1-2 集成电路的制造过程在线视频

说完了集成电路的应用

我们下面再来看一下集成电路的制造过程

我们从制造过程来看一下

集成电路它是如何发展的

集成电路制造很多课程里面应该都把它的

详细的制造过程一一的去讲了

怎么从掩膜版开始

然后一层一层的加工制造出一个相关的

集成电路

这个详细过程我就不再一一的去阐述了

我们看一下

这是一个我们加工出来的一个集成电路圆片

正好我这儿有一个实际的样品

大家可以看到一个圆片跟我们一个人的

头的大小可能差不多

在这个圆片上

可能有成千上万甚至十万到几十万个芯片

我们在集成电路加工的时候

厂家会帮我们将这样一个圆片加工出来

然后再用切割的方式切出很多小芯片

以我们每个人都有的身份证的芯片为例

一个身份证的芯片

它的个头非常小

非常非常小

在这样一个圆片上

大概可以放下数万个身份证芯片

通常这样一个晶圆

大概在人民币几千到上万的价格

大家可以算下

平均下来每个芯片价格是多少

就会算出（它的价格）

从另一个角度来说

如果我们在圆片上

这个圆片可以做得更大的话

分摊下来每个芯片的价格也可以更低

如果我们设计人员能够把芯片做得更小的话

平均下来

每个芯片的价格也会更低

所以

从集成电路制造过程里面

对我们设计人员也提出了很多需求

后面我会结合具体的数据来看

我们说厂家把这样一个圆片给做好以后

下面怎么才能变成我们电路上所看到的

每一个集成电路呢

我们就需要去把它一个一个切割出来

切割出来以后

然后取出每一个小芯片我们术语上把它称之为Die

拿到Die以后

下面就要完成集成电路的后道封装工序

把这个Die封装到一个衬底里面去

然后通过键合封装技术

变成我们最终的芯片

这样的话才能把这种芯片放到电路板上去

我们会看到在这张图里面有各种各样的

封装形式的集成电路

从最早期的DIP型式的一直到现在比较先进的

BGA型式的集成电路都有

根据各种应用的需求不同

我们可能会把集成电路封装到不同的封装里去

我们这儿有一个实际的这个集成电路封装形式

这就是英特尔的一个i3的处理器i3-2100

在目前我们很多高校的实验室里面

甚至个人的计算机上还会装有这样的处理器

当然

英特尔处理器的更新的速度非常快

目前已经到i5、i7甚至更高的i7也在不断升级

也出新的处理器

但是大致的样子就是这么个样子

正面可能是一个金属封装外壳去帮助它散热

背面是很多很多密集的管腿

以i3为例

它的管腿大概有1150个，1155个或者1156个左右

这就是实际的集成电路的样子

我们再来举一个例子

这是一个银行的一个u盾

早期的应该说第一代银行的u盾

第一代银行的u盾

如果我们把它打开的话

看一下电路板看一下幻灯片

打开电路板有好几个芯片

大概2到3个芯片

这时候

它的安全性相对来说是比较低的

我们都知道现在每个人都关心自己的密码

或者是信息安全。这些安全性

在早期的U盾的第一代方案里面

它电路板上会有2到3个芯片

这时候

我们所说的黑客或者是工程师

就可以用逻辑分析仪 示波器

或者是一些其他的分析工具去探测电路板上的

信号

从而分析出些信号代表是具体的

什么物理意义或者说分析出密码

所以说这个产品的安全性是比较低的

那么怎么才能提高它的安全性呢

从我们做集成电路的角度来说

尽可能把这个2到3颗芯片功能

集成到一颗芯片里面去

这样的话呢

攻击人员他就没办法探测信号了

所以这就是第二代产品

我们看一下第二代产品的图

里面只有一个黑色的芯片

这时候原来在电路板上的

那些线就已经被封装到这个集成电路里面去了

所以用常规的探测手段就已经探测不到了

提高了安全性

我们说

道高一尺魔高一丈

安全性只是相对而言的

从我们搞集成电路的专业人员的角度来说

我还可以用一些技术手段

把这个芯片的外壳给它剥去

就好像这张幻灯片上

芯片中间腐蚀了一个窟窿

剥去了以后

芯片内部的一些隐私就已经暴露出来了

在这个芯片内部有两个模块

一个是处理器模块

一个是存储器模块

我们又可以用某些

逻辑分析仪 示波器

这样的手段去探测这些内部信号了

这样的话

对于专业人员来说

还是能够破译到这个芯片内部的信号的

所以安全性提高了

但是还是有限的

那怎么办呢

怎么进一步提高安全性呢

就要采用更高深的手段

把在一颗封装完的芯片内部的两个模块

我们再通过设计手段

把它人为的真正的做到一颗芯片上去

这样的安全性就是最高的

所以

电子产品它是在不断根据需求

在不断的升级

刚才我们说的是第一代U盾

