芯片是怎样发明出来的

芯片是怎样发明出来的

芯片制作完整过程包括 芯片设计、晶片制作、封装制作、成本测试等几个环节，其中晶片片制作过程尤为的复杂。 精密的芯片其制造过程非常的复杂首先是芯片设计，根据设计的需求，生成的“图样”1， 芯片的原料晶圆晶圆的成分是硅，硅是由石英沙所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99999%），接着是将些纯硅制成硅晶棒，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需要的晶圆。晶圆越薄，成产的成本越低，但对工艺就要求的越高。2，晶圆涂膜晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力，其材料为光阻的一种。3，晶圆光刻显影、蚀刻该过程使用了对紫外光敏感的化学物质，即遇紫外光则变软。通过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蚀剂，使得其遇紫外光就会溶解。这是可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了，而这效果正是我们所要的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。4、搀加杂质将晶圆中植入离子，生成相应的P、N类半导体。具体工艺是是从硅片上暴露的区域开始，放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式，使每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层，但复杂的芯片通常有很多层，这时候将这一流程不断的重复，不同层可通过开启窗口联接起来。这一点类似所层PCB板的制作制作原理。 更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层，这时候通过重复光刻以及上面流程来实现，形成一个立体的结构。5、晶圆测试经过上面的几道工艺之后，晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。 一般每个芯片的拥有的晶粒数量是庞大的，组织一次针测试模式是非常复杂的过程，这要求了在生产的时候尽量是同等芯片规格构造的型号的大批量的生产。数量越大相对成本就会越低，这也是为什么主流芯片器件造价低的一个因素。6、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，这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN 等等。这里主要是由用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。7、测试、包装经过上述工艺流程以后，芯片制作就已经全部完成了，这一步骤是将芯片进行测试、剔除不良品，以及包装

科普文：芯片的制造过程

芯片可以被称为现代信息产业的粮食，如果没有芯片，所有的信息产品都要停摆。近来美国对华为的制裁，传说中的对中芯国际的制裁，都是想从根本上阻挡中国信息产业的蓬勃发展之势。

芯片是如此的重要，大家也对芯片行业的发展动态十分的关注。故而很多人也想更清楚地了解，芯片到底是如何制造出来的。本文通过一系列动图向你展示整个芯片的制造流程。芯片的诞生过程，可以分为设计、制造、封测三大步。

设计

芯片的诞生总是从设计开始的。下面你所看到的，就是芯片的设计图。

芯片设计图

在芯片设计图中，你可以看到很多这样的符号：

晶体三极管

这些都是晶体管的符号。晶体管有三个管脚，上下两个管脚C和E之间可以流过电流，而中间那个B管脚则是一个开关，决定了C和E之间能否有电流通过。看起来就好像下图一样，

晶体管工作示意图

当然，点按开关的小手指头，只不过是一个可爱的模拟；真实的实现，是通过B管脚的电流来控制，直观来说如下图所示，

晶体管的工作原理

我们都知道，在数字化系统中，信息都有0、1来代表，因此晶体管这种开与关的状态天然与0、1状态相切合，自然而然就成了数字电路中最基本的组成部分。换句话说，用一定数量的晶体管，就能实现我们想要的功能；想要得到更多更好的功能，就要增加晶体管数量。假如我们把芯片比做一栋大厦，那么晶体管就是建设这栋大厦的每一块砖。

一开始，晶体管长成这样：

晶体管

是不是感觉有点占地方？于是，人们就想办法把晶体管做小，就出现了集成电路，也就是芯片。在芯片里，集成了大量的晶体管。对同样面积的芯片来说，每一个晶体管的尺寸越小，能容纳的晶体管数量就越多，芯片功能就越强大。简单来说，晶体管两个管脚之间的距离被定义为线宽，线宽越窄，则晶体管就越小，那么芯片能容纳的晶体管就越多。我们常说某种芯片采用了5纳米或者7纳米的工艺，这里面的5纳米或7纳米指的就是晶体管的线宽。以华为最新的麒麟1020芯片为例，采用的是台积电5nm工艺，晶体管数量达到了惊人的150亿。

麒麟1020是当前世界上最先进的手机处理器

制造

芯片设计好了，该怎么制造呢？芯片是在一块圆型的高纯度硅片上进行制造的，人们管它叫做晶圆（Wafer）。硅的纯度非常高，用于做芯片的硅能达到11个9的纯度，就是99999999999%。

晶圆由高纯度的硅制成

晶圆有不同的直径。随着技术的进步，晶圆的直径总是在增加。大晶圆能生产更多的芯片，更少的浪费，因此能带来更好的制造效率，降低成本。近年来，晶圆的直径从4英寸（100mm）、6英寸（150mm），已经增加到8英寸（200mm）、12（300mm）英寸。未来还会增加到15英寸甚至20英寸。

