制造/封装
大家有没有想过一个问题:如果从零开始制造一颗芯片需要多长时间?
整个芯片制造的流程可以分为三大步骤:芯片设计、芯片制造、封装测试
首先是设计环节,如果要做一个全新的设计,从一张白纸开始,那么通常完成一个芯片设计需要1-3年甚至更长的时间。
以苹果第一款自研芯片M1为例,根据苹果芯片研发主管Johny Srouji透露,M1的研发时间有3-4年的时间。
如果只是修改现有设计,那么时间就会短得多,可能只需要一两个月就能完成。
接着就开始正式制造芯片了:
我们知道芯片起源于一粒粒的沙子,它不是普通的沙子,而是一种叫做硅砂的特殊沙子,然后再从里面提取硅成分用于制作极纯度的硅晶圆。
这一部分就不具体说了,我们直接来到正式的制造部分,芯片制造环节
主要可以分为7个步骤:
1.制备晶圆的第一步,我们先将一层薄薄的非导电二氧化硅生长或沉积在晶圆的表面上。
2.紧接着第二步,硅晶圆在光刻前,先要涂种叫做光刻胶的光敏材料,然后再将硅晶圆放入光刻机内。
3.接下来,使用包含所需图案的遮罩将晶圆暴露在光线下,在光束的照射下,光罩的图案就会印刻到光刻胶的涂层上。
4.图案确认准确无误后,就可以把晶圆从光刻机里面拿出来进行烘烤和显影,让这个图案固定住。然后再洗去多余光刻胶,让部分涂层留出空白部分就行。
5.通过使用活性化学品从表面去除那层薄硅层。最后将多余的空白部分去掉,形成我们要的3D电路图案。
这个过程形成的图案被称为“掩膜”,好的掩膜可以确保芯片的电路图案精度和清晰度,从而提高芯片的性能和稳定性。
6.这个步骤就是在洗去多余的光刻胶之前,需要使用离子轰击硅晶圆从而改变其导电性,再洗去多余的光刻胶后,就会露出受影响和未受影响的图案。
7.最后一步,开始切割晶圆。晶圆被切成小方块,称为”模具“。每个模具,包含数百万个晶体管,再对模具进行测试并切成单个芯片,然后将芯片进行最后的封装就可以运送给一些生产计算机、电子产品的制造商了。
那么在整个芯片制造的过程中,除了每一个步骤都要力求精准之外,有一些重要的步骤也需要不断重复来获得,其中的从薄膜沉积到去除光刻胶,整个流程为晶圆片覆盖上一层图案,这一流程就需要不断重复100多次。制造芯片需要数十个流程,一般来说,每天很难完成多个流程。
芯片制造是一项资本和研发密集型的工艺,甚至可以称得上是人类最复杂的工程。仅半导体晶圆的整体制造就可能有上千个工艺步骤(取决于工艺的复杂性)。每个过程还涉及到各种高度复杂的软件工具和机器。
总之,就是非常非常的复杂。
审核编辑:黄飞
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