侵权投诉
首页 / 百科 / 芯片
芯片

芯片

分类: 电子工程
属性: 产品
最后修改时间: 2024年08月22日
本词条对我有帮助34
芯片是半导体元件产品的统称,它实际上是内含集成电路的硅片。这些硅片体积很小,常常作为计算机或其他电子设备的一部分,起着运算和处理任务的核心作用。芯片可以从不同的角度进行分类,如根据材料、电路集成方式以及功能等。

     从功能上来看,芯片可以分为诸如诸如处理器芯片(如CPU)、存储器芯片、通信芯片、传感器芯片、电源管理芯片、驱动芯片等多种类型,它们在电子设备中发挥着各自独特的作用。例如,处理器芯片负责执行程序指令,完成数据的处理;存储器芯片则用于数据的存储和读取;通信芯片实现设备间的数据传输;传感器芯片则将环境中的物理量转化为电信号进行处理;电源管理芯片对电源进行有效管理和控制;而驱动芯片则用来驱动和控制外部设备。

       芯片是现代电子设备不可或缺的组成部分,广泛应用于计算机、手机、智能家居、医疗设备、航空航天等各个领域,对现代科技的发展起着重要的推动作用。

简介

       电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜(thin-film)集成电路。另有一种厚膜(thick-film)集成电路(hybrid integrated circuit)是由独立半导体设备和被动组件,集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。

       从1949年到1957年,维尔纳·雅各比(Werner Jacobi)、杰弗里·杜默(Jeffrey Dummer)、西德尼·达林顿(Sidney Darlington)、樽井康夫(Yasuo Tarui)都开发了原型,但现代集成电路是由杰克·基尔比在1958年发明的。其因此荣获2000年诺贝尔物理奖,但同时间也发展出近代实用的集成电路的罗伯特·诺伊斯,却早于1990年就过世。

介绍

       晶体管发明并大量生产之后,各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用,取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步,使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件,集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片,是一个巨大的进步。集成电路的规模生产能力,可靠性,电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。

       集成电路对于离散晶体管有两个主要优势:成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术,作为一个单位印刷,而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关,消耗更低能量,因为组件很小且彼此靠近。2006年,芯片面积从几平方毫米到350 mm²,每mm²可以达到一百万个晶体管。

       第一个集成电路雏形是由杰克·基尔比于1958年完成的,其中包括一个双极性晶体管,三个电阻和一个电容器。

       根据一个芯片上集成的微电子器件的数量,集成电路可以分为以下几类:

       小型集成电路(SSI英文全名为Small Scale Integration)逻辑门10个以下或晶体管100个以下。

       中型集成电路(MSI英文全名为Medium Scale Integration)逻辑门11~100个或 晶体管101~1k个。

       大规模集成电路(LSI英文全名为Large Scale Integration)逻辑门101~1k个或 晶体管1,001~10k个。

       超大规模集成电路(VLSI英文全名为Very large scale integration)逻辑门1,001~10k个或 晶体管10,001~100k个。

       极大规模集成电路(ULSI英文全名为Ultra Large Scale Integration)逻辑门10,001~1M个或 晶体管100,001~10M个。

       GLSI(英文全名为Giga Scale Integration)逻辑门1,000,001个以上或晶体管10,000,001个以上。

型号

       芯片命名方式一般都是:字母+数字+字母

       前面的字母是芯片厂商或是某个芯片系列的缩写。像MC开始的多半是摩托罗拉的,MAX开始的多半是美信的。

       中间的数字是功能型号。像MC7805和LM7805,从7805上可以看出它们的功能都是输出5V,只是厂家不一样。

       后面的字母多半是封装信息,要看厂商提供的资料才能知道具体字母代表什么封装。

       74系列是标准的TTL逻辑器件的通用名称,例如74LS00、74LS02等等,单从74来看看不出是什么公司的产品。不同公司会在74前面加前缀,例如SN74LS00等。

