芯片,半導(dǎo)體器件產(chǎn)品的統(tǒng)稱,集成電路
(Integrated Circuit,IC),或稱微電路(Micro Circuit)、微芯片(Micro Chip)、晶片、芯片(Chip),在電子學(xué)中是一種將電路小型化的方式,并時(shí)常制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。
換句話說(shuō),微芯片是在單一硅片上制造出一定數(shù)量的微晶體管,賦予其以往的獨(dú)立的電子元器件所不具有的強(qiáng)大功能。微芯片的發(fā)明為電子產(chǎn)品制造提供了一種功能多、可靠性高、產(chǎn)能大、成本低的新途徑,成為電子工業(yè)發(fā)展的里程碑。
微芯片的制造技術(shù)稱為微電子制造技術(shù)、微電子技術(shù),有時(shí)也被稱為半導(dǎo)體制造技術(shù)或(硅基)集成電路制造技術(shù)。
給網(wǎng)版印刷技術(shù)帶來(lái)微細(xì)印刷圖形壓力的正是微芯片的封裝技術(shù),關(guān)于這一部分內(nèi)容,我們會(huì)在后面的“微細(xì)網(wǎng)版印刷技術(shù)”單元里作詳細(xì)的專題討論;現(xiàn)在這一個(gè)小節(jié)中主要介紹的是微芯片封裝的作用與功能。
1.微芯片的“微”
1)微芯片的最小特征尺寸
自1959年開(kāi)創(chuàng)微芯片時(shí)代以來(lái),微芯片的最小線寬(或者說(shuō)是微芯片的最小特征尺寸或最細(xì)線條寬度、最窄線條寬度)以每年13%的速度遞減。例如20世紀(jì)80年代,光學(xué)光刻技術(shù)所能達(dá)到的極限分辨率(最小特征尺寸)為0.5um(500nm,nm為納米,1um=1000nm),
2003年為0.13um(130nm),2004年為0.09um
(90nm),2014年已經(jīng)達(dá)到14nm,推進(jìn)到目前的水平已經(jīng)達(dá)到7nm、5nm、3nm;眼看2nm、
1nm技術(shù)很快就可以實(shí)現(xiàn)。
2)微芯片的高集成度
電路的高度集成,不僅極大地有利于電子設(shè)備的小型化、微型化,而且由于電路同時(shí)具備各種各樣的功能,也有利于提高設(shè)備性能,降低功耗,增加可靠性。
據(jù)悉,7nm制程的微芯片,每平方毫米可容納9650萬(wàn)顆品體管,5nm制程則可擴(kuò)展為1.7億顆品體管,而3nm制程將達(dá)到3億顆晶體管的規(guī)模。試想:1mm2的面積內(nèi)居然“塞”進(jìn)去了3億顆晶體管,其工藝制作該是何等之“微”。值得一提的是,中國(guó)華為公司的麒麟980微芯片,在指甲蓋的面積里居然“塞”進(jìn)了69億顆晶體管!這可是一顆真真切切、完完全全的中國(guó)
“芯”啊!
如今隨著微芯片制程的不斷提升,微芯片中可以有100多億顆品體管,如此之多的品體管,究竟是如何“塞”進(jìn)去的呢?
當(dāng)微芯片被放大,它的里面宛如一座巨大的從CPU(Central Processing Unit;中央處理器、中央處理機(jī))的截面視圖,可以清晰地看到層狀的CPU結(jié)構(gòu),微芯片內(nèi)部采用的呈層級(jí)排列方式,例如某一個(gè)CPU大概是有10層,其中最下層為器件層,即是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)品體管(MOSFET)。
3)微芯片制程
微芯片制造的兩個(gè)趨勢(shì)之一,就是微芯片制程。制程這個(gè)概念,其實(shí)就是柵極的大小,也可以稱為柵長(zhǎng),在品體管結(jié)構(gòu)中,電流從源極(Source)流入漏極(Drain),柵極(Gate)相當(dāng)于閘門,主要控制兩端(源極和漏極)的通斷。電流會(huì)損耗,面柵極的寬度則決定了電流通過(guò)時(shí)的損耗,表現(xiàn)出來(lái)的例如就是手機(jī)常見(jiàn)的發(fā)熱和功耗,寬度越窄,功耗越低;而柵極的最小寬度(柵長(zhǎng))也就是制程。
縮小納米制程的用意,就是可以在更小的微芯片中“塞”入更多的品體管(電品體),讓微芯片不會(huì)因技術(shù)提升而體積變得更大。但是我們?nèi)绻麑艠O的最小寬度變小(窄),深極和漏極之間流過(guò)的電流就會(huì)越快,其工藝難度就會(huì)更大。微芯片中的品體管可用于各種各樣的數(shù)字和模擬功能,包括放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和振蕩器。
微芯片中的品體管越多就可以增加處理器的運(yùn)算效率,再者,減少體積也可以降低耗電量:最后,微芯片體積縮小后,更容易“塞”入行動(dòng)裝置中,滿足未來(lái)特別是軍事以及航空、航天領(lǐng)城輕、薄、短、小以及多功能化的需求。