这个中间有一块亮晶晶金属的芯片 金属是什么?

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江丰电子300666,有研新材600206---大牛股一芯片核心材料
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位于浙江宁波余姚县的江丰电子&材料股份有限公司,董事长姚力军告诉媒体、告诉全球,iPhone&7核心
&采用了江丰电子产品,是&产品第一次应用在16nm&FinFET+技术大规模集群。&&&&&&&&&&&&&&芯片是未来智能
&控制系统的核心,&没有姚力军他们生产的这种靶材,芯片就造不出来。一个指甲盖大小的芯片要密布上万米金属导线,这些导线比头发丝的千分之一还要细,这对金属材料的要求之高可想而知。姚力军总开玩笑说自己是揉面做饼的人,只不过他做的这种金属饼,最贵的要几万美金一个。&&&&&&&&&&&&&&芯片到底是从何而来呢?这个类似饼状的金属材料,叫高纯度溅射靶材,它是
&芯片制造中的关键材料。目前全球只有三个国家四家公司掌握这种材料的制造工艺。&&&&&&&&&&&&&&这些金属靶材,最核心的是它的纯度。一般的金属能达到99.8的纯度,而制作芯片需要的金属纯度是99.999。因为纯度太高,指甲轻轻一划就会有划痕,任何细微的瑕疵都会导致这一块价值上万美元的靶材报废。&&&&&&&&&&&&&&目前,姚力军他们生产的高纯
&,已经达到美国、日本的产品性能,完全满足了芯片制造所需要的纯度,再也不受制于人,打破了日美在这一战略金属材料领域的垄断。&&&&&&&&&&&&&&作为全球范围内掌握高纯金属及溅射靶材关键技术的核心专家之一,11年前,已经在日本工作的姚力军带着技术回到国内。姚力军回忆道,当初向美国的&和日本大阪太业申请购买超高纯钛,结果都被拒绝了,于是决定自己制造。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&2005年10月,江丰电子实现了第一块
&靶材研发成功,每天500公斤的产量看上去并不算多,但是我国在这一领域的产品几乎为0,填补了中国溅射靶材工艺的空白。当时,中国不仅溅射靶材工艺是空白,就连生产靶材的高纯金属原材料也要全部依赖进口。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&“从工艺制造到关键的大设备都是我们自行设计的,在中国找不到第二家能够做这样的产品。”姚力军介绍道,从设计到制造,江丰电子拥有自己知识产权的,这家工厂整个投资6亿元,如果采用全进口,不用说人家卖不卖,即使能买来全部造价也要高达20亿元,核心装备受制于人,产品竞争力无从谈起。&&&&&&&&&&&&&&芯片是未来智能装备控制系统的核心,没有姚力军他们生产的这种靶材,芯片就造不出来。金属靶材的金属原子被一层层建设到芯片上,再利用特殊的工艺把它们切割成金属导线,芯片的信息传输全靠这些金属导线。如今的市面上的很多手机、平板电脑都采用了江丰电子的产品。&&&&&&&&&&&&&&中国每年进口芯片超过2000多亿美元,总值已经超过石油、粮食等。对于
&来说,芯片不仅决定着设备的运行,还决定着产业的国际分工角色。尽管目前科技产业在国内风生水起,整个终端产品的制造环节更是占到了全球80%以上的份额,但就产业链上游的芯片来说,中国企业要突破的关键技术还有不少。&&&&&&&&&&&&&&姚力军表示,目前江丰电子超纯钛产品每月产出只有3~5吨,还不能满足当前生产的需求,面临巨大的产能压力。我们预计在未来的三年时间,所需要的超高纯钛每年要达到250~300吨,所以一方面江丰电子会采用与跨国公司合作的方式,另一方面同时迅速培养我们自己的产能。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&关于宁波江丰电子有限公司&&&&&&&&&&&&&&2005年成立的宁波江丰电子有限公司就是一家从事研发生产溅射靶材的
&企业,也是国内唯一从事
&制造用超高纯度溅射靶材研发的企业,生产的半导体溅射靶材产品,已成功替代进口产品,并进入&、东芝、&、富士通等国际主流半导体制造企业。&&&&&&&有研亿金
有限公司(以下简称“有研亿金”)成立于2000年,现为有研新材料股份有限公司全资子公司。为国家技术创新示范企业、国家火炬计划重点高新技术企业、北京市高纯金属溅射靶材工程技术研究中心、北京市企业技术中心、国家
示范区“十百千工程”企业、上海
