你知道芯片的制作過(guò)程嗎？

近來(lái)華為海思再次發(fā)力，成功自主研發(fā)了OLED的驅(qū)動(dòng)芯片，并且已經(jīng)成功流片。流片的意思就是試生產(chǎn)已經(jīng)成功，接下來(lái)就可以導(dǎo)入量產(chǎn)階段。這個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片是手機(jī)和大屏電視面板的核心零部件，這并不是處理器芯片，但是它的開發(fā)成功也打破了三星在該領(lǐng)域的壟斷，在芯片領(lǐng)域也算是一個(gè)小小的里程碑了。

關(guān)于華為、關(guān)于光刻機(jī)、關(guān)于芯片，我們天天在各種渠道的媒體上看到，ASML的EUV 光刻機(jī)不給我們發(fā)貨了，美國(guó)又限制我們的半導(dǎo)體企業(yè)了，臺(tái)積電又不給我們生產(chǎn)芯片了等等。每個(gè)人對(duì)中國(guó)的芯片行業(yè)非常的關(guān)注，可是我們所了解到的信息都是很零散的，對(duì)芯片的整個(gè)制造過(guò)程，并沒(méi)有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。在芯片產(chǎn)業(yè)中我們有哪些短板、有哪些長(zhǎng)處、各個(gè)工藝階段在世界上所處的真實(shí)水平有多高，這些問(wèn)題似乎都是模棱兩可，并沒(méi)有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)。我們不是專業(yè)搞芯片設(shè)計(jì)的，所以不必去鉆研芯片制造過(guò)程中的具體參數(shù)是多少，但是作為每一個(gè)關(guān)心中國(guó)芯片發(fā)展的人，都應(yīng)該去了解一下我們自己的芯片產(chǎn)業(yè)到底是怎樣的。

芯片制造的流程大致可以分為硅片制造、芯片制造和封裝測(cè)試三個(gè)階段。在這里我們只從大類上來(lái)看，如果要細(xì)分的話里邊有成千上萬(wàn)道工序。

工業(yè)硅

我們先來(lái)說(shuō)硅片制造。沙子是我們手機(jī)芯片的最初始的原料。那門們就一起來(lái)見證一下沙子是如何變成芯片的吧！沙子的成分是二氧化硅，我們想要得到芯片就要先從沙子里提煉出純度比較高的硅，而且這種粗加工的硅，也叫工業(yè)硅，這種硅的純度在98%以上，含有不少的其他元素雜質(zhì)。當(dāng)然了這個(gè)也的確沒(méi)啥技術(shù)含量，中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域可以說(shuō)是一騎絕塵，全球78%的工業(yè)硅的產(chǎn)能都在中國(guó)。

高純度硅

接下來(lái)就要對(duì)工業(yè)硅進(jìn)行提純，也就是需要得到芯片級(jí)別的高純度硅，這個(gè)純度需要有多高呢？99.999999999%，這純度夠高吧，相應(yīng)的技術(shù)含量就立馬提高了很多，而這個(gè)領(lǐng)域的玩家就立馬變了。市場(chǎng)份額第一的是美國(guó)公司，第二是德國(guó)公司，第三四五都是日本公司，中國(guó)玩家就立馬不見了蹤影，所以這是中國(guó)在整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)鏈中第一個(gè)受制于人的領(lǐng)域。

硅晶圓

有了高純度的硅，那接下來(lái)就要制造硅晶片了，硅晶片的制造依然是一個(gè)非常難的。制造過(guò)程難到什么程度，全世界只有很少的公司能夠做出這種電子級(jí)的硅晶圓，而其中前5家公司就占了92%的市場(chǎng)份額，由于芯片的需求量巨大而受制于硅晶圓的產(chǎn)能有限，所以硅晶圓的價(jià)格幾乎是每個(gè)季度都在上漲，而中國(guó)作為全世界最大的電子品消費(fèi)市場(chǎng)，誰(shuí)多掏錢又流到了誰(shuí)的口袋就不言而喻了。中國(guó)雖然也具有晶圓的生產(chǎn)能力，但受制于技術(shù)和產(chǎn)能的原因供應(yīng)量實(shí)在是太小了。

芯片設(shè)計(jì)

有了硅晶圓就要在硅晶圓上制造芯片了，但在這之前，你必須要有芯片的圖紙才能在硅晶圓上造出芯片，那就需要有芯片的設(shè)計(jì)能力。而在全球芯片設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)分布上，美國(guó)的芯片設(shè)計(jì)獨(dú)占半邊天，我們熟悉的高通、博通、英偉達(dá)都是這類公司，當(dāng)然中國(guó)也有一席之地，比如我們開頭所提到的華為海思，其設(shè)計(jì)的麒麟芯片可以稱得上是全球頂級(jí)的手機(jī)芯片了。但是這樣的比例也不是一成不變的，大陸地區(qū)的芯片企業(yè)營(yíng)收的增長(zhǎng)率在六大地區(qū)中，可謂是一騎絕塵，雖然絕對(duì)數(shù)額差距不小，但這種差距正在快速縮小。

