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我国IC技术发展现状及未来 因为制造高铁发动机，最核心的东西不是发动机的构造，而是发动机的材料，怎么样才能长时间耐高温，稳定，高功率不会爆炸出事故。 除了生物医学之外，核心技术说到底就是材料技术。看一串例子：发动机，工业皇冠上的明珠，是我们最遭人诟病的短板。其核心技术说白了就是涡轮叶片不够结实，油门踩狠了就得散架，无论是航天发动机、航空发动机、燃气轮机，只要带个“机”字，我们腰杆都有点软。材料技术除了烧钱、烧时间，有时还要点运气。还是以发动机为例：金属铼，和镍混一混，做出的涡轮叶片最优，铼的全球探明储量大约2500吨，主要分布在欧美，70%用来做发动机涡轮叶片，这种战略物资，妥妥被美国禁运。前几年在陕西发现一个储量176吨的铼矿，这几年艰苦生活才有了起色。 芯片也是如此，我们研发的时间太短，各方面都是基础部分差的太远。 那么我们从造芯片的几个部分开始一一说起： 一、硅 将其氯化了再蒸馏，可以得到纯度很高的硅，切成片就是硅片。硅的评判指标就是纯度，如果硅里有一堆杂质，那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅。 太阳能级高纯硅要求99.9999%，全世界超过一半是中国产的，早被玩成了白菜价。芯片用的电子级高纯硅要求99.999999999%(别数了，11个9)，几乎全赖进口，直到2018年江苏的鑫华公司才实现量产，目前年产0.5万吨，而中国一年进口15万吨。 难得的是，鑫华的高纯硅出口到了半导体强国韩国，品质应该还不错。不过，30%的制造设备还得进口。 高纯硅的传统霸主依然是德国Wacker和美国Hemlock(美日合资)，中国任重而道远。 二、晶圆 把纯的单晶硅切好之后就变成晶圆，在晶圆上把成千上万的电路装起来的，就叫“晶圆厂”。晶圆加工的过程有点繁琐。 首先在晶圆上涂一层感光材料，这材料见光就融化，那光从哪里来？光刻机，可以用非常精准的光线，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。 企业广告分割线，与本文无关 芯片失效分析实验室介绍，能够依据国际、国内和行业标准实施检测工作，开展从底层芯片到实际产品，从物理到逻辑全面的检测工作，提供芯片预处理、侧信道攻击、光攻击、侵入式攻击、环境、电压毛刺攻击、电磁注入、放射线注入、物理安全、逻辑安全、功能、兼容性和多点激光注入等安全检测服务，同时可开展模拟重现智能产品失效的现象，找出失效原因的失效分析检测服务，主要包括点针工作站（Probe Station）、反应离子刻蚀（RIE）、微漏电侦测系统（EMMI）、X-Ray检测，缺陷切割观察系统（FIB系统）等检测试验。实现对智能产品质量的评估及分析，为智能装备产品的芯片、嵌入式软件以及应用提供质量保证。 国家应用软件产品质量监督检验中心 北京软件产品质量检测检验中心 智能产品检测部 赵工 座机010-82825511-728 手机13488683602 微信a360843328 [email=邮箱zhaojh@kw.beijing.gov.cn]邮箱zhaojh@kw.beijing.gov.cn[/email] 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。 实际过程更加繁琐，大致原理如此。有点像3D打印，把导线和其他器件一点点一层层装进去。 这块晶圆上的小方块就是芯片。芯片放大了看就是成堆的电路，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。为何不把芯片做的更大一点呢？这样不就可以安装更多电路了吗？性能不就赶上外国了嘛？ 答案出奇简单：钱！一块300mm直径的晶圆，16nm工艺可以做出100块芯片，10nm工艺可以做出210块芯片，于是价格就便宜了一半，在市场上就能死死摁住竞争对手，赚了钱又可以做更多研发，差距就这么拉开了。 另外，越大的硅片遇到杂质的概率越大，所以芯片越大良品率越低。大芯片的成本远远高于小芯片。 三、设计与制造 用数以亿计的器件组成如此庞大的电路，想想就头皮发麻，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。 一个路口红绿灯设置不合理，就可能导致大片堵车。电子在芯片上跑来跑去，稍微有个PN结出问题，电子同样会堵车。这种精巧的线路设计，只有一种办法可以检验，那就是：用！大量的用！现在知道芯片成本的重要性了吧，因为你不会多花钱去买一台性能相同的电脑，而芯片企业没了市场份额，很容易陷入恶性循环。 正因如此，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。既然是核心技术，自然就会发展出独立的公司，所以芯片公司有三类：设计制造都做、只做设计、只做制造。 半导体是台湾少有的仍领先内地的技术了，早期的设计制造都是一块儿做的，最有名的：美国英特尔、韩国三星、日本东芝、意大利法国的意法半导体；中国内地的：华润微电子、士兰微；中国台湾的：旺宏电子等。 