交易所综合类会员。
有研亿金主要研发、生产、销售
光电子用薄膜新材料、
材料及制品,并开展稀有及贵金属材料信息咨询、技术服务和套期保值等业务。有研亿金是国内规模最大、门类最全、技术能力最强的高纯金属溅射靶材制造企业,也是国内唯一具备从超高纯原材料到溅射靶材、蒸发膜材垂直
研发和生产的产业化平台。产品涵盖
行业用的全系列高纯金属材料、溅射靶材和蒸发膜材。公司产品广泛应用于电子、信息、
等领域,是现代工业不可或缺的重要材料,在国民经济、
建设及现代化
社会中起着极其重要的战略意义,发展前景广阔。
公司现有职工200余人,汇聚了稀有和贵金属领域内众多一流的科研生产精英,专业技术人才超过员工总数50%,高学历、高职称人才比例高达40%,同时拥有一支技术过硬经验丰富的技术工人队伍。
有研亿金历年承担国家级、省部级科技开发项目近百项,获部级奖56项,国家专利81项,国家科技进步奖3项,国家发明奖9项,全国科学大会奖2项,国家科技进步奖特等奖子项奖1项。“十一五”、“十二五”期间,公司承担了国家02专项、国家国际重点合作项目、国家高技术产业化项目以及国家科技支撑项目,863项目等36项国家重点项目,为我国
的发展起到巨大支撑作用。&&&&&&&溅射靶材是制造半导体芯片所必需的一种极其重要的关键材料,其原理是采用物理气相沉积技术(PVD),用高压加速气态离子轰击靶材,使靶材的原子被溅射出,以薄膜的形式沉积到硅片上,最终形成半导体芯片中复杂的配线结构。溅射靶材以超高纯金属(铝、钛、铜、钽等)为原料,具有金属镀膜的均匀性、可控性等诸多优势,被广泛应用于半导体领域。&&&&&&&&&&&&&&
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请问和600206什么关系?
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子公司有研亿金与生产的都是
核心材料---靶材。但有研更有核心材料就是稀土靶材。这个是其他公司没有的。高纯稀土靶材!好好上有研网上查询
有限公司是
确实,两个公司都做的一样的东西,都上天了,右眼新材还趴地上装死
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data-original="https://image.taoguba.com.cn/img//2lwqhfuhjorr.jpg@!topic">原贴由长城
在&22:09:55发表&&&&&&&
定,明天买不到江丰电子,杀入有研新材
&&&&&&&&&&760)this.width=760" onclick="self.open(this.src);" class="lazy" src="placeHolder.png"
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data-original="https://image.taoguba.com.cn/img//c6nc0njt6b6o.jpg@!topic">原贴由青鸾乱输在&22:13:47发表&&&&&&&定,明天买不到,杀入
是金子早晚会发光啊
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同时将此用户拉入黑名单芯片到底是从何而来呢?这个类似饼状的金属材料,叫高纯度溅射靶材,它是半导体芯片制_江丰电子(300666)股吧_东方财富网股吧
芯片到底是从何而来呢?这个类似饼状的金属材料,叫高纯度溅射靶材,它是半导体芯片制
芯片到底是从何而来呢?这个类似饼状的金属材料,叫高纯度溅射靶材,它是半导体芯片制造中的关键材料。目前全球只有三个国家四家公司掌握这种材料的制造工艺。这些金属靶材,最核心的是它的纯度。一般的金属能达到99.8的纯度,而制作芯片需要的金属纯度是99.999。因为纯度太高,指甲轻轻一划就会有划痕,任何细微的瑕疵都会导致这一块价值上万美元的靶材报废。目前,姚力军他们生产的高纯钛金属,已经达到美国、日本的产品性能,完全满足了芯片制造所需要的纯度,再也不受制于人,打破了日美在这一战略金属材料领域的垄断。作为全球范围内掌握高纯金属及溅射靶材关键技术的核心专家之一,11年前,已经在日本工作的姚力军带着技术回到国内。姚力军回忆道,当初向美国的霍尼韦尔和日本大阪太业申请购买超高纯钛,结果都被拒绝了,于是决定自己制造。2005年10月,实现了第一块中国制造靶材研发成功,每天500公斤的产量看上去并不算多,但是我国在这一领域的产品几乎为0,填补了中国溅射靶材工艺的空白。