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一文看懂芯片的设计和生产流程 一文读懂制造芯片的流程

日期:2019-12-08 来源:一文看懂芯片的设计和生产流程 评论:

[摘要]很多国内企业都在积极研制芯片,如早期的华为、中兴微,现在的百度、寒武纪等。相关数据统计,2001-2016年间,我国集成电路市场规模由1260亿元增加至约12000亿元,占全球市场份额的将近60%,产业销售额扩大超过23倍,由188亿元扩大...……

很多国内企业都在积极研制芯片,如早期的华为、中兴微,现在的百度、寒武纪等。相关数据统计,2001-2016年间,我国集成电路市场规模由1260亿元增加至约12000亿元,占全球市场份额的将近60%,产业销售额扩大超过23倍,由188亿元扩大至4336亿元。

什么是芯片?

芯片,又称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成电路(英语:integrated circuit, IC)。是指内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。

芯片一般是指集成电路的载体,也是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果,通常是一个可以立即使用的独立的整体。“芯片”和“集成电路”这两个词经常混着使用,比如在大家平常讨论话题中,集成电路设计和芯片设计说的是一个意思,芯片行业、集成电路行业、IC行业往往也是一个意思。实际上,这两个词有联系,也有区别。

集成电路实体往往要以芯片的形式存在,因为狭义的集成电路,是强调电路本身,比如简单到只有五个元件连接在一起形成的相移振荡器,当它还在图纸上呈现的时候,我们也可以叫它集成电路,当我们要拿这个小集成电路来应用的时候,那它必须以独立的一块实物,或者嵌入到更大的集成电路中,依托芯片来发挥他的作用;集成电路更着重电路的设计和布局布线,芯片更强调电路的集成、生产和封装。而广义的集成电路,当涉及到行业(区别于其他行业)时,也可以包含芯片相关的各种含义。

芯片与集成电路的联系与区别

芯片也有它独特的地方,广义上,只要是使用微细加工手段制造出来的半导体片子,都可以叫做芯片,里面并不一定有电路。比如半导体光源芯片;比如机械芯片,如MEMS陀螺仪;或者生物芯片如DNA芯片。在通讯与信息技术中,当把范围局限到硅集成电路时,芯片和集成电路的交集就是在“硅晶片上的电路”上。芯片组,则是一系列相互关联的芯片组合,它们相互依赖,组合在一起能发挥更大的作用,比如计算机里面的处理器和南北桥芯片组,手机里面的射频、基带和电源管理芯片组。

现在,市面上的芯片大多数指的是内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。而芯片组,是一系列相互关联的芯片组合。它们相互依赖,组合在一起能发挥更多作用,比如,计算机里的中央处理器(CPU)及手机中的射频、基带和通信基站里的模数转换器(ADC)等,就是由多个芯片组合在一起的更大的集成电路。

由于芯片是精密度要求非常高仪器,度量单位是以纳米来计算的,对制作工艺要求非常严格。虽然我国在近几年在科技领域还是取得不菲的成绩,但是在一些核心的、关键领域一直都还处于比较弱势的阶段。比如中国在存储器、CPU、FPG及高端的模拟芯片、功率芯片等领域,几乎是没有的。如果中国发力研发,在某些小的门类中可能会有所突破。”

制造一颗芯片到底有多难?

制作一颗芯片的生产线是非常复杂的,大约会涉及到五十个行业、2000-5000个工序。就拿代工厂来说,需要先将“砂子”提纯成硅,再切成晶元,然后加工晶元。晶元加工厂包含前后两道工艺,前道工艺分几大模块——光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入;后道工艺主要是封装——互联、打线、密封。其中,光刻是制造和设计的纽带。

其中许多工艺都在独立的工厂进行,而使用的设备也需要专门的设备厂制造;使用的材料包括几百种特种气体、液体、靶材,都需要专门的化工工业。另外,集成电路的生产都是在超净间进行的,因此还需要排风和空气净化等系统。

