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芯片有多难造?一文看懂国产芯片产业链

9月19号,科技巨头华为公司将在德国慕尼黑发布新手机Mate 30系列。这其中,除了多摄像头,大电池,快充之外,还将首发麒麟990系列芯片
自从去年开始,芯片问题便一直是大家关注的焦点。这次华为采用麒麟990系列芯片,为台积电最先进的7nm+ EUV工艺制程,并且集成5G基带(支持SA和NSA双模)。技术性能全球领先。它也是世界第一款晶体管数量超过103亿的移动终端芯片。

你能想象一台小小的手机里面的一块指甲大小的芯片上,居然集中了103亿的晶体管吗?多么的拥挤!这可比在北上广深挤地铁舒服多了吧。

那么,今天我们来研究下芯片这个产业链。

芯片

芯片就如同人的心一样,在手机,电脑等电子设备中发挥很大作用。
它就是把晶体管,二极管,电阻,电容和电感等元件通过一定的布线方法,连接在一起,组成完整的电子回路,并制作在半导体晶片或介质基片上,然后封装在管壳内,使之成为具有电路功能的微型结构。

芯片诞生记

芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节,其中晶片制作过程尤为的复杂。
1)首先是芯片设计,根据设计的需求,生成"图样"。

2)其次是晶片制作。

过程还是相当复杂。主要原料是硅,简单点讲,就是将灰头灰脸的"硅姑娘"变成"硅公主"的过程。

为什么用硅,当然事出有因啦。一是它的资源多。中,它是第二丰富的元素,构成地壳的26.4%,仅次于第一位的氧(49.4%),它可从石英砂里面提取;二是它的半导体性能好。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半导体;掺入微量的第VA族元素,形成n型半导体,导电性易控。

"硅姑娘"要变成"硅公主",晋级之路是充满艰辛。具体是这样的。

硅元素先纯化,接着是将这些纯硅制成硅晶棒,成为制造集成电路的石英半导体的材料,将其切片就是芯片制作具体所需要的晶圆

晶圆接下来要涂膜,能抵抗氧化以及提高耐温能力。

然后将晶圆、,过程有点类似相机曝光。接着植入离子,生成相应的P、N类半导体,形成一个立体的结构。打个比方,就是在一平方厘米的地方建高层写字楼一样,难度可想而知。

再接下来,晶圆测试,对每个晶粒进行电气特性检测。然后封装,将制造完成晶圆固定,绑定引脚,按照需求去制作成各种不同的封装形式,

经过上述工艺流程以后,芯片制作就已经全部完成了,最后是将芯片进行测试、剔除不良品,以及包装。

芯片过程,其实还有很多细节和不断重复的步骤,做起来比看起来复杂太多了。

我国造芯到底有多难?

只能说,与国外先进技术水平相比,技术差距还有不短的年份。
这里面,差距最大的当属制造环节,比如光刻技术。光刻机设备我们落后了太多。我们经常说的芯片用的是多少纳米工艺,比如50nm,14nm,7nm,5nm等等,其实一般就是指光刻技术带来的差异了。

目前,世界上80%的光刻机市场被荷兰ASML公司占据。而在EUV光刻机领域,目前处于绝对垄断地位,市占率为100%,处于独家供货的状态。光刻机按照使用的光源不同,可以分为DUV光刻机和EUV光刻机。DUV是Deep Ultra Violet,即深紫外光;EUV是Extreme Ultra Violet,即极紫外光。DUV光刻机的极限工艺节点是28nm,要想开发更先进的制程,就只能使用EUV光刻机了。

一台光刻机价格超过1亿美元,非常昂贵。有人说,直接从荷兰买不就行了,不差钱!不好意思,先进的人家不卖。为什么不卖?这个就不直说了。像老歌词写的:不是你想买,想买就能买。目前绝大部分高端芯片还是依赖进口。

所以这也是为什么华为麒麟990系列芯片如此受市场瞩目的原因。

芯片价值链

根据IMF测算,每1美元半导体芯片的产值可带动相关电子信息产业 10 美元产值,并带来100美元的GDP,这种价值链的放大效应奠定了半导体行业在国民经济中的重要地位。从2013年到2018年,全球半导体市场规模从3,056 亿美元迅速提升至4,688 亿美元,年均复合增长率达到8.93%。根据 IC Insights 统计,从2013 年到2018 年仅中国半导体集成电路市场规模就从820亿美元扩大至 1,550 亿美 元,年均复合增长率约为13.58%。可以看出,这是个非常巨大的市场。

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