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)就可以導入量產(chǎn)階段。這個(gè)驅動(dòng)芯片是手機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(kāi)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、關(guān)于芯片，我們天天在各種渠道的媒體上看到，ASML的EUV 光刻機不給我們發(fā)貨了，美國又限制我們的半導體企業(yè)了，臺積電又不給我們生產(chǎn)芯片了等等。每個(gè)人對中國的芯片行業(yè)非常的關(guān)注，可是我們所了解到的信息都是很零散的，對芯片的整個(gè)制造過(guò)程，并沒(méi)有一個(gè)完整的認識。在芯片產(chǎn)業(yè)中我們有哪些短板、有哪些長(cháng)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)清楚的認識。我們不是專(zhuān)業(yè)搞芯片設計的，所以不必去鉆研芯片制造過(guò)程中的具體參數是多少，但是作為每一個(gè)關(guān)心中國芯片發(fā)展的人，都應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、芯片制造和封裝測試三個(gè)階段。在這里我們只從大類(lèi)上來(lái)看，如果要細分的話(huà)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。沙子是我們手機芯片的最初始的原料。那門(mén)們就一起來(lái)見(jiàn)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)。當然了這個(gè)也的確沒(méi)啥技術(shù)含量，中國在這個(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。

高純度硅

接下來(lái)就要對工業(yè)硅進(jìn)行提純，也就是需要得到芯片級別的高純度硅，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)份額第一的是美國公司，第二是德國公司，第三四五都是日本公司，中國玩家就立馬不見(jiàn)了蹤影，所以這是中國在整個(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，而中國作為全世界最大的電子品消費市場(chǎng)，誰(shuí)多掏錢(qián)又流到了誰(shuí)的口袋就不言而喻了。中國雖然也具有晶圓的生產(chǎn)能力，但受制于技術(shù)和產(chǎn)能的原因供應量實(shí)在是太小了。

芯片設計

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計能力。而在全球芯片設計的產(chǎn)業(yè)分布上，美國的芯片設計獨占半邊天，我們熟悉的高通、博通、英偉達都是這類(lèi)公司，當然中國也有一席之地，比如我們開(kāi)頭所提到的華為海思，其設計的麒麟芯片可以稱(chēng)得上是全球頂級的手機芯片了。但是這樣的比例也不是一成不變的，大陸地區的芯片企業(yè)營(yíng)收的增長(cháng)率在六大地區中，可謂是一騎絕塵，雖然絕對數額差距不小，但這種差距正在快速縮小。

設計軟件

在芯片設計領(lǐng)域，我們必須提到一個(gè)細分領(lǐng)域，就是芯片設計軟件EDA，我們都知道芯片的設計跟我們平常制圖一樣都需要使用到軟件，而設計芯片的時(shí)候就必須要用到EDA軟件，也就是電子設計自動(dòng)化軟件。芯片的電路設計、性能分析、設計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三家公司壟斷了。而就在前年，這三家美國公司都被美國裹挾著(zhù)，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)設計芯片。

光罩

在芯片完成設計之后，從電腦軟件上的圖紙轉變?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)跟照相機的底片非常類(lèi)似，你有一張底片就可以沖洗出無(wú)數張的照片，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。當然了，我們在這里說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但實(shí)際上也是一個(gè)高門(mén)檻、高技術(shù)的活。全球95%的市場(chǎng)基本都被韓國和日本所覆蓋，而我們國家處于第六名的清溢光電，雖然占據的份額很小，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(lèi)似。剛才說(shuō)的制作好的光罩，就相當于一個(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(xiàn)縮微照射在工作臺上的晶圓上，晶圓上涂有光刻膠，光刻膠在被光線(xiàn)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

要想實(shí)現這個(gè)過(guò)程必不可少的肯定是光刻機，這個(gè)大家肯定是耳熟能詳的，最知名的肯定就是荷蘭的ASML，全球的光刻機市場(chǎng)前三位就占據了93%的市場(chǎng)份額,但中國也有自己的光刻機,上海微電子今年剛成功研發(fā)出了28納米的光刻機,但是緊接著(zhù)ASML就對旗下的28納米的光刻機進(jìn)行大降價(jià)，對上海微電子進(jìn)行打壓，在光刻機這條路上道長(cháng)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。美國僅有一家陶氏市占率僅為15%。因為80年代的時(shí)候，美國對日本發(fā)起了半導體大戰，日本半導體產(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)半導體產(chǎn)業(yè)的最上游。想象去年的日韓貿易戰，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，我們再來(lái)看看中國的光刻膠，國產(chǎn)化率著(zhù)實(shí)是不高，大部分還是要進(jìn)口的。

封裝和測試

當在晶圓上刻蝕出芯片之后就需要進(jìn)行后道工序了。首先要拿到封測上進(jìn)行封裝和測試。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)品就是我們手機里處理器的樣子了，然后就是測試測試電流、散熱線(xiàn)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)，當然了這個(gè)封裝和測試的技術(shù)含量似乎的確是沒(méi)有制造難度那么高，這個(gè)領(lǐng)域的中國玩家也就多了起來(lái)除了一個(gè)安靠是來(lái)自美國，其他的基本都是臺灣地區和大陸地區的封測廠(chǎng)。

當然從一粒沙子變成一個(gè)芯片，整個(gè)過(guò)程是極其復雜的，里面所涉及到的設備更是數不勝數。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，有不到之處敬請諒解。那您的印象中感覺(jué)中國的半導體行業(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論區，一起來(lái)探討探討吧！