当时,中国不仅溅射靶材工艺是空白,就连生产靶材的高纯金属原材料也要全部依赖进口。“从工艺制造到关键的大设备都是我们自行设计的,在中国找不到第二家能够做这样的产品。”姚力军介绍道,从设计到制造,拥有自己知识产权的,这家工厂整个投资6亿元,如果采用全进口,不用说人家卖不卖,即使能买来全部造价也要高达20亿元,核心装备受制于人,产品竞争力无从谈起。金属靶材的金属原子被一层层建设到芯片上,再利用特殊的工艺把它们切割成金属导线,芯片的信息传输全靠这些金属导线。如今的市面上的很多手机、平板电脑都采用了的产品。中国每年进口芯片超过2000多亿美元,总值已经超过石油、粮食等。对于中国智造来说,芯片不仅决定着设备的运行,还决定着产业的国际分工角色。尽管目前科技产业在国内风生水起,整个终端产品的制造环节更是占到了全球80%以上的份额,但就产业链上游的芯片来说,中国企业要突破的关键技术还有不少。姚力军表示,目前超纯钛产品每月产出只有3~5吨,还不能满足当前生产的需求,面临巨大的产能压力。我们预计在未来的三年时间,所需要的超高纯钛每年要达到250~300吨,所以一方面会采用与跨国公司合作的方式,另一方面同时迅速培养我们自己的产能。
公司设备市场价二十亿左右,技术全国唯一,世界四强估值五十亿左右,大约股价最低28~30,结合炒作现高估值及未来高成长性45左右会是高点
好帖,顶起来
: 公司设备市场价二十亿左右,技术全国唯一,世界四强估值五十亿左右,大约股价最低28~30,结合炒作现高估值及未来高成长性45左右会是高点
2.19的股本。你50亿市值也是22左右,你拿来30
不卖,拿5年再看
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芯片是什么,终于有人讲透了!
复杂繁琐的芯片设计流程
芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样,先有晶圆作为地基,再层层往上叠的芯片制造流程后,就可产出必要的 IC 芯片(这些会在后面介绍)。然而,没有设计图,拥有再强制造能力都没有用,因此,建筑师的角色相当重要。但是IC 设计中的建筑师究竟是谁呢?下面来对IC 设计做介绍。
在IC 生产流程中,IC 多由专业IC 设计公司进行规划、设计,像是联发科、高通、Intel 等知名大厂,都自行设计各自的IC 芯片,提供不同规格、效能的芯片给下游厂商选择。因为IC 是由各厂自行设计,所以IC 设计十分仰赖工程师的技术,工程师的素质影响着一间企业的价值。然而,工程师们在设计一颗IC 芯片时,究竟有那些步骤?设计流程可以简单分成如下。
设计第一步,订定目标
在IC设计中,最重要的步骤就是规格制定。这个步骤就像是在设计建筑前,先决定要几间房间、浴室,有什么建筑法规需要遵守,在确定好所有的功能之后在进行设计,这样才不用再花额外的时间进行后续修改。IC 设计也需要经过类似的步骤,才能确保设计出来的芯片不会有任何差错。
规格制定的第一步便是确定IC 的目的、效能为何,对大方向做设定。接着是察看有哪些协定要符合,像无线网卡的芯片就需要符合IEEE 802.11 等规範,不然,这芯片将无法和市面上的产品相容,使它无法和其他设备连线。最后则是确立这颗IC 的实作方法,将不同功能分配成不同的单元,并确立不同单元间连结的方法,如此便完成规格的制定。
设计完规格后,接着就是设计芯片的细节了。这个步骤就像初步记下建筑的规画,将整体轮廓描绘出来,方便后续制图。在IC芯片中,便是使用硬体描述语言(HDL)将电路描写出来。常使用的HDL有Verilog、VHDL等,藉由程式码便可轻易地将一颗IC地功能表达出来。接着就是检查程式功能的正确性并持续修改,直到它满足期望的功能为止。
有了电脑,事情都变得容易
有了完整规画后,接下来便是画出平面的设计蓝图。在IC设计中,逻辑合成这个步骤便是将确定无误的HDL code,放入电子设计自动化工具(EDA tool),让电脑将HDLcode转换成逻辑电路,产生如下的电路图。之后,反覆的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改,直到功能正确为止。
最后,将合成完的程式码再放入另一套EDA tool,进行电路布局与绕线(Place And Route)。在经过不断的检测后,便会形成如下的电路图。图中可以看到蓝、红、绿、黄等不同颜色,每种不同的颜色就代表着一张光罩。至于光罩究竟要如何运用呢?
