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芯片制造ichaiyang 2024-05-09 17:43 53
芯片制造的难点在于材料和精度制作芯片晶圆的硅虽然来源于沙子,但芯片制造的晶圆要求99.999999999%以上的纯度,目前全球重要有15家硅晶圆厂商垄断了95%以上的高纯度电子级硅晶圆。地球上广泛地分布着硅元素(比如沙子的主要成分就是二氧化硅),但真正能制造晶圆的仅有石英砂,虽然沙子经过提纯也能够制备晶圆,但纯度是远远达不到的。新冠疫苗所用的玻璃引发的全球沙...

芯片为什么难造?

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芯片制造的难点在于材料和精度


制作芯片晶圆的硅虽然来源于沙子,但芯片制造的晶圆要求99.999999999%以上的纯度,目前全球重要有15家硅晶圆厂商垄断了95%以上的高纯度电子级硅晶圆。


地球上广泛地分布着硅元素(比如沙子的主要成分就是二氧化硅),但真正能制造晶圆的仅有石英砂,虽然沙子经过提纯也能够制备晶圆,但纯度是远远达不到的。新冠疫苗所用的玻璃引发的全球沙子不够用的热议,制造高纯度晶圆的沙子同样不够用了,足见材料对于芯片发展的贡献。


说到材料又不得不提到光刻胶,光刻胶同样是精细化工的顶级产物,光刻胶的种类有几十种,而我们只掌握了少数几种,绝大多数还是被少数的巨头垄断着。


芯片最为关键的一环就是芯片制造的设备光刻机,长期以来都要看AMSL的脸色,而且是有价无市,高端的极紫光刻机更是被AMSL垄断着,无人能望其项背。光刻机的光源制备是相当困难的,并且对于光学元件的要求极高,需要将镜片打磨得表面所有坑洼控制在1mm以下,所以也能能解光刻机的晶片为什么选择德国的蔡司。


AMSL的光刻机90%以上的零部件都是进口,比如美国的光栅、瑞典的轴承、法国的阀件等等,可以说是一台光刻机汇聚了全球顶尖智慧产物。但即使给你图纸和所有的零部件也很难调试出能生产芯片的精度,AMSL安装调试需要1年的时间。

技芯片是人类智慧的顶尖成果,难度堪比航天飞机。为什么一颗小小的芯片这么难造?到底难在哪儿呢?

第一,芯片设计难的。要在指甲大小的空间里,放上亿个半导体元件,每个元件都是纳米量级。要知道英特尔研发部门有上万人,80%以上都是博士,可见研发难度之大。

第二,芯片制造也很难,因为尺寸太小,需要通过紫外线加工,俗称“光刻”。目前世界上能做光刻机的厂商屈指可数,一台光刻机也是数亿美元,卖这么贵还供不应求。

第三,资金问题,芯片业同时也是资本密集型产业,技术、资金缺一不可。芯片从研发到标准化生产,花三五年时间都是正常的,这期间需要的研发费用巨大,国外高端芯片厂商研发费用都超过百亿美元。

芯片制造是一种精密制造,对于一般集成度不高的芯片,制造难度并不是很大,例如像我们在上学时学习的数字电路中讲的各种逻辑芯片它们属于低端芯片,制造起来相对容易一些,我们知道由于电子技术发展很快,对芯片的性能要求也越来越高,高性能的芯片就意味着集成度也会提高,集成度越高的芯片它制作的难度就越大。

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