Микросхем. Разработка микросхем: от идеи до готового продукта. Ключевые этапы и технологии

Как создаются современные микросхемы. Какие этапы включает в себя процесс разработки интегральных схем. Какие технологии и материалы используются при производстве микрочипов. Какие проблемы приходится решать разработчикам микросхем. Какие перспективы у отрасли микроэлектроники.

Основные этапы разработки микросхем

Разработка современных интегральных микросхем — сложный многоэтапный процесс, требующий глубоких знаний и передовых технологий. Рассмотрим основные стадии создания микрочипов:

1. Проектирование архитектуры и схемотехники
2. Разработка топологии кристалла
3. Изготовление фотошаблонов
4. Производство полупроводниковых пластин
5. Формирование структур на пластине
6. Корпусирование и тестирование готовых микросхем

Каждый из этих этапов имеет свои особенности и требует применения специализированных инструментов и технологий.

Проектирование архитектуры и схемотехники микросхемы

На этапе проектирования архитектуры определяется общая структура будущей микросхемы, состав функциональных блоков и их взаимодействие. Разрабатывается логическая схема, выбираются элементы и узлы.

Ключевые задачи на данном этапе:

• Разработка архитектуры микросхемы
• Проектирование логической схемы
• Выбор элементной базы
• Моделирование и верификация схемы

Для проектирования используются системы автоматизированного проектирования (САПР) электронных устройств. Они позволяют создавать и моделировать сложные схемы, содержащие миллионы транзисторов.

Разработка топологии кристалла микросхемы

На этапе топологического проектирования создается физическая структура микросхемы — размещение элементов и межсоединений на кристалле. Ключевые задачи:

• Размещение элементов на кристалле
• Трассировка межсоединений
• Оптимизация топологии
• Проверка правил проектирования

Для разработки топологии применяются специализированные САПР, позволяющие работать с субмикронными размерами элементов. Топологическое проектирование требует учета множества физических ограничений и является одним из самых сложных этапов.

Изготовление фотошаблонов для производства микросхем

Фотошаблоны — это ключевой элемент в производстве интегральных схем. Они представляют собой прецизионные фотографические маски, содержащие рисунок топологии микросхемы.

Основные этапы изготовления фотошаблонов:

1. Подготовка данных топологии
2. Формирование рисунка на фоторезисте
3. Проявление фоторезиста
4. Травление хромового покрытия
5. Контроль качества

Современные фотошаблоны изготавливаются с субмикронным разрешением и требуют применения сложного высокоточного оборудования.

Производство полупроводниковых пластин для микросхем

Полупроводниковые пластины являются основой для создания интегральных микросхем. Наиболее распространенный материал — монокристаллический кремний.

Ключевые этапы производства кремниевых пластин:

1. Выращивание монокристалла кремния
2. Резка на пластины
3. Шлифовка и полировка
4. Очистка поверхности
5. Контроль качества

Современные технологии позволяют производить пластины диаметром до 300 мм с высочайшей степенью чистоты поверхности. Это обеспечивает возможность формирования на них наноразмерных структур.

Формирование структур на полупроводниковой пластине

Формирование структур микросхемы на пластине — ключевой этап производства, включающий множество сложных операций. Основные технологические процессы:

• Фотолитография
• Легирование
• Травление
• Осаждение тонких пленок
• Термическая обработка

Современные технологии позволяют формировать элементы размером менее 10 нм. Для этого применяются сложные литографические системы, использующие глубокий ультрафиолет и рентгеновское излучение.

Корпусирование и тестирование готовых микросхем

Заключительный этап производства — корпусирование кристаллов и тестирование готовых микросхем. Основные операции:

1. Разделение пластины на отдельные кристаллы
2. Монтаж кристалла в корпус
3. Разварка выводов
4. Герметизация корпуса
5. Функциональное и параметрическое тестирование

Современные микросхемы могут содержать миллиарды транзисторов, что требует применения сложных автоматизированных систем тестирования для проверки их работоспособности.

