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什么是半导体芯片


在半导体片材上进行浸蚀,布线,制成的能实现某种功能的半导体器件叫做半导体芯片。半导体芯片的材料不仅是硅,常见的还包括锗、砷化镓(砷化镓有毒,所以不要好奇分解一些劣质电路板)等半导体材料。半导体也像汽车有潮流。二十世纪七十年代,因特尔等美国企业在动态随机存取内存(D-RAM)市场占上风。但由于大型计算机的出现,需要高性能D-RAM的二十世纪八十年代,日本企业名列前茅。


半导体芯片行业发展状况


中国半导体晶圆代工产能缺口大,技术制程相对国外领先企业落后2~3代。2016年全球半导体晶圆代工企业28纳米及以下节点占收入的40%。然而国内最先进的代工厂中芯国际仅能实现28纳米生产(占营收比例相对较低),14纳米技术尚在研发中,仍落后全球领先企业2~3代。中国IC自主生产量与消耗量差异极大,自给率仍然处于较低水平。因此国内自2014年《集成电路发展纲要》发布以来,各地陆续新建大量晶圆代工厂,以满足国内市场需求。


国内新建多座晶圆制造产能,“十三五”期间将陆续投产。全球将于2017-2020年间投产62座半导体晶圆厂,其中26座设于中国大陆,占全球总数的42%。随着摩尔定律演进速度放缓,集成电路产业发展将从技术驱动走向应用驱动。2017年 ISSCC 的主题是 Intelligent Chips for A Smart World,从中可以看出物联网和人工智能是集成电路未来的发展方向。未来半导体新增长点主要来自:智能汽车、物联网、VR/AR、5G、人工智能等应用。


半导体芯片原理与制造流程


中国半导体芯片公司


我国集成电路公司进入半导体芯片市场很晚,几乎是落后世界20年,而半导体公司极度依靠规模和产品周期,所以一直处于追赶状态。在2014年之前,中国政府曾经几次试图做大做强本土半导体产业,但都无果而终。2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》出台,同时,伴随中国经济的30多年快速发展,私营市场的力量已不可忽视。中国本土无厂半导体公司正脱颖而出,海思、展讯、瑞芯微、全志等算是逐步往上走了,尤其是上海展讯、深圳海思已经进入全球前二十行列。


半导体芯片创业门槛太高,哈佛斯坦福一个毕业生就可以搞10亿+的互联网公司,有一个微电子的案例吗?没有。所以也不要期待中国能马上满地开花。但是总体上中国微电子在上台阶。阻挡中国微电子的主要是钱。中国GDP虽然到了世界第二,但是中间吃穿比例较高,但是10年后,可能就不一样了,钱会更多了。比10年前,我们进步很多了。


半导体芯片的工作原理


半导体芯片工作原理


几乎所有人都或多或少使用过内部芯片芯片的产品,比如手机、电脑,甚至家用电器。然而很多人却不明白,为什么电脑上的程序,下载到了芯片里,芯片就可以按照用户所设定的逻辑运行起来了。


其实芯片只有一种连接外界的途径,那就是引脚。引脚有两个作用,一种是输入,用来监控外界的状态,一种是输出,用来操控外界。无论是外部中断,还是串口接收…..都是输入的一种特殊状态, 而无论是串口输出,PWM…. 也都只不过是输出的一种特殊形式而已。


晶圆是芯片的核心,晶圆其实就是一片硅片,然后在上面刻录凹槽,填充介质,使芯片可以形成千万级或者更多的三极管。 

(数字电路)各种门和寄存器组合就可以形成各种各样加法器,触发器……

(模拟电路)学过模拟电路同学都知道,三极管可以工作在截至区,放大区,和饱和区。而且我们可以使用三极管组成与,非,或等数字门电路。


简单的说,半导体芯片的工作原理就是 n多三极管->n多各种门->n种基本电路->芯片


而我们编写的程序,最后也都是各种二进制文件010101001010010010 ,通过他们去控制三极管的开启和关闭,那么芯片的世界就按照我们设定的逻辑运行起来了。


半导体芯片制作工艺流程


芯片制作完整流程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节,其中以晶片制作过程尤为的复杂。


1)芯片设计:根据设计的需求,生成的“图样”,芯片设计的流程一般先要进行软硬件划分,将设计基本分为两部分:芯片硬件设计和软件协同设计;

2)晶片制作:晶片制作过程工艺要求非常高,其流程依次为晶圆切片、晶圆涂膜、晶圆光刻显影蚀刻、掺加杂质、晶圆测试;

3)封装制作环节,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环境、应用习惯、市场形式等外围因素来决定的;

4)最后的环节是将芯片进行测试、剔除不良品,以及包装。


经过上面这些工艺流程以后,半导体芯片制作就已经全部完成了。


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