一颗芯片是如何诞生的？走进因特尔晶圆厂一探究竟

      英特尔(Intel)是PC芯片领域的巨头，也是强大的芯片生产商。目前最先进的制程工艺为10nm SuperFin（可以理解为10nm+）。如今，英特尔正试图恢复其在芯片制造技术方面的长期领先地位，押注200亿美元，希望能帮助缓解芯片短缺局面。三年时间内，英特尔将在其位于亚利桑那州钱德勒的芯片制造中心建造两家工厂，不仅如此，它还有更大规模的扩张计划，将在俄亥俄州的新奥尔巴尼和德国的马格德堡建立新工厂。

      为了解一颗芯片的诞生过程，让我们一起走进英特尔的晶圆厂去看看。

      芯片有什么作用？芯片或集成电路在20世纪50年代末开始取代体积庞大的单个晶体管。许多这些微小的部件是在一块硅上生产的，并连接在一起工作。产生的芯片存储数据、放大无线电信号和执行其他操作。英特尔以各种微处理器而闻名，它们执行计算机的大部分计算功能。

      英特尔晶圆厂内部

      其中一台机器用于在制造芯片时从硅晶片上蚀刻材料。▲

      除了建造厂房和购置机器外，公司还必须花费巨资开发复杂的加工步骤，用平板大小的硅片来制造芯片——这就是为什么这些工厂被称为“晶圆厂”。

      巨大的机器在每个晶圆上设计芯片，然后沉积和蚀刻材料层来制造晶体管并将它们连接起来。在这些系统中，在自动高架轨道上的特殊吊舱中，一次最多可运送25片晶圆。

      加工一块晶圆需要数千个步骤，长达两个月。近年来，台积电已经为产量设定了节奏，运营着拥有四条或四条以上生产线的“千兆工厂”(gigafabs)。市场研究公司TechInsights的副董事长Dan Hutcheson估计，每个工厂每月可以加工10万片以上的晶圆。他估计，英特尔在亚利桑那州的两家计划投资100亿美元的工厂每个月的生产能力约为4万个晶圆。

      芯片封装是芯片成品至关重要的一步，封装是为了保护电路芯片免受周围环境的影响，包括来自物理、化学方面的影响。以引线框架形式封装为例的完整封装工程需要经历晶圆减薄－划片－贴片－银胶烘烤－等离子清洗－键合－塑封－后固化－电镀－打标－切筋成型分离－测试－编带/装管/装盘等多个步骤。

      加工后，晶圆被切成单独的薄片。这些被测试和包裹在塑料包装连接到电路板或系统的一部分。▲

      这一步已经成为一个新的竞争战场，因为要把晶体管做得更小就更加困难。现在，各家公司正在将多个芯片堆叠起来，或者将它们并排放置在一个包装中，将它们连接起来，就像一块硅片一样。

      如今，将少量芯片封装在一起已成为一种常规做法，而英特尔(Intel)已经开发出一种先进的产品，利用新技术将47个独立芯片捆绑在一起。

      大型管道将气体从园区的处理机器中排出。▲

      一块肉眼看不见的灰尘可以毁掉一个人。因此，晶圆厂必须比医院手术室更清洁，需要复杂的系统来过滤空气、调节温度和湿度。此外，晶圆厂还不能受到任何振动的影响，因为这些振动可能导致昂贵设备发生故障。因此，完美的洁净室建在巨大的混凝土板上，安装在特殊的减震器上。

      同样，移动大量液体和气体也是一件重要的事。英特尔的顶级工厂大约有70英尺（２１米）高，有巨大的风扇帮助空气循环到正下方的洁净室。在洁净室的下面是成千上万的泵、变压器、动力柜、公用事业管道和与生产设备连接的冷水机。

      晶圆厂对水的需求

      晶圆厂是水密集型业务，这是因为在生产过程的许多阶段都需要水来清洁晶圆。

      英特尔希尔斯伯勒工厂的一座塔从水中去除气体。▲