Перспективные направления развития микроэлектроники

Микроэлектроника продолжает стремительно развиваться. Ключевые тенденции:

• Уменьшение технологических норм до единиц нанометров
• Переход на новые материалы (графен, нанотрубки)
• Развитие 3D-интеграции кристаллов
• Создание нейроморфных и квантовых вычислителей
• Разработка микросхем для Интернета вещей

Эти направления открывают новые возможности для создания высокопроизводительных и энергоэффективных микросхем будущего.

Делаем микросхемы дома — шаги 0 и 1 / Хабр

В этой статье я расскажу о начале своей работы над совершенно безбашенной задачей: конечная цель в том, чтобы получить рабочую микросхему по «толстым» нормам (5-10µm) дома. Это не первое апреля и я не сумасшедший, это просто моё хобби.

Возникла эта идея не сейчас и неспроста. С детства я хотел быть газосварщиком, и… делать микросхемы. И если по первому пункту мне достаточно быстро удалось сделать дома сварочный аппарат (бутан-водород/кислород), то с микросхемами все никак не складывалось. Долгое время все мысли останавливались на том, что я не знал где можно взять собственно полупроводники необходимой чистоты (и мысли останавливались на ковырянии мощных транзисторов), пока на форуме не подсказали что в принципе, можно и купить пластины. Затем я даже наткнулся на человека, который 20 лет работал над похожей задачей, и в итоге сдался. Пожалуй, тут можно было опустить руки и перестать тратить время на глупые мечты. Но, однажды я увидел ролик чудовищно гениальной женщины – Jeri Ellsworth – она смогла сделать отдельные полевые транзисторы на основе заводских пластин – и тогда я решил, что настало время поплотнее заняться этой проблемой.

В этой статьях я расскажу о своём текущем прогрессе, но не ждите быстрого продолжения – весь процесс может легко занять пару лет.

Шаг 0:

Были скуплены все книги по теме из местных Интернет-магазинов (как раз на 1 полку), повыкачаны из торрентов все доступные сборники оцифрованных книг. Теоретической информации там конечно много, но с практической стороны – многое покрыто мраком. Даже старые техпроцессы в деталях не описаны нигде, и потому придется много пробовать. Также перерыл интернет в поисках местных поставщиков всех потенциально необходимых материалов (собственно кремний, фоторезисты, химия, газы). Пока найти не удалось местную компанию которая может изготавливать асферическую оптику из оптического/кварцевого стекла – но это в ближайший год не станет препятствием.

Шаг 1: Кремний

Монокристаллический кремний – сердце домашней микросхемы. Вырастить дома – хоть и реально (по моим безумным меркам), но чертовски дорого. Потому я стал гуглить местных производителей кремния – кто-то говорил что они свернули производство и занимаются только сдачей помещений в аренду, кто-то не отвечал, пока наконец я не дошел до компании Терасил – там я наконец смог купить все что мне нужно. Самое главное – разрезанные и отполированные пластины монокристаллического кремния легированного в P и N тип (справа на фото).

Далее – куча разбитых пластин для тренировки. Потренировался раскалывать пластину на кусочки (оказалось, что они все с ориентацией кристаллической решетки 111 – раскалываются треугольниками, а не квадратами). Т.к они еще не отполированы – я попробовал и отполировать – провал полный: паста гои кремний не берет, нужна алмазная паста. Если со временем получится полировать, можно будет пробовать делать солнечные батареи (а из монокристаллического кремния они получаются довольно эффективные).

И наконец – кусочки монокристаллического кремния. Те что толстые слева – погрязнее (но достаточно чистые для микросхем), 2 тоненьких справа – сверхчистые, намного выше требований чистоты кремния для обычных микросхем. Само собой, разрезать их дома не выйдет (если конечно не завалялась алмазная дисковая пила) – только разбить. Нужны для того чтобы пробовать осаждать пленки аморфного кремния химическим (PE CVD Sih5) или физическим (испарение в вакууме) путем.

Какие дальше стоят задачи

• В первую очередь – строительство печи на 1200 градусов для маленького образца. Промышленные печи под такую температуру в квартире не поставить, и стоят огого. Потому буду пробовать нагревать образец галогеновыми лампами с рефлекторами.
  
• Переезд в отдельную квартиру: меня сразу выгонят увидев бородатого мужика в противогазе и резиновых перчатках с кучей подозрительных баночек.
  