芯片研制的流程

芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节,其中晶片制作过程尤为的复杂。首先是芯片设计,根据设计的需求,生成的“图样”。然后还得经过以下工艺方可将芯片制造出来。

1、 芯片的原料晶圆

晶圆的成分是硅,硅是由石英沙所精练出来的,晶圆便是硅元素加以纯化(99.999%),接着是将这些纯硅制成硅晶棒,成为制造集成电路的石英半导体的材料,将其切片就是芯片制作具体所需要的晶圆。晶圆越薄,生产的成本越低,但对工艺就要求的越高。

2、晶圆涂膜

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封测产业高端化,技术上完成国产替代。国内封测产业已经具备规模和技术基础。目前大陆厂商与业内领先厂商的技术差距正在缩小,基本已逐渐掌握最先进的技术,大陆厂商的技术劣势已经不明显。业内领导厂商最先进的技术大陆厂商基本已逐渐掌握,比如凸快技术、晶圆级封装和3D堆叠封装等。在应用方面,FC封装技术大陆三大封测厂均已实现批量出货,WLP晶圆级封装也有亿元级别的订单,SiP系统级封装的订单量也在亿元级别。

设备功能:熔融半导体材料,拉单晶,为后续半导体器件制造,提供单晶体的半导体晶坯。主要企业(品牌):国际:德国PVA TePla AG公司、日本Ferrotec公司、美国QUANTUM DESIGN公司、德国Gero公司、美国KAYEX公司。

据《中国汽车电子行业分析报告》数据显示,2013年,我国汽车电子市场规模为3120亿元,到2015年时,已增至3979亿元,呈现逐年快速增长态势。预计到2020年,我国汽车电子市场规模将达到7049亿元。

资料通信(上网):基本上资料通信不论上传或下载都是数字讯号,所以直接进入基频芯片(BB)处理即可,其他流程与语音通信类似,在此不再重复描述。

集成电路分类与应用领域:技术复杂度和应用广度分类从技术复杂度和应用广度来看,集成电路主要可以分为高端通用和专用集成电路两大类。

设备功能:平板电极间施加高频电压,产生数百微米厚的离子层,放入式样,离子高速撞击式样,实现化学反应刻蚀和物理撞击,实现半导体的加工成型。

芯片测试:是对成品芯片进行检测,属于质量控制环节

3. 模拟与逻辑合成:将确定无误的 HDL code,放入电子设计自动化工具(EDA tool),让

高端通用集成电路的技术复杂度高、标准统一、通用性强,具有量大面广的特征。它主要包括处理器、存储器,以及FPGA(现场可编程门阵列)、AD/DA(模数/数模转换)等。

大家好,今天小编给大家介绍的是如何汽车芯片按键焊接,在汽车领域中的使用,芯片被称为磁耦合转发系统。磁耦合转发系统在本质上是被动状态。芯片自身不需要恒定的供电,从而不需要时刻通电。只需通过在125 kHz频率的电磁波范围内。小编就来给大家详细的介绍一下如何汽车芯片按键焊接,希望对大家有所帮助。

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主要企业(品牌):国际:日本Evatech公司、美国NANOMASTER公司、新加坡REC公司、韩国JuSung公司、韩国TES公司。

高端通用集成电路的技术复杂度高、标准统一、通用性强,具有量大面广的特征。它主要包括处理器、存储器,以及FPGA(现场可编程门阵列)、AD/DA(模数/数模转换)等。

11 – 大麦克芯片(菲亚特 – 固定代码)

简单的讲,电子制造产业包括:原材料砂子-硅片制造-晶圆制造-封装测试-基板互联-仪器设备组装。集成电路产业链主要为设计、制造、封测以及上游的材料和设备。

根据YoleDevelopment统计,2016年全球先进封装供应商排名中,中国长电科技将以7.8%的市占率超过日月光、安靠(Amkor)、台积电及三星等,成为全球第三大封装供应商。

