做晶元的最佳方法

㈠ 手機晶元是用什麼做的~~

晶元製作完整過程包括：晶元設計、晶片製作、封裝製作、成本測試等幾個環節，其中晶片製作過程尤為的復雜。

一、晶元設計

1、晶元的HDL設計

晶元構架的設計一般是通過專門的硬體設計語言Hardware Description Languages (HDL)來完成，所謂硬體設計語言( HDL)，是一種用來描述硬體工作過程的語言。現在被使用的比較多的有 Verilog 、 VHDL。 這些語言寫成的代碼能夠用專門的合成器生成邏輯門電路的連線表和布局圖，這些都是將來發給晶元代工廠的主要生產依據。對於硬體設計語言（ HDL）一般人都不會接觸到，在這里只給大家介紹一下：在程序代碼的形式上HDL和C也沒有太大的不同，但實際功能完全不同，比如Verilog語言中基本的一條語句：

always@(posedge clock) Q <= D;

這相當於C裡面的一條條件判斷語句，意思就是在時鍾有上升沿信號的時候，輸出信號 'D' 被儲存在'Q'。

通過此類的語句描述了觸發器電路組成的緩存和顯存之間數據交換的基本方式，綜合軟體依靠這些代碼描述出來的門電路的工作方式生成電路的。在晶元的設計階段基本上都是通過工程師們通過Verilog語言編制HDL代碼來設計晶元中的所有工作單元，也決定該晶元所能支持的所有技術特徵。這個階段一般要持續3到4個月（這取決於晶元工程的規模），是整個設計過程的基礎。

2、晶元設計的debug

在上述的工作完成後，就進入了產品設計的驗證階段，一般也有一兩個月的時間。這個階段的任務就是保證在晶元最後交付代工廠的設計方案沒有缺陷的，就是我們平時所說的產品的「bug」。這一個階段對於任何晶元設計公司來說都是舉足輕重的一步，因為如果晶元設計在投片生產出來以後驗證出並不能像設計的那樣正常工作，那就不僅意味著重新設計。整個驗證工作分為好幾個過程，基本功能測試驗證晶元內的所有的門電路能正常工作，工作量模擬測試用來證實門電路組合能達到的性能。當然，這時候還沒有真正物理意義上真正的晶元存在，這些所有的測試依舊是通過HDL 編成的程序模擬出來的。

3、晶元設計的分析

接下來的驗證工作開始進行分支的並行運作，一個團隊負責晶元電路的靜態時序分析，保證成品晶元能夠達到設計的主頻 ；另外一個主要由模擬電路工程師組成的團隊進行關於儲存電路，供電電路的分析修改。 和數字電路的修正工作相比，模擬工程師們的工作要辛苦的多，他們要進行大量的復數，微分方程計算和信號分析，即便是藉助計算機和專門的軟體也是一件很頭疼的事情。同樣，這時候的多有測試和驗證工作都是在模擬的狀態下進行的，最終，當上述所有的工作完成後，一份由綜合軟體生成的用來投片生產門電路級別的連線表和電路圖就完成了。

4、FPGA驗證

但是，圖形晶元設計者不會立即把這個方案交付廠家，因為它還要接受最後一個考驗，那就是我們通常所說的FPGA (Field Programmable Gate Array)現場可編程門陣列來對設計進行的最終功能進行驗證。 對於集成一億多個晶體管超級復雜晶元，在整個使用硬體設計語言（ HDL）設計和模擬測試的過程中，要反復運行描述整個晶元的數十億條的指令和進行真正「海量」的數據儲存，因此對執行相關任務的的硬體有著近乎變態的考驗。

二、晶元製造

根據設計的需求，生成的晶元方案設計，接下來就是打樣了。

1、 晶元的原料晶圓

晶圓的成分是硅，硅是由石英沙所精練出來的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將些純硅製成硅晶棒，成為製造集成電路的石英半導體的材料，將其切片就是晶元製作具體需要的晶圓。晶圓越薄，成產的成本越低，但對工藝就要求的越高。

2、晶圓塗膜

晶圓塗膜能抵抗氧化以及耐溫能力，其材料為光阻的一種，

3、晶圓光刻顯影、蝕刻

該過程使用了對紫外光敏感的化學物質，即遇紫外光則變軟。通過控制遮光物的位置可以得到晶元的外形。在硅晶片塗上光致抗蝕劑，使得其遇紫外光就會溶解。這是可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，這溶解部分接著可用溶劑將其沖走。這樣剩下的部分就與遮光物的形狀一樣了，而這效果正是我們所要的。這樣就得到我們所需要的二氧化硅層。