• Далее – необходимая химия и фоторезисты – и можно пробовать делать 1 транзистор по процессу Jeri.
  

Что я ищу и пока не нахожу

В первую очередь – это информация. Хотелось бы иметь контакты людей, которые работают на производстве – ведь я соберу все грабли, которые технологи собирали последние 50 лет Затем – информация о техпроцессах и главное – библиотеки под толстые техпроцессы – пока мне их не удалось достать, а из отдельных транзисторов особо не по-проектируешь. Ну и наконец, хочу найти разработчика ASIC, который показал бы мне основные шаги разработки (кое-что я думаю что знаю, но много пробелов и я могу ошибаться сильно). По всем этим вопросам приглашаю на форум по этому проекту (English only).

Комментарии / мнения — в студию.

Материалы для производства микросхем и полупроводниковых приборов

ООО Компания «Кондор» — комплексные поставки химии для промышленных предприятий Разработка CONDOR OIL — аналог: Shell, Mobil, Газпромнефть

Главная > Материалы для производства микросхем и полупроводниковых приборов

Underfill материалы
Underfill материалы представляет из себя компаунд для защиты BGA микросхем от воздействия влаги и вибрационных нагрузок.

Наносится под BGA микросхему до или после её монтажа на печатную плату.

Заливочный компаунд, пластмасса для герметизации микросхем
Для бескорпусной защиты полупроводниковых кристаллов от внешних воздействий используют пластмассы и специальные заливочные компаунды, которые могут быть мягкими или твёрдыми после полимеризации, в зависимости от задач и применяемых материалов.

Клеи диэлектрические для монтажа кристаллов
Диэлектрические клеи для монтажа кристалла применяются в случае необходимости обеспечить электроизоляцию кристалла от основания и сохранить теплопроводящие свойства. В качестве наполнителя в диэлектрических клеях используется стеклянный или керамический порошок.

Клеи УФ (UV) отверждения
Клеи УФ отверждения созданы для задач, где требуется минимальная усадка клея и наивысшая скорость отверждения. Эти клеи используются в приклеивания деталей, требующих высокой точности позиционирования, а также компонентов не стойких к нагреву.

Отверждение производится с помощью УФ подсветки в течение нескольких секунд, обеспечивая тем самым высокую скорость монтажа компонентов.

Клеи электропроводящие
Электропроводящие клеи применяются для создания электрических, механических и тепловых контактов в различных технологических операциях при производстве изделий электроники. Электропроводящие клеи в основном, используются для монтажа электронных компонентов в процессе сборки электронных изделий и монтажа кристаллов при сборке микросхем и полупроводниковых приборов.

Компаунды для сборки светодиодов (LED)
Герметизация светодиодного кристалла осуществляется с помощью кремний-органических материалов в виде гелей, эластомеров или твёрдых смол. К данным материалам предъявляются высочайшие требования по светопропусканию, стойкости к внешним воздействиям (температура, УФ излучение, влажность) и ионной чистоте.

Материалы для осаждения, напыления
Материалы для осаждения и напыления применяются для нанесения тонких плёнок в производстве микросхем и полупроводниковых приборов. Примером этого процесса служит производство солнечных элементов на основе Cu(In,Ga)Se (CIGS), где медь, индий и галлий совместно осаждаются на подложку и обрабатываются вместе с селеном с целью создания фотогальванического элемента.

Материалы для пайки
Пайка может использоваться на всех этапах сборки и герметизации микросхем и полупроводниковых приборов.Монтаж кристалла может осуществляться с помощью паяльной пасты, навесок или прокладок припоя заданной формы и размеров (преформ), помещаемых между кристаллом и подложкой.Следующий после операции монтажа кристаллов этап – присоединение выводов осуществляется с помощью проволоки, ленты или жёстких выводов в виде шариков или балок. Беспроволочный монтаж осуществляется в технологии «перевёрнутого кристалла» (Flip-Chip). Когда жёсткие контакты в виде балок или шариков припоя формируются на кристалле в процессе создания металлизации. Кристалл переворачивается и припаивается на подложку, на которой предварительно формируются контактные площадки.

