手机电脑的芯片主要是由硅这种物质组成的。
芯片的原料是晶圆,而晶圆的成分是硅,硅又是由石英砂精炼出来的,纯硅制成硅晶棒,将其切片后,就是芯片制作所需要的晶圆。硅素属于非金属元素,具有类似于金属半径和电子结构光谱等特性。硅是由地壳中二氧化硅产生的,而地球上几乎每一个地方都能找到这样的元素。
在芯片的制造过程中,需要将硅晶片在一定的温度和压力下进行拉丝拉扯。这样导致硅晶体的颗粒会变得更加小而均匀,从而形成单晶硅。从而达到高纯度的要求。这也就是为什么单晶硅成为了芯片制造所必需的材料之一了。在制造完单晶硅之后,还需要进行各种薄膜和化学处理等操作。
芯片的重要性
芯片的应用,可以说是极大地提高了产品的技术含量。芯片搭载了微型化设计、高性能的运算能力以及出色的信号处理技术,可以实现更加复杂的功能。比如说,我们现在用的手机不仅有电话、短信功能,还能使用各种社交软件、看视频、拍照、游戏等等。
芯片还有一个重要的作用,就是提高生产效率。它可以通过自动化生产技术,节约劳动力,降低成本。比如说,现在的PCBA组装工艺大多采用表面贴装技术,将各种电子构件安装在印制电路板上。而这些电子构件,包括了诸如CPU、RAM、FLASH等等芯片。
硅
芯片的种类有很多种,如果按照产品划分的话可以分为两大类,分别是手机芯片和计算机芯片。两种芯片的物质组成大致相同,只是在结构上有些许差别。
计算机芯片包括电阻,电容,元件。计算机芯片实际上就是一种电子部件,在一块计算机芯片里,含有成千上万的电阻、电容和其它小部件。计算机中有许多芯片,存储器条上一块儿黑条就是芯片,主板、硬盘、显卡等等都有许多芯片,CPU也是一台电脑芯片,不过他比普通电脑芯片要复杂得多。
芯片是怎么制作出来的如下:
一、芯片设计。
芯片属于体积小,但高精密度极大的产品。想要制作芯片,设计是第一环节。设计需要借助EDA工具和一些IP核,最终制成加工所需要的芯片设计蓝图。
二、沙硅分离。
所有的半导体工艺都是从一粒沙子开始的。因为沙子中蕴含的硅是生产芯片“地基”硅晶圆所需要的原材料。所以我们第一步,就是要将沙子中的硅分离出来。
三、硅提纯。
在将硅分离出来后,其余的材料废弃不用。将硅经过多个步骤提纯,已达到符合半导体制造的质量,这就是所谓的电子级硅。
四、将硅铸锭。
提纯之后,要将硅铸成硅锭。一个被铸成锭后的电子级硅的单晶体,重量大约为1千克,硅的纯度达到了999999%。
五、晶圆加工。硅锭铸好后,要将整个硅锭切成一片一片的圆盘,也就是我们俗称的晶圆,它是非常薄的。随后,晶圆就要进行抛光,直至完美,表面如镜面一样光滑。硅晶圆的直径常见的有8英寸(2mm)和12英寸(3mm),直径越大,最终单个芯片成本越低,但加工难度越高。
六、光刻。首先在晶圆上敷涂上三层材料。第一层是氧化硅,第二层是氮化硅,最后一层是光刻胶。再将设计完成的包含数十亿个电路元件的芯片蓝图制作成掩膜,掩膜可以理解为一种特殊的投影底片,包含了芯片设计蓝图,下一步就是将蓝图转印到晶圆上。这一步对光刻机有着极高的要求。紫外线会透过掩膜照射到硅晶圆上的光刻胶上,光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉,清除后留下的图案和掩膜上的一致。用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分,剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后,清除全部光刻胶,露出一个个凹槽。
七、蚀刻与离子注入。首先要腐蚀掉暴露在光刻胶外的氧化硅和氮化硅,并沉淀一层二氧化硅,使晶体管之间绝缘,然后利用蚀刻技术使最底层的硅暴露出来。然后把硼或磷注入到硅结构中,接着填充铜,以便和其他晶体管互连,然后可以在上面再涂一层胶,再做一层结构。一般一个芯片包含几十层结构,就像密集交织的高速公路。
经过上述流程,我们就得到了布满芯片的硅晶圆。之后用精细的切割器将芯片从晶圆上切下来,焊接到基片上,装壳密封。之后经过最后的测试环节,一块块芯片就做好了。
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