层层光罩,叠起一颗芯片
首先,目前已经知道一颗IC 会产生多张的光罩,这些光罩有上下层的分别,每层有各自的任务。下图为简单的光罩例子,以积体电路中最基本的元件CMOS 为範例,CMOS 全名为互补式金属氧化物半导体(Complementary metal–oxide–semiconductor),也就是将 NMOS 和 PMOS 两者做结合,形成 CMOS。至于什么是金属氧化物半导体(MOS)?这种在芯片中广泛使用的元件比较难说明,一般读者也较难弄清,在这裡就不多加细究。
下图中,左边就是经过电路布局与绕线后形成的电路图,在前面已经知道每种颜色便代表一张光罩。右边则是将每张光罩摊开的样子。制作是,便由底层开始,依循上一篇IC 芯片的制造中所提的方法,逐层制作,最后便会产生期望的芯片了。
至此,对于IC 设计应该有初步的了解,整体看来就很清楚IC 设计是一门非常复杂的专业,也多亏了电脑辅助软体的成熟,让IC 设计得以加速。IC 设计厂十分依赖工程师的智慧,这裡所述的每个步骤都有其专门的知识,皆可独立成多门专业的课程,像是撰写硬体描述语言就不单纯的只需要熟悉程式语言,还需要了解逻辑电路是如何运作、如何将所需的演算法转换成程式、合成软体是如何将程式转换成逻辑闸等问题。
什么是晶圆?
在半导体的新闻中,总是会提到以尺寸标示的晶圆厂,如8 寸或是12 寸晶圆厂,然而,所谓的晶圆到底是什么东西?其中8 寸指的是什么部分?要产出大尺寸的晶圆制造又有什么难度呢?以下将逐步介绍半导体最重要的基础——「晶圆」到底是什么。
晶圆(wafer),是制造各式电脑芯片的基础。我们可以将芯片制造比拟成用乐高积木盖房子,藉由一层又一层的堆叠,完成自己期望的造型(也就是各式芯片)。然而,如果没有良好的地基,盖出来的房子就会歪来歪去,不合自己所意,为了做出完美的房子,便需要一个平稳的基板。对芯片制造来说,这个基板就是接下来将描述的晶圆。
首先,先回想一下小时候在玩乐高积木时,积木的表面都会有一个一个小小圆型的凸出物,藉由这个构造,我们可将两块积木稳固的叠在一起,且不需使用胶水。芯片制造,也是以类似这样的方式,将后续添加的原子和基板固定在一起。因此,我们需要寻找表面整齐的基板,以满足后续制造所需的条件。
在固体材料中,有一种特殊的晶体结构──单晶(Monocrystalline)。它具有原子一个接着一个紧密排列在一起的特性,可以形成一个平整的原子表层。因此,采用单晶做成晶圆,便可以满足以上的需求。然而,该如何产生这样的材料呢,主要有二个步骤,分别为纯化以及拉晶,之后便能完成这样的材料。
如何制造单晶的晶圆
纯化分成两个阶段,第一步是冶金级纯化,此一过程主要是加入碳,以氧化还原的方式,将氧化硅转换成98% 以上纯度的硅。大部份的金属提炼,像是铁或铜等金属,皆是采用这样的方式获得足够纯度的金属。但是,98% 对于芯片制造来说依旧不够,仍需要进一步提升。因此,将再进一步采用西门子制程(Siemens process)作纯化,如此,将获得半导体制程所需的高纯度多晶硅。
接着,就是拉晶的步骤。首先,将前面所获得的高纯度多晶硅融化,形成液态的硅。之后,以单晶的硅种(seed)和液体表面接触,一边旋转一边缓慢的向上拉起。至于为何需要单晶的硅种,是因为硅原子排列就和人排队一样,会需要排头让后来的人该如何正确的排列,硅种便是重要的排头,让后来的原子知道该如何排队。最后,待离开液面的硅原子凝固后,排列整齐的单晶硅柱便完成了。
然而,8寸、12寸又代表什么东西呢?他指的是我们产生的晶柱,长得像铅笔笔桿的部分,表面经过处理并切成薄圆片后的直径。至于制造大尺寸晶圆又有什么难度呢?如前面所说,晶柱的制作过程就像是在做棉花糖一样,一边旋转一边成型。有制作过棉花糖的话,应该都知道要做出大而且扎实的棉花糖是相当困难的,而拉晶的过程也是一样,旋转拉起的速度以及温度的控制都会影响到晶柱的品质。也因此,尺寸愈大时,拉晶对速度与温度的要求就更高,因此要做出高品质12 寸晶圆的难度就比8 寸晶圆还来得高。
只是,一整条的硅柱并无法做成芯片制造的基板,为了产生一片一片的硅晶圆,接着需要以钻石刀将硅晶柱横向切成圆片,圆片再经由抛光便可形成芯片制造所需的硅晶圆。经过这么多步骤,芯片基板的制造便大功告成,下一步便是堆叠房子的步骤,也就是芯片制造。至于该如何制作芯片呢?
