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手机芯片体积小,是如何制造的?

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手机芯片别看小,这可是积累了人类许多方面最高科技的结晶,现在的手机芯片远远不仅仅是个CPU处理器这么简单,其中还有GPU、ISP图像处理器、通讯基带、各类传感器等等,就因为这一枚小小的芯片,使得我们的智能手机功能如此强大。

说到手机芯片制造,现在我们用的手机芯片无论是来自高通,还是来自华为、三星、苹果,它们的芯片架构都是来自于英国一家名叫ARM的公司,ARM本身不制造芯片,但是专门负责设计和授权arm芯片架构,这种架构制造的手机芯片性能强,功耗低,非常适合用于手机产品,而苹果、华为等厂商都是从ARM公司买来最新的芯片架构授权,可能直接拿来稍做加工就投入生产,也可能会对其中一部分加以改造优化,以得到更好的性能,所以多年来,我们用的手机本质上都是采用了ARM的芯。

花钱买来ARM架构以后,比如华为会把自身的基带技术融入其中,使麒麟芯片拥有更好的通讯功能,苹果会把自己研发的GPU融入其中,使A11芯片获得更好的图形性能,这些都是厂商们对自身芯片的定制,芯片设计完工后,就准备拿到半导体制造公司准备制造。

手机芯片和电脑芯片一样,都属于半导体芯片,它们都是由沙子为原材料,经过不断的加工、提炼制作而成的,这样说来简单,实际过程非常复杂,仅仅是关键的高端光刻机,就只有荷兰能够生产,全球拥有芯片代工生产能力的厂商也就那么几家。

首先手机芯片厂商要和芯片制造商沟通合作,用合适的工艺来把芯片制造出来,比如说22nm工艺、10nm工艺等等,数字越小的工艺越先进,晶体管密度越大,芯片相对越小,越能在同样体积下获得更好的芯片性能和低功耗,当然价格也会更贵。对于手机芯片产品来说,厂商们为了追求自家芯片的先进性,一般都会尽量采用最先进的生产工艺。

手机芯片是要严格控制大小的,这一点受到手机空间和手机散热和续航的限制,并且先进的生产工艺价格很贵,每一枚芯片最终都是在一块圆形的晶圆上一颗一颗切割出来的,晶圆大小固定,而且上面具有一定损坏几率,越小的芯片产量越大,成本越低,投入市场的成功率越高,所以大部分手机芯片厂商都是在保证芯片性能足够的情况下尽量把面积做小。

芯片完工后会进行一系列测试,比如性能测试、温度测试等等,测试合格的芯片就会交给封装厂封装,封装的目的一是为了保护芯片,二是为了方便装配在手机主板上。封装好之后的芯片就可以交付给手机厂商来测试装配了。

这样,一款手机芯片加上配套的内存、闪存、主板、传感器等设备,终于可以在手机上正常运作,最终做成我们所见的手机和其它电子产品,至此,这颗芯片便完成了整个生产制造的任务。

答:手机芯片的精密,得益于集成电路的发明,而集成电路是CPU,GPU,通讯基带,主板,传感器等等,几乎所有电子设备的基础。



其中CPU的制造技术,可以说是尖端中的尖端,已经不是笔尖刻字那么简单,而是笔尖上写书!

比如14nm制程的CPU,在一根头发丝宽度上,就集成了上万条电路,整块手机CPU包含了几十亿个晶体管。

而芯片的制造,需要非常先进的设备,比如荷兰ASML生产的光刻机,就被当前世界最尖端的设备,而且没有之一!ASML一台先进的光刻机,卖价1亿欧元,而且还对中国大陆禁售,实行技术封锁。




我们来简单看看,芯片制造的主要流程:

1、首先沙子中提取硅,反复提纯,得到超高纯度硅晶体;

2、晶体做成圆柱形后切片,得到的薄片称之为晶圆;



3、镀膜与刻蚀,期间包括光刻,离子注入,干刻蚀,湿刻蚀,热处理,湿洗,等等数十道非常复杂的操作,精度都在纳米级别;

4、最终在晶圆上,集成了数以千亿的晶体管,再进行切片,得到单个芯片;

5、最后完成测试和封装。



以上最主要的,就是第三步,其中光刻机发挥了关键作用,每个CPU的电路都有十几层,每层的单个线路精确到纳米,显微图像如下图:



CPU的基本单位非常简单,就是一些基本“与非或”门路,然后数以十亿的逻辑门路,集成在指甲大小的硅片上,其制造难度可想而知。

目前高端的光刻机,只有荷兰ASML和日本尼康与佳能生产,最尖端的光刻机,只有ASML能生产,我国自主产权的光刻机还处于中低水平。



中国受《瓦森纳协议》的制约,尖端的光刻机中国有钱都买不到,加上前面几十年我国对芯片产业的重视程度不够,使得现在处处受人制约,芯片发展道路可谓非常坎坷。

好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

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