不少朋友刷科技新聞時,常會把半導體和晶片混為一談科技。明明總聽見這兩個詞,卻搞不清二者到底差在哪。今天就把這個問題講透,看完再也不用對著科技報道犯迷糊。
半導體和晶片,根本不是一回事科技。
半導體是材料,晶片是成品,二者的關係就像鋼材和汽車:鋼材是基礎材料,汽車是用鋼材打造的成品,半導體就對應鋼材,晶片則對應汽車科技。介於導體和絕緣體之間的材料就是半導體,當前應用最廣泛的半導體材料是矽,我們日常接觸的沙子,主要成分就是二氧化矽,正是提取矽的核心原料。
而晶片,就是用半導體材料經過複雜工藝製作出的積體電路科技。市面上常見的晶片可以分為 CPU、GPU、儲存晶片、模擬晶片等多個品類,手機的處理器、電腦的顯示卡、儲存資料的記憶體顆粒,都屬於晶片範疇。
從沙子到晶片,要經過五個環環相扣的關鍵環節,任何一個環節出問題,都無法產出合格的晶片科技。
先從晶圓製造說起科技。沙子的主要成分是二氧化矽,先要將沙子提純為 99.9999% 以上的高純度矽,這種超高純度的矽雜質含量極低,是半導體制造的核心基礎。提純完成後,再將矽熔化拉制成單晶矽棒,經過切割、研磨、拋光等工序,最終加工成鏡面般的圓形矽片,也就是晶圓,這是晶片製造的基礎載體。
接下來是晶片設計科技。這一步類似建築行業的畫圖紙,需要根據使用場景設計對應的電路邏輯,整個過程需要用到專業的EDA 軟體,也就是電子設計自動化工具。無論是手機晶片的低功耗設計,還是伺服器晶片的高效能架構,都要依靠 EDA 軟體完成,這也是晶片產業的上游核心環節之一。
之後是最複雜的晶片製造環節科技。這一步的技術壁壘最高、難度最大,需要在光禿禿的晶圓上,按照設計好的圖紙精準刻下數以億計的電晶體,而光刻機就是這個環節的核心裝置。它能把設計好的電路圖微縮投影到晶圓表面,透過光刻膠和蝕刻工藝,將電路圖案永久留在晶圓上,當前最先進的光刻機精度已經達到 3nm 級別。沒有高階光刻機,就無法生產出先進的晶片,這也是當前國產晶片突破的關鍵瓶頸之一。
再接下來是封裝測試科技。當晶圓上的晶片都製作完成後,需要先將晶片從晶圓上切割下來,接著焊上引線連線外部電路,再用塑膠或陶瓷外殼封裝起來保護晶片,最終經過嚴格的效能測試,篩選出合格的成品晶片。
到這裡,就能得到可以直接安裝到電子裝置中的成品晶片,不管是手機、電腦還是智慧家居裝置,都離不開這類成品晶片科技。
現在大家應該明白了,半導體是基礎材料,晶片是最終的應用成品科技。光刻機作為製造環節的核心裝置,自然成了全球科技行業關注的焦點。不管是日常使用的數碼產品,還是工業生產的高階裝置,都離不開晶片,看懂這個邏輯,以後看科技新聞就不會再懵了。