我们认为公司在半导体材料领域龙头地位显著,各项产品进展顺利;大硅片项目值得期待,将有望成为公司业绩增长的重要驱动力。

晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力,其材料为光阻的一种。

3、晶圆光刻显影、蚀刻

该过程使用了对紫外光敏感的化学物质,即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蚀剂,使得其遇紫外光就会溶解。这时可以用上第一份遮光物,使得紫外光直射的部分被溶解,这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了,而这效果正是我们所要的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。

4、掺加杂质

将晶圆中植入离子,生成相应的P、N类半导体。

具体工艺是是从硅片上暴露的区域开始,放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式,使每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层,但复杂的芯片通常有很多层,这时候将这一流程不断的重复,不同层可通过开启窗口联接起来。这一点类似多层PCB板的制作原理。 更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层,这时候通过重复光刻以及上面流程来实现,形成一个立体的结构。

5、晶圆测试

经过上面的几道工艺之后,晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。一般每个芯片的拥有的晶粒数量是庞大的,组织一次针测试模式是非常复杂的过程,这要求了在生产的时候尽量是同等芯片规格构造的型号的大批量的生产。数量越大相对成本就会越低,这也是为什么主流芯片器件造价低的一个因素。

6、封装

将制造完成晶圆固定,绑定引脚,按照需求去制作成各种不同的封装形式,这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN等等。这里主要是由用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。

7、测试、包装

经过上述工艺流程以后,芯片制作就已经全部完成了,这一步骤是将芯片进行测试、剔除不良品,以及包装。

综述:尽管我国的芯片技术与欧美等顶尖技术还有差距,这个必须清醒认识到,目前而言,我国的芯片产业发展迅速,与国家的重视密不可分。但是由于芯片是属于产业链上端的,缺顶层人才和技术积累,这个方面还需要继续努力,尤其是顶尖芯片研发人员,培养的同时不断完善薪资体制,让更多优秀人才在中国实现“芯片梦”。

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手机的芯片在哪里 一个赢在手机系统

模拟器用于模仿目标机器,它假定与其拥有相同的CPU、RAM 以及其他硬件。模拟器程序对指令进行解码,并在模拟机器中执行。可以想见,如果两台机器的体系结构不同,那么在一台机器内部模拟另一台机器绝非易事。好在现代计算机的速度远远超过之前的机器,因此模拟并非无法实现。我们可以利用Game Boy 模拟器在计算机中创建一个虚拟的Game Boy,然后就能像使用实际的Game Boy 那样玩游戏。

主要企业(品牌):国际:英国牛津仪器公司、美国Torr公司、美国Gatan公司、英国Quorum公司、美国利曼公司、美国Pelco公司。

需求端:ICinsights数据显示全球营运中的12寸晶圆厂数量持续成长,2017年全球新增8座12寸晶圆厂开张,到2020年底,预期全球将再新增9座的12寸晶圆厂运营,让全球应用于IC生产的12寸晶圆厂总数达到117座。而如果18寸(450mm)晶圆迈入量产,12寸晶圆厂的高峰数量可达到125座左右;而营运中8寸(200mm)量产晶圆厂的最高数量则是210座(在2015年12月为148座)。根据SUMCO的数据,2016下半年全球300mm硅片的需求已经达到520万片/月,2017年和2018年全球300mm硅片的需求分别为550万片/月和570万片/月。预计未来三年300mm硅片需求将持续增加,2020年新增硅片月需求预计超过750万片/月,较2017年增加200万片/月以上,需求提升36%,从2017-2022年复合需求增速超过9.7%,值得注意的是,以上测算需求还没有考虑部分中国客户。