这是一个第二代U盾

我想很多人手边都会有这样的U盾

在第二代U盾上

除了有这个USB接口之外

另外多了一个显示屏

多了一些按键

为什么会出现这样的变化

这是因为信息安全

又遇到了一个新的问题

在网络上的黑客

他们做出了一些更高级的攻击手段

能够模拟出人做出一些U盾的反应

所以从U盾的安全性角度来说

在U盾给银行做认证的过程中

需要人为的去按一下键

确认这个操作是不是真正的是人的操作

还是一个木马或者一个病毒做的操作

所以

对U盾的技术需求提出了一个新的需求

那作为产品来说意味着什么呢

意味着针对第一代U盾所设计的

芯片已经没有用了

必须要针对第二代U盾重新设计新的芯片

那作为我们集成电路从业人员

你就可以发现一个现象

集成电路的产品周期非常的短

也就是说针对第一代U盾设计的集成电路

它的生存周期可能只有三年两年一年

之后

这个产品就再也没有市场了

卖不动了

因为需求已经变化了

那同样到手机

我们每个人都有手机

我们都知道

手机里面芯片也在一代一代的

很快速的更新

差不多每半年

或者每一年就会出一个新的手机的芯片

也就意味着

早期的老的手机的芯片已经没有用了

已经没有市场了

所以集成电路行业里面产品的

生存周期相对比较短

对从业人员就要求不断的去升级更新产品

意味着你要不断的在这里面去投入时间

直到这个相对小的行业都已经不再存在了

然后你可以换到一个新的行业里面

我们再来看一下集成电路的制造的成本

所有人都对集成电路感兴趣

都想提高产品的性能

那就意味着都想开发一个新的集成电路

做出一个新的产品

但能不能都这么做呢

那就要看集成电路制造成本

集成电路生产是一个大规模生产的一个过程

我们可以看到在这张图里面

我们集成电路的工艺在不断的变化

在不断的改进

不断的提升

从最早期的2微米 1微米

0.35微米 0.18微米 65纳米 40纳米

到现在常用的28纳米

在不断的提升

那么随着工艺水平的提升

带来的一个问题就是集成电路的制造成本

一次性制造成本

我们称之为叫NRE

或者你可以想象为是一个掩膜版的制造成本

也是在成倍成倍的翻升的

通常来说

工艺每提高一代

比如说线宽从0.35微米变成0.25（微米）

从0.25（微米）变成0.18（微米）

它的生产成本

几乎就翻一番

以65纳米为例的话

65纳米工艺的集成电路制造成本

差不多在500万人民币这个量级

到现在的这个40纳米 28纳米

制造成本都在千万（量级）

甚至数千万上千万美元这个量级

也就意味着一个小公司

一个个人或者甚至是一个中型企业 大型企业

都很难承受这种高工艺的集成电路的制造

即使像英特尔这样的大型企业

它想去研发一颗新的处理器的时候

用到28纳米以下

比如说像现在14纳米FINFET这样的工艺

它都要慎重的考虑

然后才能把这颗芯片去生产出来

而且我们都知道集成电路的制造

是一个大批量一次性的制造过程

一旦产品里面有一个瑕疵

比如说有一个bug

那就意味着这批产品都废了

比如说你花了1000万人民币去做了一颗芯片

结果由于工程师不小心

设计出一个小的bug

没有发现

那么就意味着这个产品报废了

只能重新再花1000万

再去把它做一遍

那这意味着什么呢

首先对于我们工程师而言

我们必须特别认真特别仔细

任何一个微小的错误都不能放过

只要犯了一个小错误

可能就导致这个产品的失败

产品失败导致什么呢

个人你可能会被公司开除

对于公司可能就已经倒闭了

我们现在国家经常要说

鼓励大家去创业

在集成电路这个行业里边创业意味着什么呢

我们会首先要有一个好的idea

有特别好的想法

这个想法能创造出一个新的产品

有这个想法以后我们还要找到足够多的资金

刚才我已经说了

每做一个集成电路你可能就要花几百万上千万

你要找到足够多的资金

找到一个能够给你提供上千万人民币的

这样一个风投

把钱投给你

投给你以后

你要拉起一个团队把这个芯片设计出来

然后去把它制造出来

你有多少机会呢

你只有一次的机会

因为万一你做出来的芯片里面有一个bug

就意味着这个芯片需要重做

还要花这么多钱

一般来说风投是不愿意给这个钱的

也就这意味着什么呢

意味着你这个公司就倒闭了

所以很多中小型公司他只能承受一次失败的机会

甚至一次失败的机会都不能承受

当然

如果他成功了是什么呢

成功了通常一颗新的芯片就意味着

一个新的产品

意味着一个新的行业

所以在集成电路这个行业里面

是有着非常多的创新机会的

很多人可以因此一夜暴富