Металлы высокочистые
Высокочистые металлы золото и индий для парофазного осаждения выпускаются в виде гранул, блоков, прутков, проволоки и других форм. Размеры гранул могут быть изменены от мелких до крупных частиц в зависимости от задач. Для индия возможно получение чистоты в 99.99995%

Полупроводниковые пластины
Полупроводниковые пластины — основа для производства полупроводниковых приборов. От чистоты и бездефектности данного полупроводниковых пластин зависят качество последующих операций и функциональные возможности конечного изделия. Также диаметр пластин во многом определяет стоимость конечных изделий. Современные массовые производства переходят на диаметр 400мм для монокристаллического кремния и 200мм для арсенида галлия. ЗАО Предприятие Остек предлагает высококачественные полупроводниковые пластины от мировых производителей.

Проволока, ленты для микросварки
Процесс присоединения выводов кристалла к основанию корпуса осуществляется с помощью проволоки, ленты или жёстких выводов в виде шариков или балок. Проволочный монтаж осуществляется термокомпрессионной, термозвуковой или ультразвуковой сваркой с помощью золотой, алюминиевой или медной проволоки/лент.

Стеклянные припои, стеклянные порошки
Стеклоприпои находят широкое применение в сборке и герметизации микросхем и полупроводниковых приборов. Стёкла активно используется для защиты микросхем от внешних воздействий, поскольку их газопроницаемость лишь немногим уступает металлам, и существенно превосходит полимерные материалы. Cтеклянные припои оплавляются при относительно низких температурах и хорошо подходят как для корпусной герметизации (пайка крышек), так и для бескорпусной герметизации, где требуется защита при повышенных температурах (300-400С). Стеклоприпои могут поставляться в виде паст, порошков или готовых прокладок (преформ). Стеклянный порошок, как правило, смешивается с органическими связующими для получения пастообразной массы, которая впоследствии используется в производстве. Паста наносится методом трафаретной печати или дозированием. Если используется преформа то, она помещается между основанием микросхемы и крышкой. После нанесения пасты или после сборки с использование преформ, стеклянный припой оплавляется. При этом создаётся прочное, надёжное герметичное соединение.

Упаковка для кристаллов
На заключительном этапе производства микросхем после разделения пластин на отдельные кристаллы, в ряде случаев возникает необходимость осуществлять хранение и перенос кристаллов между различными технологическими операциями. Для этих целей компания Gel Pak разработала специальные упаковки. Кристаллы надёжно фиксируются внутри, защищая их от внешних воздействий во время перевозки, тестирования, сборки и хранения.

Фоторезисты, электронные резисты, химия для литографии
Процесс фотолитографии является наиболее важным и сложным этапом в производстве микросхем и полупроводниковых приборов.

По вопросам приобретения материалов для производства микросхем и полупроводниковых приборов и подробной консультации по свойствам продукции, условиям поставки и заключению договора просим вас обратиться к менеджерам:

+7 495 790 14 52
+7 499 558 37 54
dann-25@bk. ru»

По вопросам приобретения масла и смазок [email protected].

Сделать заказ Запросить цену

Корпоративный обзор | Microchip Technology

Microchip Technology Incorporated является ведущим поставщиком интеллектуальных, подключенных и безопасных встроенных решений для управления. Его простые в использовании инструменты разработки и обширный портфель продуктов позволяют клиентам создавать оптимальные конструкции, которые снижают риски, снижая общую стоимость системы и время выхода на рынок. Решения компании обслуживают более 120 000 клиентов в промышленной, автомобильной, потребительской, аэрокосмической и оборонной отраслях, на рынках связи и вычислительной техники. Компания Microchip со штаб-квартирой в Чандлере, штат Аризона, предлагает превосходную техническую поддержку наряду с надежной доставкой и качеством.

Ничего не найдено

Отношения

Вы ищете делового партнера, а не просто поставщика?
Вам нужны качественные компоненты?

Успешные компании осознают ценность отношений со стратегическими поставщиками, которые помогают им своевременно поставлять инновационные продукты на свои рынки. Они доверяют своим поставщикам качественные компоненты для текущих возможностей проектирования, а также предоставляют технологические планы и инновационные решения, чтобы опережать тенденции дизайна завтрашнего дня.