层层堆叠打造的芯片
在介绍过硅晶圆是什么东西后,同时,也知道制造IC 芯片就像是用乐高积木盖房子一样,藉由一层又一层的堆叠,创造自己所期望的造型。然而,盖房子有相当多的步骤,IC 制造也是一样,制造IC 究竟有哪些步骤?本文将就IC 芯片制造的流程做介绍。
在开始前,我们要先认识IC 芯片是什么。IC,全名积体电路(Integrated Circuit),由它的命名可知它是将设计好的电路,以堆叠的方式组合起来。藉由这个方法,我们可以减少连接电路时所需耗费的面积。下图为IC 电路的3D 图,从图中可以看出它的结构就像房子的樑和柱,一层一层堆叠,这也就是为何会将IC 制造比拟成盖房子。
从上图中IC 芯片的3D 剖面图来看,底部深蓝色的部分就是上一篇介绍的晶圆,从这张图可以更明确的知道,晶圆基板在芯片中扮演的角色是何等重要。至于红色以及土黄色的部分,则是于 IC 制作时要完成的地方。
首先,在这裡可以将红色的部分比拟成高楼中的一楼大厅。一楼大厅,是一栋房子的门户,出入都由这裡,在掌握交通下通常会有较多的机能性。因此,和其他楼层相比,在兴建时会比较复杂,需要较多的步骤。在IC 电路中,这个大厅就是逻辑闸层,它是整颗IC 中最重要的部分,藉由将多种逻辑闸组合在一起,完成功能齐全的IC 芯片。
黄色的部分,则像是一般的楼层。和一楼相比,不会有太复杂的构造,而且每层楼在兴建时也不会有太多变化。这一层的目的,是将红色部分的逻辑闸相连在一起。之所以需要这么多层,是因为有太多线路要连结在一起,在单层无法容纳所有的线路下,就要多叠几层来达成这个目标了。在这之中,不同层的线路会上下相连以满足接线的需求。
分层施工,逐层架构
知道IC 的构造后,接下来要介绍该如何制作。试想一下,如果要以油漆喷罐做精细作图时,我们需先割出图形的遮盖板,盖在纸上。接着再将油漆均匀地喷在纸上,待油漆乾后,再将遮板拿开。不断的重复这个步骤后,便可完成整齐且复杂的图形。制造IC 就是以类似的方式,藉由遮盖的方式一层一层的堆叠起来。
制作 IC 时,可以简单分成以上4 种步骤。虽然实际制造时,制造的步骤会有差异,使用的材料也有所不同,但是大体上皆采用类似的原理。这个流程和油漆作画有些许不同,IC 制造是先涂料再加做遮盖,油漆作画则是先遮盖再作画。以下将介绍各流程。
金属溅镀:将欲使用的金属材料均匀洒在晶圆片上,形成一薄膜。
涂布光阻:先将光阻材料放在晶圆片上,透过光罩(光罩原理留待下次说明),将光束打在不要的部分上,破坏光阻材料结构。接着,再以化学药剂将被破坏的材料洗去。
蚀刻技术:将没有受光阻保护的硅晶圆,以离子束蚀刻。
光阻去除:使用去光阻液皆剩下的光阻溶解掉,如此便完成一次流程。
最后便会在一整片晶圆上完成很多IC 芯片,接下来只要将完成的方形IC 芯片剪下,便可送到封装厂做封装,至于封装厂是什么东西?就要待之后再做说明。
纳米制程是什么?