4、攙加雜質

將晶圓中植入離子，生成相應的P、N類半導體。

具體工藝是是從矽片上暴露的區域開始，放入化學離子混合液中。這一工藝將改變攙雜區的導電方式，使每個晶體管可以通、斷、或攜帶數據。簡單的晶元可以只用一層，但復雜的晶元通常有很多層，這時候將這一流程不斷的重復，不同層可通過開啟窗口聯接起來。這一點類似所層PCB板的製作製作原理。 更為復雜的晶元可能需要多個二氧化硅層，這時候通過重復光刻以及上面流程來實現，形成一個立體的結構。

5、晶圓測試

經過上面的幾道工藝之後，晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進行電氣特性檢測。 一般每個晶元的擁有的晶粒數量是龐大的，組織一次針測試模式是非常復雜的過程，這要求了在生產的時候盡量是同等晶元規格構造的型號的大批量的生產。數量越大相對成本就會越低，這也是為什麼主流晶元器件造價低的一個因素。

6、封裝

將製造完成晶圓固定，綁定引腳，按照需求去製作成各種不同的封裝形式，這就是同種晶元內核可以有不同的封裝形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN 等等。這里主要是由用戶的應用習慣、應用環境、市場形式等外圍因素來決定的。

7、測試、包裝

經過上述工藝流程以後，晶元製作就已經全部完成了，這一步驟是將晶元進行測試、剔除不良品，以及包裝。

三、晶元功能測試

完成了上面的一步，晶元就已經製造完成，接下來就是晶元的驗證

通常需要將晶元貼到PCB上，逐步驗證每一個功能是否正常。

㈡ 晶元的製造過程

晶元製作完整過程包括晶元設計、晶片製作、封裝製作、成本測試等幾個環節，其中晶片製作過程尤為的復雜。首先是晶元設計，根據設計的需求，生成的「圖樣」
1、 晶元的原料晶圓
晶圓的成分是硅，硅是由石英沙所精練出來的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將這些純硅製成硅晶棒，成為製造集成電路的石英半導體的材料，將其切片就是晶元製作具體所需要的晶圓。晶圓越薄，生產的成本越低，但對工藝就要求的越高。
2、晶圓塗膜
晶圓塗膜能抵抗氧化以及耐溫能力，其材料為光阻的一種。
3、晶圓光刻顯影、蝕刻
該過程使用了對紫外光敏感的化學物質，即遇紫外光則變軟。通過控制遮光物的位置可以得到晶元的外形。在硅晶片塗上光致抗蝕劑，使得其遇紫外光就會溶解。這時可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，這溶解部分接著可用溶劑將其沖走。這樣剩下的部分就與遮光物的形狀一樣了，而這效果正是我們所要的。這樣就得到我們所需要的二氧化硅層。
4、摻加雜質
將晶圓中植入離子，生成相應的P、N類半導體。
具體工藝是是從矽片上暴露的區域開始，放入化學離子混合液中。這一工藝將改變攙雜區的導電方式，使每個晶體管可以通、斷、或攜帶數據。簡單的晶元可以只用一層，但復雜的晶元通常有很多層，這時候將這一流程不斷的重復，不同層可通過開啟窗口聯接起來。這一點類似多層PCB板的製作原理。 更為復雜的晶元可能需要多個二氧化硅層，這時候通過重復光刻以及上面流程來實現，形成一個立體的結構。
5、晶圓測試
經過上面的幾道工藝之後，晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進行電氣特性檢測。一般每個晶元的擁有的晶粒數量是龐大的，組織一次針測試模式是非常復雜的過程，這要求了在生產的時候盡量是同等晶元規格構造的型號的大批量的生產。數量越大相對成本就會越低，這也是為什麼主流晶元器件造價低的一個因素。
6、封裝
將製造完成晶圓固定，綁定引腳，按照需求去製作成各種不同的封裝形式，這就是同種晶元內核可以有不同的封裝形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等等。這里主要是由用戶的應用習慣、應用環境、市場形式等外圍因素來決定的。
7、測試、包裝
經過上述工藝流程以後，晶元製作就已經全部完成了，這一步驟是將晶元進行測試、剔除不良品，以及包裝。