国内:北京仪器厂、北京七星华创电子有限公司、成都南光实业股份有限公司、中国电子科技集团第四十八所。

5.1、兆易创新:NorFlash&DRAM龙头

主要企业(品牌):国际:美国Applied Materials公司、美国诺发系统公司、美国Rtec公司。

14、化学机械抛光机设备功能:通过机械研磨和化学液体溶解“腐蚀”的综合作用,对被研磨体(半导体)进行研磨抛光。

供给端:根据SEMI的预测,2017年和2018年300mm硅片的产能为525万片/月和540万片/月。由于2017年之前硅片供大于求,硅片产业亏多赚少,各大硅片厂扩产意愿低,所以全球硅片的产量增长缓慢。各大厂商以涨价和稳固市占率为主要策略,到目前为止仅有SUMCO预计在2019年上半年增加11万片/月和Siltronic计划到19年中期扩产7万片/月。我们预计未来几年12寸硅片的缺货将是常态。

电子复兴计划完美的迎合了美国官方对于遏制中国发展的期待,在今天这样一个多极化逐渐成为历史潮流的背景下,美国的半导体产业和美国很多产业一样都面临非常巨大而来源广泛的压力。

芯片生产设备功能:通过二极溅射中一个平行于靶表面的封闭磁场,和靶表面上形成的正交电磁场,把二次电子束缚在靶表面特定区域,实现高离子密度和高能量的电离,把靶原子或分子高速率溅射沉积在基片上形成薄膜。主要企业(品牌):国际:美国Vaportech公司、美国AMAT公司、美国PVD公司、荷兰Hauzer公司、英国Teer公司、瑞士Platit公司、瑞士Balzers公司、德国Cemecon公司。国内:中国电子科技集团第四十八所、北京仪器厂、沈阳中科仪器、成都南光实业股份有限公司、科睿设备有限公司、上海机械厂。

根据Yole数据,预计2017年FOWLP市场达到14亿美元,2022年市场规模将上升到23亿美元,未来年复合成长率达20%。

以IC集成电路用的300毫米(12寸)大硅片为例,生产工艺流程如下:拉晶—滚磨—线切割—倒角—研磨—腐蚀—热处理—边缘抛光—正面抛光—清洗—外延—检测。晶体生长设备直接决定了后续硅片的生产效率和质量,是硅片生产过程中的重中之重。硅片尺寸越大,纯度越高,对生产工艺和设备的要求也就越高。目前国产单晶炉生产的硅片良率在50%左右,进口单晶炉能达到90%以上,国产设备在技术上还有较大提升空间。

公司是国内分立器件IDM龙头,主要产品包括二极管、整流桥、电力电子模块等半导体功率器件,主要用于汽车电子、LED照明、太阳能光伏、通讯电源、开关电源、家用电器等多个领域。

中国半导体市场接近全球的1/3。根据WSTS数据,2016年全球半导体销售额为3389亿美元,其中我国半导体销售额1075亿,占全球市场的31.7%。中国为全球需求增长最快的地区。2010年-2016年,全球半导体市场规模年均复合增速为6.3%,而中国年均复合增速为21.5%。随着5G、消费电子、汽车电子等下游产业的进一步兴起,叠加全球半导体产业向大陆转移,预计中国半导体产业规模进一步增长。

芯片由集成电路经过设计、制造、封装等一系列操作后形成,一般来说,集成电路更着重电路的设计和布局布线,而芯片更看重电路的集成、生产和封装这三大环节。平时“集成电路”和“芯片”两者常被当作同一概念使用;

国内:北京京运通、七星华创、北京京仪世纪、河北晶龙阳光、西安理工晶科、常州华盛天龙、上海汉虹、西安华德、中国电子科技集团第四十八所、上海申和热磁、上虞晶盛、晋江耐特克、宁夏晶阳、常州江南、合肥科晶材料技术有限公司、沈阳科仪公司。

设备功能:在沉积室利用辉光放电,使其电离后在衬底上进行化学反应,沉积半导体薄膜材料。主要企业(品牌):国际:日本Tokki公司、日本岛津公司、美国Proto Flex公司、美国泛林半导体(Lam Research)公司、荷兰ASM国际公司。

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