芯片制程
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-22
芯片制程的實例教程
芯片生產的成熟制程和先進制程兩個領域，在經濟回報上的差距是明顯的。
據管理咨詢公司貝恩公司（Bain&Co.）稱，一種用于高級芯片的5納米晶片，可在iPhone 13等最新智能手機上運行應用程序，截至今年售價約為17000美元。
相比之下，一塊28納米晶圓的價格約為3000美元，這種采用成熟制程的半導體，可以實現更簡單的功能，如將設備連接到Wi-Fi網絡。
半導體世界以納米或用于生產的晶體管的大小來對自己進行分類。晶體管越小，工藝技術越新、越先進，單個硅片上可以制造的芯片數量也就越多。
使用28納米工藝或更成熟工藝制造的芯片通常被視為成熟制程芯片，數字越高表示技術越成熟。使用更小的納米工藝制造的芯片被認為是先進的，最尖端的芯片都是用一位數的納米工藝制造的。
據摩根士丹利(Morgan Stanley)估計，在經濟重新開放和消費反彈的刺激下，全球各個行業的企業已經開始了一個資本支出過熱的周期。摩根士丹利表示，全球投資今年將恢復到疫情前的水平，明年將超過這一水平。
但目前沒有一個行業像芯片制造商那樣加速投資。根據標準普爾全球評級（s&P Global Ratings）對全球2000家最大的非金融上市公司的分析，在資本支出最大的20個行業中，半導體行業今年的資本支出為32%，同比增幅最大，約為平均水平的2.5倍。
半導體行業在先進芯片上的支出通常是與買家的需求密切協調規劃和執行的。
展開 Intel：10nm
Intel的桌面和服務器CPU處理器一直沒有實現更先進的制程，今年新CEO基爾辛格執掌大印后才開啟技術路線，預計今年將推出10nm，7nm已經take in。
今年下半年，Intel將推出代號為Alder Lake的12代酷睿處理器，升級10納米ESF工藝和Golden Cove架構，首次使用大小核架構，最多16核24線程。
在服務器領域中，Intel推出了14nm工藝的Cooper Lake處理器，也就是第三代至強可擴展處理器，最多28核心56線程(八路就是最多224核心448線程)，部分型號增加了核心數量，同時頻率更高，基準頻率提升至最高3.1GHz，單核睿頻加速最高則可達4.3GHz，三級緩存最多38.5MB(每核心對應1.375MB)，熱設計功耗150-250W。
結語
當然Intel的處理器架構與其他Arm架構有所不同，制程也不能用簡單的數字進行比較。三星的3nm可能是目前能夠最快量產的制程，臺積電的1nm也只是取得重大突破，離實際量產應該還有一段距離。
不過，制程之爭已經成了芯片設計與代工領域最重要的方式。
展開 IC封裝是以固態封裝材料 (Epoxy Molding Compound, EMC)及液態封裝材料(Liquid Molding Compound, LMC)進行封裝的制程，藉以達到保護精密電子芯片避免物理損壞或腐蝕。在封裝的過程中包含了微芯片和其他電子組件(所謂的打線)、熱固性材料的固化反應、封裝制程條件控制之間的交互作用。由于微芯片封裝包含許多復雜組件，故芯片封裝制程中將會產生許多制程挑戰與不確定性。常見的IC封裝問題如：充填不完全、空孔、金線偏移、導線架偏移及翹曲變形等。
Moldex3D 解決方案
Moldex3D芯片封裝模塊目前支持的分析項目相當完善，以準確的材料量測為基礎，除了基本的流動充填與硬化過程模擬；并延伸到其他先進制造評估，例如 : 金線偏移、芯片偏移、填充料比例、底部填充封裝、后熟化過程、應力分布與結構變形等。透過精準的模擬可以預測及解決重大成型問題，將有助于產品質量提升，更可以有效地預防潛在缺陷；藉由模擬優化達到優化設計，并縮減制造成本和周期。
展開 吳志毅教授說明，在使用「鉍（Bi）」為「接觸電極」的關鍵結構后，二維材料電晶體的效能，不但與「硅基半導體」相當，又有潛力與目前主流的硅基制程技術相容，有助于未來突破「摩爾定律」極限。
研究成果能替下世代晶片，提供省電、高速等絕佳條件，未來可望投入人工智能、電動車、疾病預測等新興科技應用。
臺積電走向2nm！預計2024年實現量產
幾十年來，半導體行業進步的背后存在著一條金科玉律，即摩爾定律。
摩爾定律表明：每隔 18~24 個月，集成電路上可容納的元器件數目便會增加一倍，芯片的性能也會隨之翻一番。
然而，在摩爾定律放緩甚至失效的今天，全球幾大半導體公司依舊在拼命「廝殺」，希望率先拿下制造工藝布局的制高點。
臺積電在先進制程方面可謂是一騎絕塵。
3nm領域，臺積電一只獨秀。
2020年，5nm量產。
2nm預計在2023至2024推出。
此前報道曾介紹了臺積電近年來整個先進制程的布局：
要知道，臺積電、英特爾和三星并稱半導體制造業「三巨頭」。在芯片制程逐漸縮小的路上，三大巨頭你追我趕。
現在半路又殺出了IBM，上周竟宣布自己研發出了世界首個2nm芯片，相當于在指甲大小的芯片上容納多達500億個晶體管，速度更快并且更高效。
對與更先進的2nm制程，臺積電早在2019年就宣布對此研發。
展開 02
制程市場與投資熱點