設(shè)計(jì)軟件

在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，我們必須提到一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，就是芯片設(shè)計(jì)軟件EDA，我們都知道芯片的設(shè)計(jì)跟我們平常制圖一樣都需要使用到軟件，而設(shè)計(jì)芯片的時(shí)候就必須要用到EDA軟件，也就是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件。芯片的電路設(shè)計(jì)、性能分析、設(shè)計(jì)芯片版圖等等的工作需要，但是，這個(gè)軟件經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的大浪淘沙之后基本被美國(guó)三家公司壟斷了。而就在前年，這三家美國(guó)公司都被美國(guó)裹挾著，與華為暫停了業(yè)務(wù)往來(lái)。也就是說(shuō)，華為海思將不能夠使用這三家公司的EDA軟件來(lái)設(shè)計(jì)芯片。

光罩

在芯片完成設(shè)計(jì)之后，從電腦軟件上的圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)體的第一步，就是要制造一個(gè)光罩

也叫做掩模板。這個(gè)跟照相機(jī)的底片非常類似，你有一張底片就可以沖洗出無(wú)數(shù)張的照片，而這個(gè)光罩，就是利用激光刻蝕技術(shù)，在一張以石英玻璃為襯底其上鍍了一層金屬鉻和感光膠，把電腦上的圖刻在石英板上，成為一個(gè)模板。當(dāng)然了，我們?cè)谶@里說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但實(shí)際上也是一個(gè)高門檻、高技術(shù)的活。全球95%的市場(chǎng)基本都被韓國(guó)和日本所覆蓋，而我們國(guó)家處于第六名的清溢光電，雖然占據(jù)的份額很小，但未來(lái)可期。

光刻

咱們先來(lái)看一下整個(gè)光刻的原理，整個(gè)過(guò)程其實(shí)跟我們沖洗照片非常類似。剛才說(shuō)的制作好的光罩，就相當(dāng)于一個(gè)照片的底片，通過(guò)光源照射在凸透鏡上產(chǎn)生平行光，然后再經(jīng)過(guò)下方的透鏡把光線縮微照射在工作臺(tái)上的晶圓上，晶圓上涂有光刻膠，光刻膠在被光線照射后化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，被顯影容易溶解掉，剩下的就是跟光罩上一樣的電路圖了，只不過(guò)成了縮小版的在這個(gè)大的晶圓上移動(dòng)一下位置，就制造好一個(gè)芯片，所以這個(gè)大晶圓上就會(huì)造出很多個(gè)芯片。

光刻機(jī)

要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程必不可少的肯定是光刻機(jī)，這個(gè)大家肯定是耳熟能詳?shù)?，最知名的肯定就是荷蘭的ASML，全球的光刻機(jī)市場(chǎng)前三位就占據(jù)了93%的市場(chǎng)份額,但中國(guó)也有自己的光刻機(jī),上海微電子今年剛成功研發(fā)出了28納米的光刻機(jī),但是緊接著ASML就對(duì)旗下的28納米的光刻機(jī)進(jìn)行大降價(jià)，對(duì)上海微電子進(jìn)行打壓，在光刻機(jī)這條路上道長(zhǎng)且阻。

光刻膠

在光刻的時(shí)候有一種非常重要的耗材就是光刻膠。它是光刻工藝的核心材料。這種材料主要被日本企業(yè)所壟斷。美國(guó)僅有一家陶氏市占率僅為15%。因?yàn)?0年代的時(shí)候，美國(guó)對(duì)日本發(fā)起了半導(dǎo)體大戰(zhàn)，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)遭受了巨大的打擊，之后就另辟蹊徑，從材料科學(xué)下手，如今成為了整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的最上游。想象去年的日韓貿(mào)易戰(zhàn)，日本斷供材料給三星，三星就只能干瞪眼了，再牛的技術(shù)沒(méi)材料都白扯，我們?cè)賮?lái)看看中國(guó)的光刻膠，國(guó)產(chǎn)化率著實(shí)是不高，大部分還是要進(jìn)口的。

封裝和測(cè)試

當(dāng)在晶圓上刻蝕出芯片之后就需要進(jìn)行后道工序了。首先要拿到封測(cè)上進(jìn)行封裝和測(cè)試。封裝就是把一個(gè)大晶圓上的一個(gè)個(gè)的小芯片切割下來(lái)，然后進(jìn)行電鍍、接通信號(hào)等等的操作，使其具有各種功能，最終的產(chǎn)品就是我們手機(jī)里處理器的樣子了，然后就是測(cè)試測(cè)試電流、散熱線路、連通性等等的這些功能，把不合格的產(chǎn)品給篩選出來(lái)，當(dāng)然了這個(gè)封裝和測(cè)試的技術(shù)含量似乎的確是沒(méi)有制造難度那么高，這個(gè)領(lǐng)域的中國(guó)玩家也就多了起來(lái)除了一個(gè)安靠是來(lái)自美國(guó)，其他的基本都是臺(tái)灣地區(qū)和大陸地區(qū)的封測(cè)廠。

當(dāng)然從一粒沙子變成一個(gè)芯片，整個(gè)過(guò)程是極其復(fù)雜的，里面所涉及到的設(shè)備更是數(shù)不勝數(shù)。我們只是在整個(gè)流程中摘取了幾個(gè)有代表性的說(shuō)一說(shuō)，比較淺薄，有不到之處敬請(qǐng)諒解。那您的印象中感覺(jué)中國(guó)的半導(dǎo)體行業(yè)，在世界上處于一個(gè)什么樣的水平呢？把你了解的打在我們的評(píng)論區(qū)，一起來(lái)探討探討吧！