相关拓展

       一个完整的IC型号一般都至少必须包含以下四个部分:

       前缀(首标)-----很多可以推测是哪家公司产品。

       器件名称----一般可以推断产品的功能(memory可以得知其容量)。

       温度等级-----区分商业级,工业级,军级等。一般情况下,C表示民用级,Ⅰ表示工业级,E表示扩展工业级,A表示航空级,M表示军品级。

       封装----指出产品的封装和管脚数有些IC型号还会有其它内容:

       速率----如memory,MCUDSPFPGA 等产品都有速率区别,如-5,-6之类数字表示。

       工艺结构----如通用数字IC有COMS和TL两种,常用字母C,T来表示。

       是否环保-----一般在型号的末尾会有一个字母来表示是否环保,如z,R,+等。

       包装-----显示该物料是以何种包装运输的,如tube,T/R,rail,tray等。

       版本号----显示该产品修改的次数,一般以M为第一版本。

IC命名、封装常识与命名规则

       温度范围:

       C=0℃至60℃(商业级);I=-20℃至85℃(工业级);E=-40℃至85℃(扩展工业级);A=-40℃至82℃(航空级);M=-55℃至125℃(军品级)

       封装类型:

       A—SSOP;B—CERQUAD;C-TO-200,TQFP﹔D—陶瓷铜顶;E—QSOP;F—陶瓷SOP;H—SBGAJ-陶瓷DIP;K—TO-3;L—LCC,M—MQFP;N——窄DIP﹔N—DIP;;Q—PLCC;R一窄陶瓷DIP (300mil);S—TO-52,T—TO5,TO-99,TO-100﹔U—TSSOP,uMAX,SOT;W—宽体小外型(300mil)﹔ X—SC-60(3P,5P,6P)﹔ Y―窄体铜顶;Z—TO-92,MQUAD;D—裸片;/PR-增强型塑封﹔/W-晶圆

       管脚数:

A—8;B—10﹔C—12,192;D—14;E—16;F——22,256;G—4;H—4;I—28 ;J—2;K—5,68;L—40;M—6,48;N—18;O—42;P—20﹔Q—2,100﹔R—3,843;S——4,80;T—6,160;U—60;V—8(圆形)﹔ W—10(圆形)﹔X—36;Y—8(圆形)﹔Z—10(圆形)。

       注:接口类产品四个字母后缀的第一个字母是E,则表示该器件具备抗静电功能

概述

  芯片(chip)就是半导体元件产品的统称。是集成电路(IC, integrated circut)的载体,由晶圆分割而成。

  硅片是一块很小的硅,内含集成电路,它是电脑或者其他电子设备的一部分。

  IC,泛指所有的电子元器件,是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。它是电子设备中最重要的部分,承担着运算和存储的功能。集成电路的应用范围覆盖了军工、民用的几乎所有的电子设备。

电脑芯片

  主板芯片的功能及工作原理

  如果把中央处理器CPU比喻为整个电脑系统的心脏,那么主板上的芯片组就是整个身体的躯干。对于主板而言,芯片组几乎决定了这块主板的功能,进而影响到整个电脑系统性能的发挥,芯片组是主板的灵魂。

芯片组

  芯片组(Chipset)是主板的核心组成部分,按照在主板上的排列位置的不同,通常分为北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持。南桥芯片则提供对KBC(键盘控制器)、RTC(实时时钟控制器)、USB(通用串行总线)、Ultra DMA/33(66)EIDE数据传输方式和ACPI(高级能源管理)等的支持。其中北桥芯片起着主导性的作用,也称为主桥(Host Bridge)。

  芯片组的识别也非常容易,以Intel440BX芯片组为例,它的北桥芯片是Intel 82443BX芯片,通常在主板上靠近CPU插槽的位置,由于芯片的发热量较高,在这块芯片上装有散热片。南桥芯片在靠近ISA和PCI槽的位置,芯片的名称为Intel 82371EB。其他芯片组的排列位置基本相同。对于不同的芯片组,在性能上的表现也存在差距。  