三星以及台积电在先进半导体制程打得相当火热,彼此都想要在晶圆代工中抢得先机以争取订单,几乎成了14 纳米与16 纳米之争,然而14 纳米与16 纳米这两个数字的究竟意义为何,指的又是哪个部位?而在缩小制程后又将来带来什么好处与难题?以下我们将就纳米制程做简单的说明。
纳米到底有多细微?
在开始之前,要先了解纳米究竟是什么意思。在数学上,纳米是0. 公尺,但这是个相当差的例子,毕竟我们只看得到小数点后有很多个零,却没有实际的感觉。如果以指甲厚度做比较的话,或许会比较明显。
用尺规实际测量的话可以得知指甲的厚度约为0.0001 公尺(0.1 毫米),也就是说试着把一片指甲的侧面切成10 万条线,每条线就约等同于1 纳米,由此可略为想像得到 1 纳米是何等的微小了。
知道纳米有多小之后,还要理解缩小制程的用意,缩小电晶体的最主要目的,就是可以在更小的芯片中塞入更多的电晶体,让芯片不会因技术提升而变得更大;其次,可以增加处理器的运算效率;再者,减少体积也可以降低耗电量;最后,芯片体积缩小后,更容易塞入行动装置中,满足未来轻薄化的需求。
再回来探究纳米制程是什么,以14 纳米为例,其制程是指在芯片中,线最小可以做到14 纳米的尺寸,下图为传统电晶体的长相,以此作为例子。缩小电晶体的最主要目的就是为了要减少耗电量,然而要缩小哪个部分才能达到这个目的?左下图中的L 就是我们期望缩小的部分。藉由缩小闸极长度,电流可以用更短的路径从 Drain 端到 Source 端(有兴趣的话可以利用Google 以MOSFET 搜寻,会有更详细的解释)。
尺寸缩小有其物理限制
不过,制程并不能无限制的缩小,当我们将电晶体缩小到 20 纳米左右时,就会遇到量子物理中的问题,让电晶体有漏电的现象,抵销缩小 L 时获得的效益。作为改善方式,就是导入 FinFET(Tri-Gate)这个概念,如右上图。在 Intel 以前所做的解释中,可以知道藉由导入这个技术,能减少因物理现象所导致的漏电现象。
最后,则是为什么会有人说各大厂进入10 纳米制程将面临相当严峻的挑战,主因是1 颗原子的大小大约为0.1 纳米,在10 纳米的情况下,一条线只有不到100 颗原子,在制作上相当困难,而且只要有一个原子的缺陷,像是在制作过程中有原子掉出或是有杂质,就会产生不知名的现象,影响产品的良率。
如果无法想像这个难度,可以做个小实验。在桌上用 100 个小珠子排成一个10×10 的正方形,并且剪裁一张纸盖在珠子上,接着用小刷子把旁边的的珠子刷掉,最后使他形成一个10×5 的长方形。这样就可以知道各大厂所面临到的困境,以及达成这个目标究竟是多么艰巨。
随着三星以及台积电在近期将完成 14 纳米、16 纳米FinFET 的量产,两者都想争夺 Apple 下一代的 iPhone 芯片代工,我们将看到相当精彩的商业竞争,同时也将获得更加省电、轻薄的手机,要感谢摩尔定律所带来的好处呢。
告诉你什么是封装
经过漫长的流程,从设计到制造,终于获得一颗 IC 芯片了。然而一颗芯片相当小且薄,如果不在外施加保护,会被轻易的刮伤损坏。此外,因为芯片的尺寸微小,如果不用一个较大尺寸的外壳,将不易以人工安置在电路板上。因此,本文接下来要针对封装加以描述介绍。
目前常见的封装有两种,一种是电动玩具内常见的,黑色长得像蜈蚣的DIP 封装,另一为购买盒装 CPU 时常见的 BGA 封装。至于其他的封装法,还有早期CPU 使用的PGA(Pin Grid Array;Pin Grid Array)或是 DIP 的改良版QFP(塑料方形扁平封装)等。因为有太多种封装法,以下将对 DIP 以及 BGA 封装做介绍。
传统封装,历久不衰
