把“納須彌入芥子”這句佛法成為了真實,我想,一定是芯片。
有人說,舉全國之力來做一顆芯片,還做不出來嗎?是的,還真做不出來,因為,芯片這東西,不是說有錢有人就能夠快速從無到有的,還需一個重要的因素:時間。所有的高端技術是通過時間的積累,才達到今天的高度。
看了西瓜視頻創作人抖抖代碼的視頻,本人想在他的基礎再展開一下,讓大家了解更多有關芯片產業鏈接知識。
那制造芯片到底有多難呢?我們得說起,首先看看芯片是怎么做出來的。
一、芯片架構
制造芯片之前,需要設計芯片。芯片設計需要有相應的芯片架構,芯片架構就好像房子的結構框架,比如木結構,土木結構,混凝土結構,鋼結構等等。現在全球主的要芯片架構主要有四種,分別為:X86、ARM、RiSC-V和MIPS四種。
1、X86架構由美國INTEL公司在1978年發明,中架后面的AMD,IBM也沿用這種架構分別研發了自己芯片,現在PC機上面運行的CPU基本都是X86架構,X86架構的特點是性能高,速度快,兼容性好。
2、ARM是1983年由英國ARM公司發明的,是一個32位精簡指令集處理器架構,其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由于能耗低,成本低的特點,ARM處理器非常適用于移動通訊領域,符合其主要設計目標為低耗電的特性。現在使用ARM的芯片公司主要有蘋果,谷歌,IBM和華為。因為是ARM發明的,這個芯片公司要研發ARM架構的芯片,首先必須取得ARM的授權,否則就不能進行更新迭代。
3、RiSC-V架構是基于精簡指令集計算(RISC)原理建立的開放指令集架構(ISA),RISC-V是在指令集不斷發展和成熟的基礎上建立的全新指令。RISC-V指令集完全開源,設計簡單,易于移植Unix系統,模塊化設計,完整工具鏈,同時有大量的開源實現和流片案例,得到很多芯片公司的認可。RiSC-V架構由RiSC-V架構基金會運營,目前擁有成員超275名,其中軟、硬件公司和機構會員達169家,阿里,谷歌,華為科技,紫光科技都是它的成員。阿里旗下的玄鐵系列就是使用RiSC-V架構。
4、MIPS架構是美國MIPS科技公司在1981年發明的,是一種采取精簡指令集(RISC)的處理器架構,它是基于一種固定長度的定期編碼指令集,并采用導入/存儲數據模型。經改進,這種架構可支持高級語言的優化執行。其算術和邏輯運算采用三個操作數的形式,允許編譯器優化復雜的表達式。
小編將為大家介紹一下芯片制造流程:
首先是芯片設計,根據設計的需求,生成的“圖樣”。
制作晶圓。使用晶圓切片機將硅晶棒切割出所需厚度的晶圓。
晶圓涂膜。在晶圓表面涂上光阻薄膜,該薄膜能提升晶圓的抗氧化以及耐溫能力。
晶圓光刻顯影、蝕刻。使用紫外光通過光罩和凸透鏡后照射到晶圓涂膜上,使其軟化,然后使用溶劑將其溶解沖走,使薄膜下的硅暴露出來。
離子注入。使用刻蝕機在裸露出的硅上刻蝕出N阱和P阱,并注入離子,形成PN結(邏輯閘門);然后通過化學和物理氣象沉淀做出上層金屬連接電路。
晶圓測試。經過上面的幾道工藝之后,晶圓上會形成一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進行電氣特性檢測。
封裝。將制造完成的晶圓固定,綁定引腳,然后根據用戶的應用習慣、應用環境、市場形式等外在因素采用各種不同的封裝形式;同種芯片內核可以有不同的封裝形式。
制造芯片主要就是在晶圓片上不斷累加圖案,讓圖案縱向連接,非常多層,會有100多層。并且需要花費許多的時間,從設計到量產可能需要四個月的時間。
大部分情況下我們日常提到的芯片其實和集成電路概念上差異不大。
電腦、手機、計算器等電子設備上都安裝有各種各樣的芯片,芯片在這些設備上起到什么作用了?各式芯片在這些電子設備上面的作用,和人體各個器官發揮的作用比較類似。電子設備的整體管理和計算邏輯處理等,需要CPU(核心組成部分就是芯片組),CPU相當于人體的大腦。電子設備識別聲音,處理音頻,需要音頻處理芯片,相當于人體的耳朵。電子設備接收圖像,處理圖片,需要圖片處理芯片,相當于人體的眼鏡。總之這些設備具備的各種功能,都需要對應的芯片來實現,就像人體的各個器官實現不同功能一樣。
芯片的制造始于設計,它是整個制造過程中最重要的一步。設計師使用計算機輔助設計軟件創建芯片的電路圖和版圖。電路圖描述了芯片的邏輯功能和電氣連接,而版圖則確定了電路的物理布局和尺寸。
總的來說,芯片制造是一項復雜的工程,它需要許多高精度的技術和設備。雖然每個制造商的過程可能略有不同,但這些基本步驟都是必不可少的。芯片制造的進步不僅推動了電子設備的發展,而且也推動了現代科學和工程的發展。
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