  除了最通用的南北桥结构外,芯片组正向更高级的加速集线架构发展,Intel的8xx系列芯片组就是这类芯片组的代表,它将一些子系统如IDE接口、音效、MODEM和USB直接接入主芯片,能够提供比PCI总线宽一倍的带宽,达到了266MB/s;此外,矽统科技的SiS635/SiS735也是这类芯片组的新军。除支持最新的DDR266,DDR200和PC133 SDRAM等规格外,还支持四倍速AGP显示卡接口及Fast Write功能、IDE ATA33/66/100,并内建了3D立体音效、高速数据传输功能包含56K数据通讯(Modem)、高速以太网络传输(Fast Ethernet)、1M/10M家庭网络(Home PNA)等。

制造过程

  芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、成本测试等几个环节,其中晶片制作过程尤为的复杂。

  精密的芯片其制造过程非常的复杂

  首先是芯片设计,根据设计的需求,生成的“图样”

  1, 芯片的原料晶圆

  晶圆的成分是硅,硅是由石英沙所精练出来的,晶圆便是硅元素加以纯化(99.999%),接着是将些纯硅制成硅晶棒,成为制造集成电路的石英半导体的材料,将其切片就是芯片制作具体需要的晶圆。晶圆越薄,生产的成本越低,但对工艺就要求的越高。

  2,晶圆涂膜

  晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力,其材料为光阻的一种。

  3,晶圆光刻显影、蚀刻

  该过程使用了对紫外光敏感的化学物质,即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蚀剂,使得其遇紫外光就会溶解。这时可以用上第一份遮光物,使得紫外光直射的部分被溶解,这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了,而这效果正是我们所要的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。

  4、搀加杂质

  将晶圆中植入离子,生成相应的P、N类半导体。

  具体工艺是是从硅片上暴露的区域开始,放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式,使每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层,但复杂的芯片通常有很多层,这时候将这一流程不断的重复,不同层可通过开启窗口联接起来。这一点类似多层PCB板的制作原理。 更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层,这时候通过重复光刻以及上面流程来实现,形成一个立体的结构。

  5、晶圆测试

  经过上面的几道工艺之后,晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。一般每个芯片的拥有的晶粒数量是庞大的,组织一次针测试模式是非常复杂的过程,这要求了在生产的时候尽量是同等芯片规格构造的型号的大批量的生产。数量越大相对成本就会越低,这也是为什么主流芯片器件造价低的一个因素。

  6、封装

  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习惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。

  7、测试、包装

  经过上述工艺流程以后,芯片制作就已经全部完成了,这一步骤是将芯片进行测试、剔除不良品,以及包装。

  半导体公司

  德州仪器/TI

  意法半导体/ST

  飞利浦半导体/PHILIPS

  恩智浦半导体/NXP

  安森美半导体/ON

  国际整流器公司/IR

  美国国家半导体公司/NS

  美国模拟器件公司/ADI

  飞思卡尔/FREESCALE

  美国爱特梅尔/ATMEL

  赛普拉斯/CYPRESS

  达拉斯/DALLAS

  美信半导体/MAXIM

  封装类型

  芯片的封装类型主要有以下几种:

  1.BGA球栅阵列封装

  2.CSP 芯片缩放式封装

  3.COB 板上芯片贴装

  4.COC 瓷质基板上芯片贴装

  5.MCM 多芯片模型贴装

  6.LCC 无引线片式载体

  7.CFP 陶瓷扁平封装

  8.PQFP 塑料四边引线封装

  9.SOJ 塑料J形线封装

  10.SOP 小外形外壳封装

  11.TQFP 扁平簿片方形封装

  12.TSOP 微型簿片式封装

  13.CBGA 陶瓷焊球阵列封装

  14.CPGA 陶瓷针栅阵列封装

  15.CQFP 陶瓷四边引线扁平

  16.CERDIP 陶瓷熔封双列

  17.PBGA 塑料焊球阵列封装

  18.SSOP 窄间距小外型塑封

  19.WLCSP 晶圆片级芯片规模封装

  20.FCOB 板上倒装片

中国芯片

相关政策

  2020年8月,国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,让本已十分火热的国产芯片行业再添重磅利好。 

