芯片制造流程详解,具体到每一个步骤

芯⽚制造流程详解,具体到每⼀个步骤这篇要讨论的重点则是半导体产业从上游到下游到底在做些什么。先来看⼀下关联图:
单兵作战系统图⽚来源:⾃制
我们先从⼤⽅向了解,之后再局部解说。
半导体产业最上游是IC设计公司与硅晶圆制造公司,IC设公司计依客户的需求设计出电路图,硅晶圆制造公司则以多晶硅为原料制造出硅晶圆。中游的IC制造公司主要的任务就是把IC设计公司设计好的电路图移植到硅晶圆制造公司制造好的晶圆上。完成后的晶圆再送往下游的IC封测⼚实施封装与测试,即⼤功告成啰!
局部解说开始!
(1)硅晶圆制造
半导体产业的最上游是硅晶圆制造。事实上,上游的硅晶圆产业⼜是由三个⼦产业形成的,依序为硅的初步纯化→多晶硅的制造→硅晶圆制造。
硅的初步纯化:
将⽯英砂(SiO2)转化成冶⾦级硅(硅纯度98%以上)。
⽯英砂。资料来源:农村信息⽹
多晶硅的制造:
将冶⾦级硅制成多晶硅。这⾥的多晶硅可分成两种:⾼纯度(99.999999999%,11N)与低纯度(99.99999%,7N)两种。⾼纯度是⽤来制做IC等精密电路IC,俗称半导体等级多晶硅;低纯度则是⽤来制做太阳能电池的,俗称太阳能等级多晶硅。
多晶硅。资料来源:太阳能单多晶硅材料
硅晶圆制造:
将多晶硅制成硅晶圆。硅晶圆⼜可分成单晶硅晶圆与多晶硅晶圆两种。⼀般来说,IC制造⽤的硅晶圆都是单晶硅晶圆,⽽太阳能电池制造⽤的硅晶圆则是单晶硅晶圆与多晶硅晶圆皆有。⼀般来说,单晶硅的效率会较多晶硅⾼,当然成本也较⾼。
硅晶圆。资料来源:台湾研准股份有限公司
(2)IC设计
前⾯提到硅晶圆制造,投⼊的是⽯英砂,产出的是硅晶圆。IC设计的投⼊则是「好⼈」们超强的脑⼒(和肝),产出则是电路图,最后制成光罩送往IC制造公司,就功德圆满了!
不过,要让理⼯科以外的⼈了解IC设计并不是件容易的事(就像要让念理⼯的⼈了解复杂的衍⽣性⾦融商品⼀样),作者必需要经过多次外出取材才有办法办到。这⾥先⼤概是⼀下观念,请⼤家发挥⼀下你们强⼤的想像⼒!
远程监控安防简单来讲,IC设计可分成⼏个步骤,依序为:规格制定→逻辑设计→电路布局→布局后模拟→光罩制作。
规格制定:
品牌⼚或⽩牌⼚(没有品牌的品牌⼚)的⼯程师和IC设计⼯程师接触,并开出他们需要的IC的规格给IC设计⼯程师 (譬如说,第⼀个脚位和第⼆个脚位相加要等于第九个脚位)。讨论好规格后,⼯程师们就开始快乐的⼯作啰!
逻辑设计:
藉由软件的帮助,⼯程师们终于完成了逻辑设计图了,来看⼀下:
控制器逻辑图,资料来源:这⾥
所谓的「逻辑」设计图,就是指它是由简单的逻辑元件构成,⽽不是由半导体种类这篇提到的恶⼼的半导体电路元件 (如⼆极体、电晶体等,忘记得去复习⼀下喔!)所构成。什么是逻辑元件呢?像是AND Gate(故名思意,两个输⼊都是1的话,输出才是1,否则输出就是0),OR
Gate(两个输⼊只要有⼀个输⼊是1,输出就是1)等。逻辑元件会在IC设计单元再和⼤家做进⼀步的介绍。
电路布局:
基本上,就是利⽤软件的帮助,把友善的逻辑设计图,转化成恶⼼的电路图。如图:
积体电路图。图⽚来源:ddvip
⼤家应该很熟悉吧!⾥⾯⼤部分都是我们在半导体种类是到的⼆极体和电晶体啰!
布局后模拟:
就是再经由软件测试看看,结果是不是和当初「规格制定」是⼀样的结果啰!
光罩制作:
电路完成后,再把电路制作成⼀⽚⽚的光罩就⼤功告成啰!完成后的光罩即送往IC制造公司。来看⼀下光罩长什么样⼦吧!
光罩。图⽚来源:这⾥
智能浴缸(3) IC制造
IC制造的流程较复杂,但其实IC制造就只做⼀件事⽽已:把光罩上的电路图转移到晶圆上。它的过程其实和传统相⽚的制造过程⾮常类似 (当然,精密度差太多了)!你如果上⽹google⼀下「IC制造」,会看到很多⽕星⽂的资料,保证你看不懂那些流程到底代表什么意思。
IC制造的步骤是这样⼦的:薄膜→光阻→显影→蚀刻→光阻去除,然后不断的循环数⼗次。我们来看⼀下⽰意图
IC制程。图⽚来源:财报狗产业分析师Jeff
薄膜:
镀上⾦属(实际上不⼀定是⾦属)
光阻:
导电碳油在晶圆上涂上⼀层光阻(感光层)
显影:
⽤强光透过「光罩」后照在晶圆上。这样的话,除了「电路」该出现的部分,其余光阻的部分是不是都照到光了?
蚀刻:
把没有光阻覆盖的薄膜冲蚀
光阻去除:
把上⾯的光阻去除,留下的薄膜部分就是电路图了!(这⾥假设电路图就是「⼀长条」⽽已,实际情况当然较复杂啰!)
很简单吧!当然,实际的过程没那么简单。实际的情形是光罩是由好⼏⼗层构成的,⽽每层需要的材质也不⼀样。也就是说,薄膜那⼀层需⽤不同的材质。譬如说,SiO2。
有趣吧!以上都只是前菜,在「半导体制程」单元会有更详细的介绍喔!
氧气推车(4)IC封测
IC制造⼚商完成的IC⼤致如下图:
晶圆完成品。图⽚来源:中国科普博览
这⼀⽚⽚的晶圆完成品就被送往IC封测⼚,实⾏IC的封装与测试。
封装:
封装的流程⼤致如下:切割→黏贴→焊接→模封。
先讲⼀下观念好了,来看个CPU吧!
CPU。图⽚来源:tom's hardware
图⽚中央的就是CPU。CPU很⼤⼀个,但仔细看,中间那个⾦属部分才是CPU裸晶(⼜称晶粒,即未封装前的IC)的真正⼤⼩喔!其余的部分就是所谓的印刷电路板-PCB啰!
好!可以开始讲IC封装了!
大锅抗干扰
切割:
第⼀步就是把IC制造公司送来的⼀⽚⽚晶圆切割成⼀颗颗长⽅形的IC啰!
黏贴:
把IC黏贴到PCB上
焊接:
故名思义,把IC的⼩接脚焊接到PCB上,这样才和⼤PCB(如主机板)相容喔!
模封:
故名思义,就是把接脚模封起来。最近很hot的题材-BT树脂,就是⽤在这⾥喔!
有感觉吗?来看个图就较清楚了:
IC成品。图⽚来源:电⼦⼯程专辑
如图,中间的是晶粒,往外接到PCB上。
这样就⼤致完成啰!详细的封装与测试流程图,我们在IC封测单原会详细介绍,敬请期待啰!

本文发布于:2024-09-21 15:32:03,感谢您对本站的认可!

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