芯片概念
芯片,又稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成電路(英語:integratedcircuit,IC)。是指內(nèi)含集成電路的硅片,體積很小,常常是計算機或其他電子設(shè)備的一部分。
芯片的制造過程
芯片制作完整過程包括芯片設(shè)計、晶片制作、封裝制作、測試等幾個環(huán)節(jié),其中晶片制作過程尤為的復(fù)雜。首先是芯片設(shè)計,根據(jù)設(shè)計的需求,生成的“圖樣”
1、芯片的原料晶圓
晶圓的成分是硅,硅是由石英沙所精練出來的,晶圓便是硅元素加以純化(99.999%),接著是將這些純硅制成硅晶棒,成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料,將其切片就是芯片制作具體所需要的晶圓。晶圓越薄,生產(chǎn)的成本越低,但對工藝就要求的越高。
2、晶圓涂膜
晶圓涂膜能抵抗氧化以及耐溫能力,其材料為光阻的一種。
3、晶圓光刻顯影、蝕刻
該過程使用了對紫外光敏感的化學(xué)物質(zhì),即遇紫外光則變軟。通過控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蝕劑,使得其遇紫外光就會溶解。這時可以用上第一份遮光物,使得紫外光直射的部分被溶解,這溶解部分接著可用溶劑將其沖走。這樣剩下的部分就與遮光物的形狀一樣了,而這效果正是我們所要的。這樣就得到我們所需要的二氧化硅層。
4、摻加雜質(zhì)
將晶圓中植入離子,生成相應(yīng)的P、N類半導(dǎo)體。
具體工藝是是從硅片上暴露的區(qū)域開始,放入化學(xué)離子混合液中。這一工藝將改變攙雜區(qū)的導(dǎo)電方式,使每個晶體管可以通、斷、或攜帶數(shù)據(jù)。簡單的芯片可以只用一層,但復(fù)雜的芯片通常有很多層,這時候?qū)⑦@一流程不斷的重復(fù),不同層可通過開啟窗口聯(lián)接起來。這一點類似多層PCB板的制作原理。更為復(fù)雜的芯片可能需要多個二氧化硅層,這時候通過重復(fù)光刻以及上面流程來實現(xiàn),形成一個立體的結(jié)構(gòu)。
5、晶圓測試
經(jīng)過上面的幾道工藝之后,晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進(jìn)行電氣特性檢測。一般每個芯片的擁有的晶粒數(shù)量是龐大的,組織一次針測試模式是非常復(fù)雜的過程,這要求了在生產(chǎn)的時候盡量是同等芯片規(guī)格構(gòu)造的型號的大批量的生產(chǎn)。數(shù)量越大相對成本就會越低,這也是為什么主流芯片器件造價低的一個因素。
6、封裝
將制造完成晶圓固定,綁定引腳,按照需求去制作成各種不同的封裝形式,這就是同種芯片內(nèi)核可以有不同的封裝形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN等等。這里主要是由用戶的應(yīng)用習(xí)慣、應(yīng)用環(huán)境、市場形式等外圍因素來決定的。
7、測試、包裝
經(jīng)過上述工藝流程以后,芯片制作就已經(jīng)全部完成了,這一步驟是將芯片進(jìn)行測試、剔除不良品,以及包裝。
芯片計量單位是什么
目前芯片的計量單位用PCS或塊都可以形容。計量芯片是計量用電度數(shù)的芯片,它通過前端的電能采集電路和信號調(diào)理電路,把采集的電信號送到電能計量芯片的輸入端口,電能計量芯片內(nèi)部通常集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字處理模塊,并把電參數(shù)儲存參數(shù)輸出寄存器中,通過通訊接口實現(xiàn)與處理器的信息交流。
芯片的發(fā)展
最先進(jìn)的集成電路是微處理器或多核處理器的“核心(cores)”,可以控制電腦到手機到數(shù)字微波爐的一切。存儲器和ASIC是其他集成電路家族的例子,對于現(xiàn)代信息社會非常重要。雖然設(shè)計開發(fā)一個復(fù)雜集成電路的成本非常高,但是當(dāng)分散到通常以百萬計的產(chǎn)品上,每個IC的成本最小化。IC的性能很高,因為小尺寸帶來短路徑,使得低功率邏輯電路可以在快速開關(guān)速度應(yīng)用。
這些年來,IC持續(xù)向更小的外型尺寸發(fā)展,使得每個芯片可以封裝更多的電路。這樣增加了每單位面積容量,可以降低成本和增加功能-見摩爾定律,集成電路中的晶體管數(shù)量,每兩年增加一倍。總之,隨著外形尺寸縮小,幾乎所有的指標(biāo)改善了-單位成本和開關(guān)功率消耗下降,速度提高。但是,集成納米級別設(shè)備的IC不是沒有問題,主要是泄漏電流(leakagecurrent)。因此,對于最終用戶的速度和功率消耗增加非常明顯,制造商面臨使用更好幾何學(xué)的尖銳挑戰(zhàn)。這個過程和在未來幾年所期望的進(jìn)步,在半導(dǎo)體國際技術(shù)路線圖(ITRS)中有很好的描述。
越來越多的電路以集成芯片的方式出現(xiàn)在設(shè)計師手里,使電子電路的開發(fā)趨向于小型化、高速化。越來越多的應(yīng)用已經(jīng)由復(fù)雜的模擬電路轉(zhuǎn)化為簡單的數(shù)字邏輯集成電路。
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