  据美国消费者新闻与商业频道网站8月10日报道,中国公布一系列政策来帮助提振国内半导体行业。大部分激励措施的焦点是减税。例如,经营期在15年以上、生产的集成电路线宽小于28纳米(含)的制造商将被免征长达10年的企业所得税。对于芯片制造商来说,优惠期自获利年度起计算。新政策还关注融资问题,鼓励公司在科创板等以科技股为主的证券交易板块上市。 

发展历史

  1965-1978年 创业期

  1965年,第一批国内研制的晶体管和数字电路在河北半导体研究所鉴定成功。

  1968年,上海无线电十四厂首家制成PMOS(P型金属-氧化物-半导体)集成电路。

  1970年,背景878厂、上无十九厂建成投产。

  1972年,中国第一块PMOS型LSI电路在四川永川一四二四研究所制。

  1976年,中科院计算所采用中科院109厂(现中科院微电子研究所)研制的ECL(发射极耦合逻辑电路),研制成功1000万次大型电子计算机。 

  1978-1989年 探索前进期

  1980年,中国第一条3英寸线在878厂投入运行。

  1982年,江苏无锡724厂从东芝引进电视机集成电路生产线,这是中国第一次从国外引进集成电路技术;

  国务院成立电子计算机和大规模集成电路领导小组,制定了中国IC发展规划,提出“六五”期间要对半导体工业进行技术改造。

  1985年,第一块64K DRAM 在无锡国营724厂试制成功。

  1988年,上无十四厂建成了我国第一条4英寸线。

  1989年,机电部在无锡召开“八五”集成电路发展战略研讨会,提出振兴集成电路的发展战略;

  724厂和永川半导体研究所无锡分所合并成立了中国华晶电子集团公司。

  1990-2000年 重点建设期

  1990年,国务院决定实施“908”工程。

  1991年,首都钢铁公司和日本NEC公司成立中外合资公司——首钢NEC电子有限公司。

  1992年,上海飞利浦公司建成了我国第一条5英寸线。

  1993年,第一块256K DRAM在中国华晶电子集团公司试制成功。

  1994年,首钢日电公司建成了我国第一条6英寸线。

  1995年,国务院决定继续实施集成电路专项工程(“909”工程),集中建设我国第一条8英寸生产线。

  1996年,英特尔公司投资在上海建设封测厂。

  1997年,由上海华虹集团与日本NEC公司合资组建上海华虹NEC电子有限公司,主要承担“909”主体工程超大规模集成电路芯片生产线项目建设。

  1998年,华晶与上华合作生产MOS 圆片合约签定,开始了中国大陆的Foundry时代;由北京有色金属研究总院半导体材料国家工程研究中心承担的我国第一条8英寸硅单晶抛光生产线建成投产。

