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為什麼說造芯片比造原子彈難多了 芯片生産過程是怎樣的

生活 更新时间:2025-08-10 07:28:18

  說造芯片比原子彈其實更多的是說客觀性的,芯片是一個完整的産業鍊,需要多方面合作,那麼,芯片生産過程是怎樣的?下面小編就帶來介紹。

  為什麼說造芯片比造原子彈難多了

  雖然都是高科技下的産物,但芯片相對于原子彈來說,還需要國際合作及産業鍊,并不是獨立工程。

  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,它是一個産業鍊,涉及到很多行業,比如機械、電子、冶金、化工、材料等等;半導體芯片制造環節用到的一台設備光刻機,全球目前隻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産業鍊,它是一個國際合作的産物。

  芯片生産過程是怎樣的

  将單晶矽切片打磨形成晶圓,在晶圓上,采用一定的工藝将電路中所需要的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線刻畫在晶圓上,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制造分離的模式,主要原因是建設IC制造廠需要花費高達數億甚至數十億美元的巨額投資,并且生産工藝日趨複雜,所以當前半導體行業便形成了IC設計和IC制造的專業化分工模式。

  從事IC設計的公司一般被稱為“Fabless”(Fabrication(制造)和less(無、沒有)的組合),其隻負責設計與銷售,不負責制造,手機廠商中的華為、蘋果、小米以及高通和聯發科,都屬于Fabless。

  IC制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,依序為:規格制定→邏輯設計→電路布局→布局後模拟→光罩制作。

  規格制定

  需求端與IC設計工程師對接,并開出需要的IC的規格,以确定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。

  電路布局

  将邏輯設計圖轉化為電路圖。

  布局後模拟

  經由軟件測試,試驗電路是否符合要求。

  光罩制作

  電路圖完成測試後,将電路制作成一片片光罩,完成後的光罩送往IC制造公司。

  二、IC制造

  IC的線路布局由Fabless設計好之後,就交由Foundry來對晶圓進行加工,将光罩上的電路加工到晶圓上。

  我們常說的台積電就是最為典型的Foundry,他們專注芯片制造,發展相關的工藝和制程,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,依序為:金屬濺鍍→塗布光阻→蝕刻技術→光阻去除。雖然在實際制造時,制造步驟會複雜的多,使用的材料也有所不同,但是大體上皆采用類似的原理。

  金屬濺鍍

  将金屬材料均勻灑在晶圓片上,形成薄膜。

  塗布光阻

  先将光阻材料放在晶圓片上,透過光罩将光束打在不要的部分上,破壞光阻材料結構,再以化學藥劑将被破壞的材料洗去。

  蝕刻技術

  将沒有受光阻保護的矽晶圓,以離子束蝕刻。

  光阻去除

  使用去光阻液将剩下的光阻溶解掉,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,接下來隻要将完成的方形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,從設計到制造,終于獲得一顆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,因為芯片的尺寸微小,如果不用一個較大尺寸的外殼,将不易于安置在電路闆上。因此需要對IC進行封裝。

  目前常見的封裝方式有兩種,一種是電動玩具内常見的,黑色長得像蜈蚣的DIP封裝,另一種為購買盒裝CPU時常見的BGA封裝。

  完成封裝後,便要進入測試的階段,在這個階段便要确認封裝完成的芯片是否能正常的工作,正确無誤之後便可出貨給組裝廠,做成電子産品。至此,芯片便完成了整個生産的任務。

   

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