Миграция

Вы обновляете свой продукт? Вам нужна дополнительная память или периферийные устройства?

Сократите время цикла пересмотра. Разработка наших устройств позволяет легко мигрировать на все наше портфолио устройств. Модернизация вашего продукта с помощью вставных замен и повторно используемого кода никогда не была проще с нашей интегрированной средой разработки MPLAB ^® (IDE) и аналогичными устройствами, совместимыми с выводами*. Наши простые в использовании дорожные карты продуктов отображают путь миграции для каждого семейства продуктов со спецификациями, периферийными устройствами и основными моментами, чтобы точно определить лучший диапазон устройств.

Каковы ваши цели при разработке? Каково ваше приложение?

Наша линейка продуктов — это решение для ваших встраиваемых систем. От недорогих аналоговых устройств и устройств памяти до высокопроизводительных микроконтроллеров PIC ^® (MCU) и контроллеров цифровых сигналов (DSC) dsPIC ^® — наши устройства идеально впишутся в вашу экономичную конструкцию. Быстро интегрируйте наши устройства в приложения от простых до сложных. Наши стартовые наборы и бесплатные эталонные проекты помогут вам начать работу.

Воспользуйтесь нашими инструментами выбора продуктов и Средством выбора средств разработки (DTS), чтобы просмотреть всю нашу линейку продуктов и найти подходящие устройства на любом этапе цикла проектирования.

Успех

Каков итог? Вы хотите получить конкурентное преимущество?

В сегодняшних условиях высококонкурентного рынка наша цель — предоставить лучшие устройства, ценность и поддержку, чтобы снизить ваши риски и ускорить выход на рынок. Мы добавили ресурсы, которые помогут вам в каждом аспекте вашего проекта от начала до конца, с помощью простых в использовании инструментов выбора продуктов, глобальной технической поддержки 24/7, онлайн-обучения через Интернет, региональных учебных центров (RTC) и хорошо подготовленная команда полевого персонала. Наше стремление к удовлетворению потребностей клиентов подтверждается нашим IATF16949 квалификации. Благодаря нашим бесплатным оценочным образцам и круглосуточной инвентаризации, ценообразованию и заказу через microchipDIRECT еще никогда не было так легко уложиться в сроки запуска вашего продукта.

*Свяжитесь с Microchip для получения подробной информации о стратегии миграции и совместимости продуктов.

Качество и надежность 
Наша система качества основана на элементах и ​​критериях, установленных IATF16949, самой высокой сертификацией системы качества, требуемой крупнейшими мировыми клиентами в области автомобилестроения. Указанные средства контроля применимы ко всем стадиям проектирования и производства.

Юридическая информация 
Здесь вы найдете информацию об авторских правах, товарных знаках, политиках и ограничениях ответственности.

Читайте наш блог MicroSolutions, чтобы узнать о последних обновлениях продуктов, мнениях разработчиков, тенденциях и инновациях и многом другом.

Хотите узнать больше о нашей корпоративной культуре? Ознакомьтесь с книгой Майкла Дж. Джонса и Стива Санги «Движение совершенства: как совокупная система превратила технологию микрочипов из компании-неудачника в лидера рынка».

Потенциальный вред от бума микрочипов Байдена

FILE — Президент Джо Байден посещает мероприятие в поддержку законодательства, которое будет поощрять внутреннее производство и укреплять цепочки поставок для компьютерных чипов в аудитории Южного суда в кампусе Белого дома, 9 марта 2022 г., в Вашингтон. Недавний шаг администрации Байдена по блокированию экспорта передовых компьютерных чипов в Китай сигнализирует о новом этапе в отношениях между двумя крупнейшими экономиками мира. (AP Photo/Патрик Семански, файл)

Основы современной жизни, в том числе наши сотовые телефоны, ноутбуки, автомобили и телевизоры, работают на маленьких полупроводниковых кремниевых пластинах, называемых микрочипами. Хотя они были изобретены здесь, в Америке, большая часть производства микросхем переместилась за границу. И теперь президент Байден, к его чести и на благо нашей экономики и национальной безопасности, меняет это.

