单片机芯片是在在硅片上制作PN结和电路。下面从硅片出发,说说国内单片机芯片的制作过程和中国所处的水平。
国内单片机芯片制程
1.国内单片机芯片:硅
硅氯化了再蒸馏,可以得到纯度很高的硅,切成片就是我们想要的硅片。太阳能级硅纯度要求达99.9999%,而电子级别硅纯度要求达99.999999999%,几乎依赖进口,知道2018年国内单片机芯片也已研发出来了,目前已经实现量产。高纯硅的传统霸主依然是德国Wacker和美国Hemlock(美日合资),国内单片机芯片任重而道远。
2.国内单片机芯片:晶圆
硅提纯时需要旋转,然后进行切割成晶圆。晶圆加工的过程有点繁琐。
首先在晶圆上涂一层感光材料(见光融化),光刻机提供精准的光线,在感光材料上刻出图案,让底下的晶圆裸露出来。然后,用等离子体这类东西冲刷,裸露的晶圆就会被刻出很多沟槽,这套设备就叫刻蚀机。在沟槽里掺入磷元素,就得到了一堆N型半导体。完成之后,清洗干净,重新涂上感光材料,用光刻机刻图,用刻蚀机刻沟槽,再撒上硼,就有了P型半导体。
这块晶圆上的小方块就是芯片。芯片放大了看就是成堆成堆的电路,这些电路并不比那台30吨计算机的电路高明,最底层都是简单的门电路。只是采用了更多的器件,组成了更庞大的电路,运算性能自然就提高了。
3.国内单片机芯片:设计与制造
用数以亿计的器件组成庞大的电路,所以芯片的设计异常重要,重要到了和材料技术相提并论的地步。单片机芯片设计不光要烧钱,也需要时间沉淀,属于“烧钱烧时间”的核心技术。外国、台湾、大陆三方,最落后的就是大陆,产品多集中在家电遥控器之类的低端领域,手机、电脑这些高端单片机芯片几乎空白!
后来随着芯片越来越复杂,设计与制造就分开了,有些公司只设计,成了纯粹的芯片设计公司。如,美国的高通、博通、AMD,中国台湾的联发科,大陆的华为海思、展讯等。
国内单片机芯片:核心设备
单片机芯片良品率取决于晶圆厂整体水平,但加工精度完全取决于核心设备,就是前面提到的“光刻机”。光刻机,荷兰阿斯麦公司(ASML)横扫天下,谁先买到阿斯麦的光刻机,谁就能率先具备7nm工艺。
国内单片机芯片:封测
芯片做好后,得从晶圆上切下来,接上导线,装上外壳,顺便还得测试,这就叫封测。
国内大陆的三大封测巨头,长电科技、华天科技、通富微电,混的都还不错,毕竟只是芯片产业的末端,技术含量不高。
国内单片机芯片—中国“芯”
国内单片机芯片的硅原料、芯片设计、晶圆加工、封测,以及相关的半导体设备,相较国外,还是在路上的状态,有突破,但软肋也很多。国务院印发的《集成电路产业发展纲要》明确提出,2030年集成电路产业链主要环节达到国际先进水平,一批企业进入国际第一梯队,产业实现跨越式发展。
当前,国内单片机芯片的总体水平差不多处在刚刚实现零突破的阶段,虽然市场份额微乎其微,但是国内单片机芯片在各个领域都有涉及,前景值得期待。
作为国内单片机开发设计的深圳英锐恩科技有限公司,专注单片机开发,根据市场的各个领域开发适合的单片机芯片,致敬国产单片机芯片。