与非门芯片（如何自制一枚芯片）

　　与非门芯片（如何自制一枚芯片）
　　在过去的一年多里，你可能已经被华为，台积电，光刻机，芯片这些关键词轰炸过，也多少听过些台积电的故事。那么我们作为普通人，有没有可能制作一枚芯片的可能性能呢？下面谈谈如何亲手制造出一枚芯片。
　　首先我们要知道什么是芯片
　　芯片就是将可以实现运算或储存等功能的电路，集成在一块很小的硅片上。它诞生的过程分为设计，制造，封装这三步。我们熟悉的高通，华为，海思和联发科其实都只是做芯片设计的公司。芯片首先要进行电路图设计。我们明确好芯片的规格和功能后，先给出一张布满与非门等集成电路逻辑符号的逻辑设计图。再根据逻辑图设计电路元器件的布局给出电路图。
　　除了理论知识，芯片设计需要软件支持，就像作图，画图纸需要ps和CAD等软件一样，逻辑图和电路布局图也并非是在纸上徒手作画。而是需要使用EDA软件。
　　如果设计22纳米以下制程工艺的芯片，就必须从三家总部在美国的公司购买正版软件。在EDA软件上最终会得到类似这样的电路图，然后将其制成一张光罩,光罩工作的原理和作用类似于传统照相机的底片。光线照射光罩后，我们就可以得到一层电路图形。
　　由于一枚芯片是有几十层电路层层堆叠而成的三维结构，所以就需要用几十层光罩一一对应。比如一张七纳米制程的处理器芯片往往需要80张以上的光罩。
　　拿到光罩后，我们开始制造芯片的第二步，制造。
　　台积电的生意就集中在这一步。制造的目的可以理解成是在一层层不同材质的薄膜上，刻出对应的一层层电路的布线，这样当薄膜堆叠起来时，就可以实现电路图上电路的功能情况。
　　描述一下芯片的制造过程，首先在硅片上覆盖一层薄膜。涂上光刻胶，然后用强光电路图的光罩打在光刻胶上，强光会破坏光刻胶上的结构，但光罩被遮挡的部分不会被破坏，光罩也就拷贝到光刻胶上，最后就是冲蚀，溶解掉没有被光刻胶覆盖的薄膜以及剩下的光刻胶，晶圆就只留下与电路图图形一模一样的薄膜了。利用设计好的多层光罩，不断重复上述过程。最后最初的硅片就可以变成这样一张布满几十个芯片的ic晶元。
　　在了解芯片制造复杂流程的同时，还有一个严峻的问题，就是如何获得所需的高品质原材料和制造设备，比如制造环节最重要的光刻机去哪儿买。目前，高端光刻机市场几乎被荷兰阿斯麦公司垄断，他们2019年生产的26台euv光刻机，约有一半被他台积电买了。每台约1.2亿美元。另外，根据阿斯麦的客户联合投资专案，他们的客户往往都是投资自己的股东，比如台积电就在2012年，以8.38亿欧元获得阿斯麦5%的股权。
　　但如果你想制造芯片的雄心壮志也不能消退，因为新的买不到。旧的二手设备还是在你有钱的前提下是可以购买到的。当你通过特定渠道购买到一台你认为足够的先进的光刻机以后，那么你就可以准备下一步的材料采购了，。毕竟有机器还要有材料才可以制作芯片。在等待光刻机的同时，其他难以在国内采购的原材料和设备只能亲自出国走一趟。
　　芯片制作必须还要有几样必须有的原材料和设备。硅片和光刻胶，国内目前生产的硅片和光刻胶在技术上还和美日有一定的差距。美国和日本是芯片制作高端原材料的主要产业基地，当然如果低端，国内生产的材料也可以满足你的需求。特别在高端线路上还要走很多路。日本人50年积累的工业精华，在硅片和光刻胶生产上市独领风骚。就连美国也甘拜下风。
　　美国应用材料公司，一家位于加州的神秘公司，这家企业除了不生产光刻机，其他芯片制造所需要的所有设备。比如芯片制造需要化学抛光设备，沉淀设备等。这两种设备，目前国内可以是没有。
　　当我们材料和设备都采购完毕，光刻机也到货了，那么芯片制作就可以提升日程了。
　　在ic晶圆上有几十张芯片，但看上去和拆开手机壳我们看到的芯片还不太一样，因为还差最后一步，封装。如果你拆过的手机或电脑，可能对主板上这样的小黑盒有印象。所谓封装，就是将ic晶圆上剪下来的芯片装进这个小黑盒子的过程。对于产业链末端的封装，相对来说门槛和附加值较低。劳动密集度比较高，国内有多家企业在深耕这一领域，占据了相当一部分市场份额。
　　至此，自制芯片的全部流程全部说完，不过各位亲自动手发家致富之前，还要不得不泼点冷水。目力所及，我们见过的自制芯片最成功的UP主自制了一枚1cm工艺的芯片。对比华为p40系列使用的麒麟990 5g基于的则是7nm工艺，剩下的你自己想。
　　可以说最近30年的科技产业史，就是一部科技产业链分工合作，不断精细化的历史，一个个人或是一家公司，想要包揽芯片全产业链几乎是件不可能完成的任务。风云际会，浪潮汹涌。当中国科技产业慷慨应战，我们不能，也不应该将所有希望全部寄托在某一家公司身上，不管它叫华为还是叫中芯国际。