如何自制一枚芯片,普通人能做出芯片来吗?

在过去的一年多里,你可能已经被华为,台积电,光刻机,芯片这些关键词轰炸过,也多少听过些台积电的故事。那么我们作为普通人,有没有可能制作一枚芯片的可能性能呢?下面谈谈如何亲手制造出一枚芯片。

如何自制一枚芯片,普通人能做出芯片来吗

首先我们要知道什么是芯片

芯片就是将可以实现运算或储存等功能的电路,集成在一块很小的硅片上。它诞生的过程分为设计,制造,封装这三步。我们熟悉的高通,华为,海思和联发科其实都只是做芯片设计的公司。芯片首先要进行电路图设计。我们明确好芯片的规格和功能后,先给出一张布满与非门等集成电路逻辑符号的逻辑设计图。再根据逻辑图设计电路元器件的布局给出电路图。

除了理论知识,芯片设计需要软件支持,就像作图,画图纸需要ps和CAD等软件一样,逻辑图和电路布局图也并非是在纸上徒手作画。而是需要使用EDA软件。

如果设计22纳米以下制程工艺的芯片,就必须从三家总部在美国的公司购买正版软件。在EDA软件上最终会得到类似这样的电路图,然后将其制成一张光罩,光罩工作的原理和作用类似于传统照相机的底片。光线照射光罩后,我们就可以得到一层电路图形。

由于一枚芯片是有几十层电路层层堆叠而成的三维结构,所以就需要用几十层光罩一一对应。比如一张七纳米制程的处理器芯片往往需要80张以上的光罩。

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拿到光罩后,我们开始制造芯片的第二步,制造。

台积电的生意就集中在这一步。制造的目的可以理解成是在一层层不同材质的薄膜上,刻出对应的一层层电路的布线,这样当薄膜堆叠起来时,就可以实现电路图上电路的功能情况。

描述一下芯片的制造过程,首先在硅片上覆盖一层薄膜。涂上光刻胶,然后用强光电路图的光罩打在光刻胶上,强光会破坏光刻胶上的结构,但光罩被遮挡的部分不会被破坏,光罩也就拷贝到光刻胶上,最后就是冲蚀,溶解掉没有被光刻胶覆盖的薄膜以及剩下的光刻胶,晶圆就只留下与电路图图形一模一样的薄膜了。利用设计好的多层光罩,不断重复上述过程。最后最初的硅片就可以变成这样一张布满几十个芯片的ic晶元。

在了解芯片制造复杂流程的同时,还有一个严峻的问题,就是如何获得所需的高品质原材料和制造设备,比如制造环节最重要的光刻机去哪儿买。目前,高端光刻机市场几乎被荷兰阿斯麦公司垄断,他们2019年生产的26台euv光刻机,约有一半被他台积电买了。每台约1.2亿美元。另外,根据阿斯麦的客户联合投资专案,他们的客户往往都是投资自己的股东,比如台积电就在2012年,以8.38亿欧元获得阿斯麦5%的股权。

但如果你想制造芯片的雄心壮志也不能消退,因为新的买不到。旧的二手设备还是在你有钱的前提下是可以购买到的。当你通过特定渠道购买到一台你认为足够的先进的光刻机以后,那么你就可以准备下一步的材料采购了,。毕竟有机器还要有材料才可以制作芯片。在等待光刻机的同时,其他难以在国内采购的原材料和设备只能亲自出国走一趟。

芯片制作必须还要有几样必须有的原材料和设备。硅片和光刻胶,国内目前生产的硅片和光刻胶在技术上还和美日有一定的差距。美国和日本是芯片制作高端原材料的主要产业基地,当然如果低端,国内生产的材料也可以满足你的需求。特别在高端线路上还要走很多路。日本人50年积累的工业精华,在硅片和光刻胶生产上市独领风骚。就连美国也甘拜下风。

美国应用材料公司,一家位于加州的神秘公司,这家企业除了不生产光刻机,其他芯片制造所需要的所有设备。比如芯片制造需要化学抛光设备,沉淀设备等。这两种设备,目前国内可以是没有。

如何自制一枚芯片,普通人能做出芯片来吗

当我们材料和设备都采购完毕,光刻机也到货了,那么芯片制作就可以提升日程了。

在ic晶圆上有几十张芯片,但看上去和拆开手机壳我们看到的芯片还不太一样,因为还差最后一步,封装。如果你拆过的手机或电脑,可能对主板上这样的小黑盒有印象。所谓封装,就是将ic晶圆上剪下来的芯片装进这个小黑盒子的过程。对于产业链末端的封装,相对来说门槛和附加值较低。劳动密集度比较高,国内有多家企业在深耕这一领域,占据了相当一部分市场份额。

至此,自制芯片的全部流程全部说完,不过各位亲自动手发家致富之前,还要不得不泼点冷水。目力所及,我们见过的自制芯片最成功的UP主自制了一枚1cm工艺的芯片。对比华为p40系列使用的麒麟990 5g基于的则是7nm工艺,剩下的你自己想。

可以说最近30年的科技产业史,就是一部科技产业链分工合作,不断精细化的历史,一个个人或是一家公司,想要包揽芯片全产业链几乎是件不可能完成的任务。风云际会,浪潮汹涌。当中国科技产业慷慨应战,我们不能,也不应该将所有希望全部寄托在某一家公司身上,不管它叫华为还是叫中芯国际。

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