你知道芯片的制作过程吗？

发布人：电巢时间：2022-11-27 来源：工程师发布文章

近来华为海思再次发力，成功自主研发了OLED的驱动芯片，并且已经成功流片。流片的意思就是试生产已经成功，接下来就可以导入量产阶段。这个驱动芯片是手机和大屏电视面板的核心零部件，这并不是处理器芯片，但是它的开发成功也打破了三星在该领域的垄断，在芯片领域也算是一个小小的里程碑了。

关于华为、关于光刻机、关于芯片，我们天天在各种渠道的媒体上看到，ASML的EUV 光刻机不给我们发货了，美国又限制我们的半导体企业了，台积电又不给我们生产芯片了等等。每个人对中国的芯片行业非常的关注，可是我们所了解到的信息都是很零散的，对芯片的整个制造过程，并没有一个完整的认识。在芯片产业中我们有哪些短板、有哪些长处、各个工艺阶段在世界上所处的真实水平有多高，这些问题似乎都是模棱两可，并没有一个清楚的认识。我们不是专业搞芯片设计的，所以不必去钻研芯片制造过程中的具体参数是多少，但是作为每一个关心中国芯片发展的人，都应该去了解一下我们自己的芯片产业到底是怎样的。

芯片制造的流程大致可以分为硅片制造、芯片制造和封装测试三个阶段。在这里我们只从大类上来看，如果要细分的话里边有成千上万道工序。

工业硅

我们先来说硅片制造。沙子是我们手机芯片的最初始的原料。那门们就一起来见证一下沙子是如何变成芯片的吧！沙子的成分是二氧化硅，我们想要得到芯片就要先从沙子里提炼出纯度比较高的硅，而且这种粗加工的硅，也叫工业硅，这种硅的纯度在98%以上，含有不少的其他元素杂质。当然了这个也的确没啥技术含量，中国在这个领域可以说是一骑绝尘，全球78%的工业硅的产能都在中国。

高纯度硅

接下来就要对工业硅进行提纯，也就是需要得到芯片级别的高纯度硅，这个纯度需要有多高呢？99.999999999%，这纯度够高吧，相应的技术含量就立马提高了很多，而这个领域的玩家就立马变了。市场份额第一的是美国公司，第二是德国公司，第三四五都是日本公司，中国玩家就立马不见了踪影，所以这是中国在整个芯片产业链中第一个受制于人的领域。

硅晶圆

有了高纯度的硅，那接下来就要制造硅晶片了，硅晶片的制造依然是一个非常难的。制造过程难到什么程度，全世界只有很少的公司能够做出这种电子级的硅晶圆，而其中前5家公司就占了92%的市场份额，由于芯片的需求量巨大而受制于硅晶圆的产能有限，所以硅晶圆的价格几乎是每个季度都在上涨，而中国作为全世界最大的电子品消费市场，谁多掏钱又流到了谁的口袋就不言而喻了。中国虽然也具有晶圆的生产能力，但受制于技术和产能的原因供应量实在是太小了。

芯片设计

有了硅晶圆就要在硅晶圆上制造芯片了，但在这之前，你必须要有芯片的图纸才能在硅晶圆上造出芯片，那就需要有芯片的设计能力。而在全球芯片设计的产业分布上，美国的芯片设计独占半边天，我们熟悉的高通、博通、英伟达都是这类公司，当然中国也有一席之地，比如我们开头所提到的华为海思，其设计的麒麟芯片可以称得上是全球顶级的手机芯片了。但是这样的比例也不是一成不变的，大陆地区的芯片企业营收的增长率在六大地区中，可谓是一骑绝尘，虽然绝对数额差距不小，但这种差距正在快速缩小。

设计软件

在芯片设计领域，我们必须提到一个细分领域，就是芯片设计软件EDA，我们都知道芯片的设计跟我们平常制图一样都需要使用到软件，而设计芯片的时候就必须要用到EDA软件，也就是电子设计自动化软件。芯片的电路设计、性能分析、设计芯片版图等等的工作需要，但是，这个软件经过市场的大浪淘沙之后基本被美国三家公司垄断了。而就在前年，这三家美国公司都被美国裹挟着，与华为暂停了业务往来。也就是说，华为海思将不能够使用这三家公司的EDA软件来设计芯片。

光罩

在芯片完成设计之后，从电脑软件上的图纸转变为实体的第一步，就是要制造一个光罩

也叫做掩模板。这个跟照相机的底片非常类似，你有一张底片就可以冲洗出无数张的照片，而这个光罩，就是利用激光刻蚀技术，在一张以石英玻璃为衬底其上镀了一层金属铬和感光胶，把电脑上的图刻在石英板上，成为一个模板。当然了，我们在这里说起来很简单，但实际上也是一个高门槛、高技术的活。全球95%的市场基本都被韩国和日本所覆盖，而我们国家处于第六名的清溢光电，虽然占据的份额很小，但未来可期。

光刻

咱们先来看一下整个光刻的原理，整个过程其实跟我们冲洗照片非常类似。刚才说的制作好的光罩，就相当于一个照片的底片，通过光源照射在凸透镜上产生平行光，然后再经过下方的透镜把光线缩微照射在工作台上的晶圆上，晶圆上涂有光刻胶，光刻胶在被光线照射后化学性质发生了变化，被显影容易溶解掉，剩下的就是跟光罩上一样的电路图了，只不过成了缩小版的在这个大的晶圆上移动一下位置，就制造好一个芯片，所以这个大晶圆上就会造出很多个芯片。

光刻机

要想实现这个过程必不可少的肯定是光刻机，这个大家肯定是耳熟能详的，最知名的肯定就是荷兰的ASML，全球的光刻机市场前三位就占据了93%的市场份额,但中国也有自己的光刻机,上海微电子今年刚成功研发出了28纳米的光刻机,但是紧接着ASML就对旗下的28纳米的光刻机进行大降价，对上海微电子进行打压，在光刻机这条路上道长且阻。

光刻胶

在光刻的时候有一种非常重要的耗材就是光刻胶。它是光刻工艺的核心材料。这种材料主要被日本企业所垄断。美国仅有一家陶氏市占率仅为15%。因为80年代的时候，美国对日本发起了半导体大战，日本半导体产业遭受了巨大的打击，之后就另辟蹊径，从材料科学下手，如今成为了整个半导体产业的最上游。想象去年的日韩贸易战，日本断供材料给三星，三星就只能干瞪眼了，再牛的技术没材料都白扯，我们再来看看中国的光刻胶，国产化率着实是不高，大部分还是要进口的。

封装和测试

当在晶圆上刻蚀出芯片之后就需要进行后道工序了。首先要拿到封测上进行封装和测试。封装就是把一个大晶圆上的一个个的小芯片切割下来，然后进行电镀、接通信号等等的操作，使其具有各种功能，最终的产品就是我们手机里处理器的样子了，然后就是测试测试电流、散热线路、连通性等等的这些功能，把不合格的产品给筛选出来，当然了这个封装和测试的技术含量似乎的确是没有制造难度那么高，这个领域的中国玩家也就多了起来除了一个安靠是来自美国，其他的基本都是台湾地区和大陆地区的封测厂。