Gartner對于12英寸為主的先進制程的產能進行了以下的預測。
圖1 先進制程產能供應緊張
從圖1的預測中可以看到，產能增加最大的是5 nm及以下。今年5 nm的升級版——4nm也將會出現，2022年的目標則是3nm。5nm產能的增加將會推動先進制程市場的成長。圖1也顯示，55/65 nm也會是增長較高的制程，主要原因是目前55 nm的需求量非常大。55 nm雖然是較老的制程，但其需求量在未來幾年仍然會有較大的增加。此外，28 nm、14 nm、16 nm都有較大的增加機會。
1）傳統制程
圖2 傳統制程產能供應緊張
傳統制程主要集中在8英寸晶圓上，現在8英寸晶圓非常緊缺。因為過去很多年8英寸產能過剩，導致價格“跌跌不休”，谷底時期只有約300美元。很多工廠，尤其是日本的一些半導體企業，已經關閉了8英寸的產線。同時，5G手機對PMIC、模擬電路需求量有較大的增加。尤其是PMIC（電源管理芯片）制程集中在180/150 nm，主要為8英寸和少部分12英寸，并不會有大幅度的提升。需求量的增加導致了目前電源相關芯片嚴重缺貨。
目前針對8英寸產線沒有建新廠的投資，大多數投資為擴產。例如中芯國際的財報顯示約會增加4.5萬片晶圓的擴產。擴產實際是為了解決燃眉之急，但要徹底解決8英寸制程緊缺的問題，仍需要將8英寸的產能轉向12英寸。因為12英寸產能產出大，同樣時間條件下，其產出可達2倍多。
臺積電已在使用12英寸的制程和晶圓為聯發科生產PMIC方面的產品，雖然目前量級較小，但預計會有更多的轉移。
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<p class="ql-align-center"><strong>?光刻鏡頭案例分析</strong></p><p><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong style="color: rgb(13, 80, 199);">簡介</strong></p><p class="ql-align-justify">光刻鏡頭作為先進制程芯片制造的核心光學組件
由于微芯片封裝包含許多復雜組件，故芯片封裝制程中將會產生許多制程挑戰與不確定性。常見的IC封裝問題如：充填不完全、空孔、金線偏移、導線架偏移及翹曲變形等。
01/簡介
光刻技術，作為半導體芯片制造的“靈魂工序”，直接決定芯片的制程精度與性能上限，更是全球半導體產業競爭的核心制高點。當制程節點邁入5nm及以下的精微領域，芯片關鍵尺寸已逼近原子級別，傳統標量成像理論因無法精準捕捉光的偏振特性對成像精度的影響，已難以滿足關鍵尺寸均勻性（CDU）的嚴苛要求，制程升級陷入瓶頸。
a8815e4d4e6fe1898248ac8c20249572.jpg"></p><p class="ql-align-center">圖二 晶體管構造圖</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>隨著人類對芯片要求的提高以及對晶體管加工技術的發展，我們已經可以制造3nm的晶體管用于芯片上，同時也發明了各種先進晶體管類型，例如FinFET等，其中3nm指的是芯片制程
功能導覽 (Function Overview)
Moldex3D芯片封裝模塊，能協助設計師分析不同的芯片封裝成型制程。
在轉注成型分析 (Transfer Molding) 與成型底部填膠分析 (Molded Underfill) 中，Moldex3D芯片封裝成型模塊能分析空洞、縫合線、熱固性塑料的硬化率、流動型式及轉化率；透過后處理結果，能檢測翹曲、金線偏移及導線架偏移的現象。
由于微芯片封裝包含許多復雜組件，故芯片封裝制程中將會產生許多制程挑戰與不確定性。常見的IC封裝問題如：充填不完全、空孔、金線偏移、導線架偏移及翹曲變形等。
模塊導覽 (Modules Overview)
Moldex3D支持的芯片封裝成型制程：
轉注成型 (Transfer Molding)
轉注成型制程將芯片封裝，避免芯片受到任何外在因素的損傷。常用的材料為陶瓷與塑料(環氧成型塑料EMC)，由于塑料成本較低，因此塑料轉注成型是常用的封裝制程技術。
由于微芯片封裝包含許多復雜組件，故芯片封裝制程中將會產生許多制程挑戰與不確定性。常見的IC封裝問題如：充填不完全、空孔、金線偏移、導線架偏移及翹曲變形等。
模塊導覽 (Modules Overview)
Moldex3D支持的芯片封裝成型制程：
l 轉注成型 (Transfer Molding)
轉注成型制程將芯片封裝，避免芯片受到任何外在因素的損傷。常用的材料為陶瓷與塑料(環氧成型塑料EMC)，由于塑料成本較低，因此塑料轉注成型是常用的封裝制程技術。
模塊導覽 (Modules Overview)
Moldex3D支持的芯片封裝成型制程：
- 轉注成型 (Transfer Molding)
轉注成型制程將芯片封裝，避免芯片受到任何外在因素的損傷。常用的材料為陶瓷與塑料(環氧成型塑料EMC)，由于塑料成本較低，因此塑料轉注成型是常用的封裝制程技術。