  1999年,上海华虹NEC的第一条8英寸生产线正式建成投产。

  2000-2011年 发展加速期

  2000年,中芯国际在上海成立,国务院18号文件加大对集成电路的扶持力度。

  2002年,中国第一款批量投产的通用CPU芯片“龙芯一号”研制成功。

  2003年,台积电(上海)有限公司落户上海。

  2004年,中国大陆第一条12英寸线在北京投入生产。

  2006年,设立“国家重大科技专项”;无锡海力士意法半导体正式投产。

  2008年,中星微电子手机多媒体芯片全球销量突破1亿枚。

  2009年,国家“核高基”重大专项进入申报与实施阶段。

  2011年,《关于印发进一步鼓励软件产业和继承电路产业发展若干政策的通知》。 

  2012年-2019年高质量发展期

  2012年,《集成电路产业“十二五”发展规划》发布;韩国三星70亿美元一期投资闪存芯片项目落户西安。

  2013年,紫光收购展讯通信、锐迪科;大陆IC设计公司进入10亿美元俱乐部。

  2014年,《国家集成电路产业发展推进纲要》正式发布实施;“国家集成电路产业发展投资基金”(大基金)成立。

  2015年,长电科技以7.8亿美元收购星科金朋公司;中芯国际28纳米产品实现量产。

  2016年,大基金、紫光投资长江储存;第一台全部采用国产处理器构建的超级计算机“神威太湖之光”获世界超算冠军。

  2017年,长江存储一期项目封顶;存储器产线建设全面开启;全球首家AI芯片独角兽初创公司成立;华为发布全球第一款人工智能芯片麒麟970。

  2018年,紫光量产32层3D NAND(零突破)。

  2019年,华为旗下海思发布全球首款5G SoC芯片海思麒麟990,采用了全球先进的7纳米工艺;64层3D NAND闪存芯片实现量产;中芯国际14纳米工艺量产。

  2021年7月,首款采用自主指令系统LoongArch设计的处理器芯片,龙芯3A5000正式发布

挑战

  2020年8月7日,华为常务董事、华为消费者业务CEO余承东在中国信息化百人会2020年峰会上的演讲中说,受管制影响,下半年发售的Mate 40所搭载的麒麟9000芯片,或将是华为自研的麒麟芯片的最后一代。

  以制造为主的芯片下游,是我国集成电路产业最薄弱的环节。由于工艺复杂,芯片制造涉及到从学界到产业界在材料、工程、物理、化学、光学等方面的长期积累,这些短板短期内难以补足。 

  任正非早就表示:华为很像一架被打得千疮百孔的飞机,正在加紧补洞,现在大多数洞已经补好,还有一些比较重要的洞,需要两三年才能完全克服。

  随着禁令愈加严苛,要补的洞越来越多, 余承东是承认,当初只做设计不做生产是个错误,除了补洞更要拓展新的领地。

  华为和合作伙伴正在朝这个方向走去——华为的计划是做IDM,业内人士对投中网表示。IDM,是芯片领域的一种设计生产模式,从芯片设计、制造、封装到测试,覆盖整个产业链。 一方面,华为正在从芯片设计向上游延伸。余承东曾表示,华为将全方位扎根,突破物理学材料学的基础研究和精密制造。华为消费者业务成立专门部门做屏幕驱动芯片,进军屏幕行业。早前,网络爆出华为在内部开启塔山计划:预备建设一条完全没有美国技术的45nm的芯片生产线,同时还在探索合作建立28nm的自主技术芯片生产线。

  据流传的资料显示,这项计划包括EDA设计、材料、材料的生产制造、工艺、设计、半导体制造、芯片封测等在内的各个半导体产业关键环节,实现半导体技术的全面自主可控。

外媒声音

  1、日本《日经亚洲评论》8月12日文章称,中国招聘了100多名前台积电工程师以力争获得芯片(产业)领军地位 。作为全世界最大的芯片代工企业,台积电成为中国(大陆)求贤若渴的芯片项目的首要目标。

  高德纳咨询半导体分析师罗杰·盛(音)说:“中国芯片人才依然奇缺,因为该国正在同时开展许多大型项目。人才不足是制约半导体发展的瓶颈。 

  2、华为消费者业务CEO余承东近日承认,由于美国对华为的第二轮制裁,到9月16日华为麒麟高端芯片就将用光库存。在芯片危机上华为如何破局,美国CNBC网站11日分析称,华为有5个选择,但同时“所有5个选择都面临重大挑战”。