不同的晶圆尺寸

制造芯片的过程，本质上来说就是在硅材料上实现一个个晶体管的过程。芯片里面的晶体管可以抽象成下图中的模式：

芯片里的晶体管

在硅晶体的上面，需要有一个二氧化硅绝缘层，再上面还有一个导电硅化合物层（图中红色部分），起到开关的作用。晶体管的电流流动模式如下图所示：

晶体管内的电流流动

整个芯片的制造过程分为很多细小的步骤。首先晶圆要放进加热炉（Furnace）里，炉子的温度有1000℃，目的是将晶圆表面氧化，形成二氧化硅绝缘层。

晶圆被放进加热炉中氧化

然后，在晶圆表面涂上光刻胶，这是为了进行晶圆曝光做准备。

IC芯片工作原理

一、根据芯片上集成的微电子器件的数量，集成电路（芯片）分为以下六类：小型集成电路，中型集成电路，大规模集成电路，超大规模集成电路，极大规模集成电路，GLSI等。

最先进的集成电路是微处理器或多核处理器的核心。

根据电路特点，集成电路分为模拟集成电路、数字集成电路和混合信号集成电路。

半导体集成电路工艺，包括以下步骤：光刻，刻蚀，薄膜（化学气相沉积或物理气相沉积），掺杂（热扩散或离子注入），化学机械平坦化CMP。

二、芯片制造如同盖房子，以晶圆作为地基，层层往上叠。没有设计图，拥有再强制造能力都没有用，因此芯片设计师很重要。

在IC生产流程中，IC多由专业IC设计公司进行规划、设计，比如联发科、高通、Intel等。IC设计中，最重要的步骤就是规格制定。类比盖房子，先要决定要几间房子，有什么建筑法规要遵守，在确定好所有功能后再进行设计，这样才能免去后续多次修改的麻烦。

规格制定的第一步便是确定IC的目的、效能为何，对大方向做设定。接着是察看有哪些协定需要遵守，比如无线网卡的芯片就需要符合IEEE 80211规范，不然，就无法与市面上其他设备连线。最后确定IC的制作方法，将不同欧冠功能分配成不同单元，并确立不同单元间连接的方法，如此便完成规格的制定。

接着便是设计芯片的细节，就先初步记下建筑的规画，将整体轮廓描绘出来，方便后续制图。在IC 芯片中，使用硬体描述语言（HDL）将电路描写出来，常使用的HDL有Verilog、VHDL等，使用程式码可轻易的将IC功能表达出来。

有了完整规画后，接下来便是画出平面设计蓝图。在IC设计中，逻辑合成便是将确定无误的HDL code，放入电子设计自动化工具（EDA tool），让电脑将HDL code转换成逻辑电路，并反复修改至无误。

最后，将合成的程式码再放入另一套EDA tool，进行电路布局和绕线。

参考文章：芯片到底是什么？>

芯片的工作原理是：将电路制造在半导体芯片表面上从而进行运算与处理的。

集成电路对于离散晶体管有两个主要优势：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术，作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管。

IC芯片(Integrated Circuit Chip)是将大量的微电子元器件（晶体管、电阻、电容等）形成的集成电路放在一块塑基上，做成一块芯片。IC芯片包含晶圆芯片和封装芯片，相应 IC 芯片生产线由晶圆生产线和封装生产线两部分组成。

芯片中的晶体管分两种状态：开、关，平时使用1、0 来表示，然后通过1和0来传递信号，传输数据。芯片在通电之后就会产生一个启动指令，所有的晶体管就会开始传输数据，将特定的指令和数据输出。

扩展资料

根据一个芯片上集成的微电子器件的数量，集成电路可以分为以下几类：

1、小型集成电路（SSI英文全名为Small Scale Integration）逻辑门10个以下或 晶体管100个以下。

2、中型集成电路（MSI英文全名为Medium Scale Integration）逻辑门11~100个或 晶体管101~1k个。

3、大规模集成电路（LSI英文全名为Large Scale Integration）逻辑门101~1k个或 晶体管1,001~10k个。

4、超大规模集成电路（VLSI英文全名为Very large scale integration）逻辑门1,001~10k个或 晶体管10,001~100k个。

5、极大规模集成电路（ULSI英文全名为Ultra Large Scale Integration）逻辑门10,001~1M个或 晶体管100,001~10M个。

6、GLSI（英文全名为Giga Scale Integration）逻辑门1,000,001个以上或晶体管10,000,001个以上。

参考资料来源：百度百科——IC芯片

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