03.01 手機芯片體積小,是如何製造的?

幹彬


手機芯片別看小,這可是積累了人類許多方面最高科技的結晶,現在的手機芯片遠遠不僅僅是個CPU處理器這麼簡單,其中還有GPU、ISP圖像處理器、通訊基帶、各類傳感器等等,就因為這一枚小小的芯片,使得我們的智能手機功能如此強大。

說到手機芯片製造,現在我們用的手機芯片無論是來自高通,還是來自華為、三星、蘋果,它們的芯片架構都是來自於英國一家名叫ARM的公司,ARM本身不製造芯片,但是專門負責設計和授權arm芯片架構,這種架構製造的手機芯片性能強,功耗低,非常適合用於手機產品,而蘋果、華為等廠商都是從ARM公司買來最新的芯片架構授權,可能直接拿來稍做加工就投入生產,也可能會對其中一部分加以改造優化,以得到更好的性能,所以多年來,我們用的手機本質上都是採用了ARM的芯。

花錢買來ARM架構以後,比如華為會把自身的基帶技術融入其中,使麒麟芯片擁有更好的通訊功能,蘋果會把自己研發的GPU融入其中,使A11芯片獲得更好的圖形性能,這些都是廠商們對自身芯片的定製,芯片設計完工後,就準備拿到半導體制造公司準備製造。

手機芯片和電腦芯片一樣,都屬於半導體芯片,它們都是由沙子為原材料,經過不斷的加工、提煉製作而成的,這樣說來簡單,實際過程非常複雜,僅僅是關鍵的高端光刻機,就只有荷蘭能夠生產,全球擁有芯片代工生產能力的廠商也就那麼幾家。

首先手機芯片廠商要和芯片製造商溝通合作,用合適的工藝來把芯片製造出來,比如說22nm工藝、10nm工藝等等,數字越小的工藝越先進,晶體管密度越大,芯片相對越小,越能在同樣體積下獲得更好的芯片性能和低功耗,當然價格也會更貴。對於手機芯片產品來說,廠商們為了追求自家芯片的先進性,一般都會盡量採用最先進的生產工藝。

手機芯片是要嚴格控制大小的,這一點受到手機空間和手機散熱和續航的限制,並且先進的生產工藝價格很貴,每一枚芯片最終都是在一塊圓形的晶圓上一顆一顆切割出來的,晶圓大小固定,而且上面具有一定損壞幾率,越小的芯片產量越大,成本越低,投入市場的成功率越高,所以大部分手機芯片廠商都是在保證芯片性能足夠的情況下儘量把面積做小。

芯片完工後會進行一系列測試,比如性能測試、溫度測試等等,測試合格的芯片就會交給封裝廠封裝,封裝的目的一是為了保護芯片,二是為了方便裝配在手機主板上。封裝好之後的芯片就可以交付給手機廠商來測試裝配了。

這樣,一款手機芯片加上配套的內存、閃存、主板、傳感器等設備,終於可以在手機上正常運作,最終做成我們所見的手機和其它電子產品,至此,這顆芯片便完成了整個生產製造的任務。


嘟嘟聊數碼


答:手機芯片的精密,得益於集成電路的發明,而集成電路是CPU,GPU,通訊基帶,主板,傳感器等等,幾乎所有電子設備的基礎。




其中CPU的製造技術,可以說是尖端中的尖端,已經不是筆尖刻字那麼簡單,而是筆尖上寫書!

比如14nm製程的CPU,在一根頭髮絲寬度上,就集成了上萬條電路,整塊手機CPU包含了幾十億個晶體管。


而芯片的製造,需要非常先進的設備,比如荷蘭ASML生產的光刻機,就被當前世界最尖端的設備,而且沒有之一!ASML一臺先進的光刻機,賣價1億歐元,而且還對中國大陸禁售,實行技術封鎖。





我們來簡單看看,芯片製造的主要流程:

1、首先沙子中提取硅,反覆提純,得到超高純度硅晶體;

2、晶體做成圓柱形後切片,得到的薄片稱之為晶圓;



3、鍍膜與刻蝕,期間包括光刻,離子注入,幹刻蝕,溼刻蝕,熱處理,溼洗,等等數十道非常複雜的操作,精度都在納米級別;

4、最終在晶圓上,集成了數以千億的晶體管,再進行切片,得到單個芯片;

5、最後完成測試和封裝。



以上最主要的,就是第三步,其中光刻機發揮了關鍵作用,每個CPU的電路都有十幾層,每層的單個線路精確到納米,顯微圖像如下圖:



CPU的基本單位非常簡單,就是一些基本“與非或”門路,然後數以十億的邏輯門路,集成在指甲大小的硅片上,其製造難度可想而知。


目前高端的光刻機,只有荷蘭ASML和日本尼康與佳能生產,最尖端的光刻機,只有ASML能生產,我國自主產權的光刻機還處於中低水平。



中國受《瓦森納協議》的制約,尖端的光刻機中國有錢都買不到,加上前面幾十年我國對芯片產業的重視程度不夠,使得現在處處受人制約,芯片發展道路可謂非常坎坷。


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