外国、台湾、大陆三方，最落后的就是内地，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，美国高通、博通、AMD，中国台湾的联发科，大陆的华为海思、展讯等。 高通，世界上一半手机装的是高通芯片；博通是苹果手机的芯片供应商，手机芯片排第二毫无悬念；AMD和英特尔基本把电脑芯片包场了。这些全是美国公司。 台湾联发科走的中低端路线，手机芯片的市场份额排第三，很多国产手机都用，比如小米、OPPO、魅族。不过最近被高通干的有点惨，销量连连下跌。 华为海思是最争气的，除了通信芯片，海思也做手机用的麒麟芯片，市场份额随着华为手机的增长排进了前五。个人切身体会，海思芯片的进步真的相当不错。 展讯是清华大学的校办企业，比较早的内地芯片企业，走的是低端路线。前段时间传出了不少危机，后来又说是变革的开始，过的很不容易，和世界巨头相差甚多。 内地还有一批芯片设计企业，晨星半导体、联咏科技、瑞昱半导体等，都是台湾子公司，产品应用于电视、便携式电子产品等领域，还挺滋润。在内地的芯片设计公司，台湾顶住了大半边天！ 还有一类只制造、不设计的晶圆代工厂，这必须得先说台湾的台积电。正是台积电的出现，才把芯片的设计和制造分开了。2017年台积电包下了全世界晶圆代工业务的56%，规模和技术均列全球第一，市值甚至超过了英特尔，成为全球第一半导体企业。 晶圆代工厂又是台湾的天下，除了台积电这个巨无霸，台湾还有联华电子、力晶半导体等等，连美国韩国都得靠边站。大陆最大的代工厂是中芯国际，还有上海华力微电子也还不错，但技术和规模都远不及台湾。不过受制于台湾诡谲的社会现状，台积电开始布局大陆，落户南京。这几年台资、外企疯狂在大陆建晶圆代工厂，这架势和当年合资汽车有的一拼。 大陆的中芯国际具备28nm工艺，14nm的生产线也在路上，可惜还没盈利。大家还是愿意把这活交给台积电，台积电几乎拿下了全球70%的28nm以下代工业务。 美国、韩国、台湾已具备10nm的加工能力，最近几个月台积电刚刚上线了7nm工艺，稳稳压过三星，首批客户就是华为的麒麟980芯片。这俩哥们儿早就是老搭档了，华为设计芯片，台积电加工芯片。 四、核心设备 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！不好意思，产量还不高，你们慢慢等着吧！无论是台积电、三星，还是英特尔，谁先买到阿斯麦的光刻机，谁就能率先具备7nm工艺。没办法，就是这么强大！ 日本的尼康和佳能也做光刻机，但技术远不如阿斯麦，这几年被阿斯麦打得找不到北，只能在低端市场抢份额。 阿斯麦是唯一的高端光刻机生产商，每台售价至少1亿美金，2017年只生产了12台，2018年预计能产24台，这些都已经被台积电三星英特尔抢完了，2019年预测有40台，其中一台是给咱们的中芯国际。 既然这么重要，咱不能多出点钱吗？第一：英特尔有阿斯麦15%的股份，台积电有5%，三星有3%，有些时候吧，钱不是万能的。第二，美帝整了个《瓦森纳协定》，敏感技术不能卖，中国、朝鲜、伊朗、利比亚均是被限制国家。 有意思的是，2009年上海微电子的90纳米光刻机研制成功(核心部件进口)，2010年美国允许90nm以上设备销售给中国，后来中国开始攻关65nm光刻机，2015年美帝允许65nm以上设备销售给中国，再后来美帝开始管不住小弟了，中芯国际才有机会去捡漏一台高端机。 重要性仅次于光刻机的刻蚀机，中国的状况要好很多，16nm刻蚀机已经量产运行，7-10nm刻蚀机也在路上了，所以美国很贴心的解除了对中国刻蚀机的封锁。 在晶圆上注入硼磷等元素要用到“离子注入机”，2017年8月终于有了第一台国产商用机，水平先不提了。离子注入机70%的市场份额是美国应用材料公司的。涂感光材料得用“涂胶显影机”，日本东京电子公司拿走了90%的市场份额。即便是光刻胶这些辅助材料，也几乎被日本信越、美国陶氏等垄断。 2015年至2020年，国内半导体产业计划投资650亿美元，其中设备投资500亿美元，再其中480亿美元用于购买进口设备。 算下来，这几年中国年均投入130亿，而英特尔一家公司的研发投入就超过130亿美元。 五、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。 封测又是台湾的天下，排名世界第一，后面还跟着一堆实力不俗的小弟：矽品、力成、南茂、欣邦、京元电子。 内地的三大封测巨头，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。 硅原料、芯片设计、晶圆加工、封测，以及相关的半导体设备，绝大部分领域中国还是处于“任重而道远”的状态，那这种状态还得持续多久呢？根据“烧钱烧时间”理论，掐指算算，大约是2030年吧！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，中国芯片的总体水平处在刚刚实现零突破的阶段，虽然市场份额微乎其微，但每个领域都参了一脚，前景还是可期待的。 分享到：
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