什么是芯片?芯片又是如何制造的?

随着技术创新层出不穷,对高效芯片的需求也随之增加。近年来,我国深知芯片制造是我国芯片行业的短板,致力于专注于芯片的设计研发,致力于克服技术难题,提升芯片制造水平。伴随着未来各项技术和设备的发展,相信会有越来越多的人深入研究芯片知识,投入到芯片行业中来,共同推动中国芯片行业的发展。



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什么是芯片?

芯片是指集成电路(Integrated Circuit,缩写为IC),又称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)。是电子产品里面的一种微型电子器件或部件,采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构,最后制作成很小的一块硅片。

芯片型号

芯片命名方式一般都是:字母+数字+字母

前面的字母是芯片厂商或是某个芯片系列的缩写。像MC开始的多半是摩托罗拉的,MAX开始的多半是美信的。

中间的数字是功能型号。像MC7805和LM7805,从7805上可以看出它们的功能都是输出5V,只是厂家不一样。

后面的字母多半是封装信息,要看厂商提供的资料才能知道具体字母代表什么封装。


芯片的作用

芯片其实就是一块高度集成的电路板也可以叫IC。比如说电脑的CPU其实也是一块芯片,不同制的IC有不同的作用,比如说视频编码解码IC及是专门用来处理视频数据的,音频编码/解码IC则是用来处理声音的。

如果把中央处理器CPU比喻为整个电脑系统的心脏,那么主板上的芯片组就是整个身体的躯干。对于主板而言,芯片组几乎决定了这块主板的功能,进而影响到整个电脑系统性能的发挥,芯片组是主板的灵魂。


芯片是如何制造的?

芯片制造的整个过程包括芯片设计、芯片制造、封装制造、测试等。芯片制造过程特别复杂。首先是芯片设计,根据设计要求,生成“图案”

1、晶片材料

晶片材料的成分是硅,硅又是由石英沙精制而成。将硅提纯后制成硅棒,成为制造集成电路的石英半导体材料。将其切片就是芯片制作具体需要的晶圆。

2、晶圆涂层/膜

晶圆涂层可以抵抗氧化和温度,其材料也是光阻的一种。

3、晶圆光刻显影、蚀刻

首先,在晶圆(或基板)表面涂覆一层光刻胶并干燥。干燥的晶片被转移到光刻机上。通过掩模,光将掩模上的图案投射到晶圆表面的光刻胶上,实现曝光和化学发光反应。曝光后的晶圆进行二次烘烤,即所谓曝光后烘烤,烘烤后的光化学反应更为充分。

最后,显影剂被喷在晶圆表面的光刻胶上以形成曝光图案。显影后,掩模上的图案保留在光刻胶上。糊化、烘烤和显影都是在均质显影剂中完成的,曝光是在平版印刷机中完成的。均化显影机和光刻机一般都是在线操作,晶片通过机械手在各单元和机器之间传送。

整个曝光显影系统是封闭的,晶片不直接暴露在周围环境中,以减少环境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。

4、添加杂质

相应的p和n半导体是通过向晶圆中注入离子而形成的。

具体工艺是从硅片上的裸露区域开始,将其放入化学离子混合液中。这一工艺将改变掺杂区的到方式,使每个晶体管都能打开、关闭或携带数据。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。这一点类似所层PCB板的制作制作原理。 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。一般来说,每个芯片都有大量的晶粒,组织一次针测试模式是非常复杂的过程,这就要求尽可能批量生产相同规格型号的芯片。数量越大,相对成本就越低,这也是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。例如:DIP、QFP、PLCC、QFN等,这主要取决于用户的应用习惯、应用环境、市场形态等外围因素。

7、测试和包装

经过上述工艺流程以后,芯片生产就已经全部完成了。这一步是测试芯片,去除有缺陷的产品,并包装。



芯片的意义

芯片无处不在,大到手机、电脑、电视、家用电器、自动驾驶汽车,小到LED灯等等,时时刻刻改变着我们的生活。

当然还有一些看不见的技术隐藏在这些背后,比如5G、人工智能还有云,都需要强大的计算作为支撑,如果没有这一片片经过复杂工艺加工制作的单晶硅,生活无异于原始时代。


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