В августе Байден подписал двухпартийный Закон о ЧИПС и науке, чтобы в течение следующих пяти лет инвестировать более 200 миллиардов долларов в федеральные гранты и налоговые льготы для компаний, производящих микросхемы в Соединенных Штатах. Однако у этой возможности для работы и защиты чипов есть и обратная сторона.

В прошлом производство микрочипов было сильно загрязняющим окружающую среду процессом. Округ Санта-Клара, сердце Силиконовой долины и изначальное место производства чипов, имеет больше сильно загрязненных районов (обозначенных как объекты опасных отходов Суперфонда), чем любой другой округ в стране. В этом кроется прекрасная возможность для Байдена: вернуть производство чипов домой — и улучшить его, очистив процесс.

Закон о чипах и науке не только способствует трудоустройству в таких штатах, как Мичиган, Огайо и Северная Каролина, которые в последние годы потеряли рабочие места на производстве, но и прокладывает путь к лидерству США в области технологий экологически чистой энергии, искусственного интеллекта и квантовых вычислений. вычисления. Если все сделано правильно, у Байдена появится возможность одновременно помочь нашей экономике, здоровью и окружающей среде.

При неправильном применении новый закон может нанести вред здоровью и окружающей среде тех самых сообществ, которым он должен помочь. Многочисленные исследования связывают химические вещества, используемые при производстве чипов, с выкидышами, серьезными врожденными дефектами и детским раком среди детей работников, подвергшихся воздействию. Растворители, тяжелые металлы и другие токсичные вещества продолжают приносить трагедию фабричным рабочим в Восточной Азии, большинство из которых составляют женщины.

Один класс химикатов для изготовления чипов, пер- и полифторалкильные вещества (ПФАС), вызывает большую озабоченность .  Несколько ПФАС среди многих тысяч уникальных химических веществ этого класса, которые были протестированы на токсичность, связаны с множеством проблем со здоровьем, включая рак, заболевания щитовидной железы и печени, снижение фертильности и ожирение. PFAS чрезвычайно устойчивы в окружающей среде, что дало им прозвище «вечные химические вещества», и они загрязняют питьевую воду многих миллионов людей.

Байден знает, насколько плохи PFAS. Он провел кампанию по регулированию PFAS и довел ее до конца. Недавние действия его администрации включают в себя определение некоторых из наиболее вредных ПФАВ как опасных веществ и выпуск очень строгих рекомендаций по здоровью питьевой воды.

Однако Байден может не знать, что новые фабрики по производству микросхем могут подвергать рабочих и окружающие сообщества воздействию PFAS и других токсичных веществ. Например, новый завод по производству чипов будет расположен в малообеспеченном районе в бассейне реки Кейп-Фир в Северной Каролине, где находится завод химического гиганта Chemours по производству PFAS. Сообщается, что в этом районе уже наблюдается широко распространенное загрязнение окружающей среды и питьевой воды , при этом производимый там ПФАС обнаружен в тревожно высоких концентрациях в крови местных жителей.

Что еще хуже, спрос на ПФАС для использования в чипах может привести к увеличению производства ПФАС как раз в то время, когда химические вещества запрещены для использования в текстиле, коврах и косметике в штатах по всей стране. Снижение спроса на ПФАС в продуктах должно привести к сокращению производства и уменьшению неизбежного загрязнения, сопровождающего их производство. Однако, ссылаясь на рост производства чипов, Chemours прямо сейчас подает заявку на расширение производства PFAS на своем предприятии в Северной Каролине.

Пострадавшее местное сообщество принимает меры через такие группы, как Clean Cape Fear. Как только PFAS попадают в окружающую среду, их практически невозможно очистить. Лучший способ предотвратить серьезный вред от PFAS — прекратить их использование в продуктах и ​​процессах, включая производство чипов.

Прежде чем начинать строительство новых заводов, Байден и Целевая группа Конгресса по PFAS должны иметь план предотвращения будущего загрязнения PFAS и токсичными химическими смесями, которые загрязняют Силиконовую долину от прошлого производства чипов.