首先要介绍的是双排直立式封装(Dual Inline Package;DIP),从下图可以看到采用此封装的IC 芯片在双排接脚下,看起来会像条黑色蜈蚣,让人印象深刻,此封装法为最早采用的IC 封装技术,具有成本低廉的优势,适合小型且不需接太多线的芯片。但是,因为大多采用的是塑料,散热效果较差,无法满足现行高速芯片的要求。因此,使用此封装的,大多是历久不衰的芯片,如下图中的OP741,或是对运作速度没那么要求且芯片较小、接孔较少的IC 芯片。
至于球格阵列(Ball Grid Array,BGA)封装,和DIP 相比封装体积较小,可轻易的放入体积较小的装置中。此外,因为接脚位在芯片下方,和DIP 相比,可容纳更多的金属接脚
相当适合需要较多接点的芯片。然而,采用这种封装法成本较高且连接的方法较复杂,因此大多用在高单价的产品上。
行动装置兴起,新技术跃上舞台
然而,使用以上这些封装法,会耗费掉相当大的体积。像现在的行动装置、穿戴装置等,需要相当多种元件,如果各个元件都独立封装,组合起来将耗费非常大的空间,因此目前有两种方法,可满足缩小体积的要求,分别为 SoC(System On Chip)以及 SiP(System In Packet)。
在智慧型手机刚兴起时,在各大财经杂誌上皆可发现SoC 这个名词,然而SoC 究竟是什么东西?简单来说,就是将原本不同功能的IC,整合在一颗芯片中。藉由这个方法,不单可以缩小体积,还可以缩小不同IC 间的距离,提升芯片的计算速度。至于制作方法,便是在IC 设计阶段时,将各个不同的IC 放在一起,再透过先前介绍的设计流程,制作成一张光罩。
然而,SoC 并非只有优点,要设计一颗SoC 需要相当多的技术配合。IC 芯片各自封装时,各有封装外部保护,且IC 与IC 间的距离较远,比较不会发生交互干扰的情形。但是,当将所有IC 都包装在一起时,就是噩梦的开始。IC 设计厂要从原先的单纯设计IC,变成了解并整合各个功能的IC,增加工程师的工作量。此外,也会遇到很多的状况,像是通讯芯片的高频讯号可能会影响其他功能的 IC 等情形。
此外,SoC 还需要获得其他厂商的IP(intellectual property)授权,才能将别人设计好的元件放到SoC 中。因为制作SoC 需要获得整颗IC 的设计细节,才能做成完整的光罩,这同时也增加了SoC 的设计成本。或许会有人质疑何不自己设计一颗就好了呢?因为设计各种IC 需要大量和该IC 相关的知识,只有像Apple 这样多金的企业,才有预算能从各知名企业挖角顶尖工程师,以设计一颗全新的IC,透过合作授权还是比自行研发划算多了。
折衷方案,SiP 现身
作为替代方案,SiP 跃上整合芯片的舞台。和SoC 不同,它是购买各家的IC,在最后一次封装这些IC,如此便少了IP 授权这一步,大幅减少设计成本。此外,因为它们是各自独立的IC,彼此的干扰程度大幅下降。
Apple Watch 采用SiP 技术将整个电脑架构封装成一颗芯片,不单满足期望的效能还缩小体积,让手錶有更多的空间放电池。
采用 SiP 技术的产品,最着名的非 Apple Watch 莫属。因为Watch 的内部空间太小,它无法采用传统的技术,SoC 的设计成本又太高,SiP 成了首要之选。藉由SiP 技术,不单可缩小体积,还可拉近各个IC 间的距离,成为可行的折衷方案。下图便是Apple Watch 芯片的结构图,可以看到相当多的IC 包含在其中。
完成封装后,便要进入测试的阶段,在这个阶段便要确认封装完的 IC 是否有正常的运作,正确无误之后便可出货给组装厂,做成我们所见的电子产品。
“简化芯片设计 软件定义硬件”,无论我们承不承认,SDH是集成电路发展的未来,特别是摩尔定律穷途末路的今天,ARM+FPGA无法打破快速可重构的牢笼,唯速度论没有错,成败的临界有时就是时间,是时候从FPGA的LUT中抽离出来,寻找一些新鲜的东西,深度学习不止是AlphaGo的昙花一现,在有限的芯片面积上实现无限的电路算法,动态可重构才是IC设计的未来。
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