  3、德国《经济周刊》表示,以半导体行业为例,尽管中国芯片需求达到全球60%,但中国自产的只有13%。路透社称,美国对华为打压加剧,中国则力推经济内循环,力争在高科技领域不受制于人。

  4、美国消费者新闻与商业频道网站8月10日报道指出,中国计划到2020年将半导体自给率提高到40%,到2025年提高到70%。

  瑞士米拉博证券公司技术、媒体和电信研究主管尼尔·坎普林在电子邮件中告诉消费者新闻与商业频道记者:“我认为,这场新的技术冷战正是中国攀爬技术曲线、积极开发本土技术的原因。”

  欧亚集团地缘-技术业务负责人保罗·特廖洛说:“新政策中列出的优惠待遇将在某些领域起到帮助作用,但从短期看,对中国半导体企业向价值链上游攀升和提高全球竞争力帮助有限。

芯片定制

  芯片定制是指根据客户的特定需求和要求,对芯片进行个性化设计和制造的过程。这个过程通常包括需求分析、芯片设计、芯片制造、封装测试以及量产和应用等关键步骤。以下是对芯片定制的详细解析:

一、需求分析

  根据客户的需求和应用场景,确定芯片的功能、性能和规格要求。这是芯片定制的第一步,也是最为关键的一步,因为它直接决定了后续设计的方向和重点。

二、芯片设计

  逻辑设计:根据需求分析的结果,进行芯片的逻辑设计,确定芯片内部各模块之间的连接关系和数据处理流程。

  电路设计:在逻辑设计的基础上,进行具体的电路设计,包括晶体管、电阻、电容等元器件的选型和布局。

  物理布局设计:将电路设计转化为实际的物理布局,确定元器件在芯片上的具体位置和方向。这些设计过程通常使用专业的EDA(Electronic Design Automation)工具进行。

三、芯片制造

  将芯片设计转化为实际的硅片。这个过程包括掩膜制作、晶圆加工、光刻、薄膜沉积、离子注入、金属化等步骤。每个步骤都需要高精度的设备和严格的工艺控制,以确保芯片的性能和质量。

四、封装测试

  将制造好的芯片封装到封装材料中,并进行功能测试和可靠性测试。封装过程包括焊接芯片引脚、封装材料填充、封装密封等步骤。测试过程则用于验证芯片的功能是否满足设计要求,并评估其可靠性。

五、量产和应用

  经过测试合格的芯片可以进行量产,并应用到具体的产品中。芯片定制可以满足特定应用场景的需求,提高产品的性能和功能。例如,某些特殊应用场景需要低功耗、高集成度的芯片,而某些应用场景则需要高性能、高速度的芯片。

六、芯片定制的优势

  特定需求:芯片定制可以根据客户的具体需求进行设计和制造,从而满足特定应用场景的需求。

  提高性能:通过定制设计,可以优化芯片的内部结构和电路布局,提高芯片的性能和功能。

  降低成本:对于大规模生产的应用场景,芯片定制可以通过减少冗余功能和优化制造流程来降低成本。

  竞争力:拥有自主定制的芯片可以增强企业的技术实力和市场竞争力。

七、芯片定制的挑战

  高昂的设计成本:芯片设计需要投入大量的人力、物力和财力,特别是对于先进工艺节点的芯片设计而言更是如此。

  复杂的制造工艺:芯片制造是一项资本和研发密集型的工艺过程,需要高精度的设备和严格的工艺控制。

  漫长的研发周期:从需求分析到量产应用需要经历多个阶段和环节,整个研发周期可能长达数年之久。

  综上所述,芯片定制是一项复杂而精细的工作过程,需要综合考虑多个方面的因素和挑战。然而通过芯片定制可以满足客户的特定需求并提高产品的性能和功能,从而为企业带来更大的市场竞争力和商业价值。

  • 快速搜索
  • 热门词条

粤公网安备 44030502002758号