芯片,半导体器件产品的统称,集成电路
(Integrated Circuit,IC),或称微电路(Micro Circuit)、微芯片(Micro Chip)、晶片、芯片(Chip),在电子学中是一种将电路小型化的方式,并时常制造在半导体晶圆表面上。
换句话说,微芯片是在单一硅片上制造出一定数量的微晶体管,赋予其以往的独立的电子元器件所不具有的强大功能。微芯片的发明为电子产品制造提供了一种功能多、可靠性高、产能大、成本低的新途径,成为电子工业发展的里程碑。
微芯片的制造技术称为微电子制造技术、微电子技术,有时也被称为半导体制造技术或(硅基)集成电路制造技术。
给网版印刷技术带来微细印刷图形压力的正是微芯片的封装技术,关于这一部分内容,我们会在后面的“微细网版印刷技术”单元里作详细的专题讨论;现在这一个小节中主要介绍的是微芯片封装的作用与功能。
1.微芯片的“微”
1)微芯片的最小特征尺寸
自1959年开创微芯片时代以来,微芯片的最小线宽(或者说是微芯片的最小特征尺寸或最细线条宽度、最窄线条宽度)以每年13%的速度递减。例如20世纪80年代,光学光刻技术所能达到的极限分辨率(最小特征尺寸)为0.5um(500nm,nm为纳米,1um=1000nm),
2003年为0.13um(130nm),2004年为0.09um
(90nm),2014年已经达到14nm,推进到目前的水平已经达到7nm、5nm、3nm;眼看2nm、
1nm技术很快就可以实现。
2)微芯片的高集成度
电路的高度集成,不仅极大地有利于电子设备的小型化、微型化,而且由于电路同时具备各种各样的功能,也有利于提高设备性能,降低功耗,增加可靠性。
据悉,7nm制程的微芯片,每平方毫米可容纳9650万颗品体管,5nm制程则可扩展为1.7亿颗品体管,而3nm制程将达到3亿颗晶体管的规模。试想:1mm2的面积内居然“塞”进去了3亿颗晶体管,其工艺制作该是何等之“微”。值得一提的是,中国华为公司的麒麟980微芯片,在指甲盖的面积里居然“塞”进了69亿颗晶体管!这可是一颗真真切切、完完全全的中国
“芯”啊!
如今随着微芯片制程的不断提升,微芯片中可以有100多亿颗品体管,如此之多的品体管,究竟是如何“塞”进去的呢?
当微芯片被放大,它的里面宛如一座巨大的从CPU(Central Processing Unit;中央处理器、中央处理机)的截面视图,可以清晰地看到层状的CPU结构,微芯片内部采用的呈层级排列方式,例如某一个CPU大概是有10层,其中最下层为器件层,即是金属氧化物半导体场效应品体管(MOSFET)。
3)微芯片制程
微芯片制造的两个趋势之一,就是微芯片制程。制程这个概念,其实就是栅极的大小,也可以称为栅长,在品体管结构中,电流从源极(Source)流入漏极(Drain),栅极(Gate)相当于闸门,主要控制两端(源极和漏极)的通断。电流会损耗,面栅极的宽度则决定了电流通过时的损耗,表现出来的例如就是手机常见的发热和功耗,宽度越窄,功耗越低;而栅极的最小宽度(栅长)也就是制程。
缩小纳米制程的用意,就是可以在更小的微芯片中“塞”入更多的品体管(电品体),让微芯片不会因技术提升而体积变得更大。但是我们如果将栅极的最小宽度变小(窄),深极和漏极之间流过的电流就会越快,其工艺难度就会更大。微芯片中的品体管可用于各种各样的数字和模拟功能,包括放大、开关、稳压、信号调制和振荡器。
微芯片中的品体管越多就可以增加处理器的运算效率,再者,减少体积也可以降低耗电量:最后,微芯片体积缩小后,更容易“塞”入行动装置中,满足未来特别是军事以及航空、航天领城轻、薄、短、小以及多功能化的需求。