小沙粒 如何撬动千亿大商机（集成电路科普文）

当你沉浸于手机游戏的惬意时，...



当你沉浸于手机游戏的惬意时，当你赞叹电视网络购物的便利时，当你享受智能导航带来的驾驭快感时。。。。。你是否想过，这一切都归功于“沙粒”出身的“大人物”——集成电路！

很多人对集成电路的“出生史”并不知晓，今天春秋君就来帮您科普下！！在科普过程中，我们还会涉及到好多产业链上的高科技成果和高科技企业！



沙粒，没错，这就是制造集成电路的原材料。但是沙粒要想实现华丽变身，首先要脱氧，脱氧后的沙子（尤其是石英）最多包含25%的硅元素，以二氧化硅的形式存在。

这些沙子呢，要被放在高温炉中煅烧，形成纯度98%的粗硅。粗硅经过提纯和熔化，变成了单晶硅，硅纯度达到了99.9999%.我们叫它们“成才宝贝”。



这些宝贝被拉成硅棒，常见的尺寸有4英寸、6英寸、8英寸、12英寸。有点像一根根红肠，这些硅棒会被切割成一块块薄饼，那就是晶圆。



晶圆就是制造芯片的原材料，这些饼干最终被分为一个个小单元，成为一个个小芯片，一个8英寸的晶圆上可以被切割成2000-3000个芯片。

真实的晶圆这样的。。。。



不过，在成为芯片前，晶圆要被清洗，清除硅表面的微粒、金属和有机污染物。

但是这种清洗可不是一般设备能完成的。上海一家民营高科技企业就开发了国内首台12英寸45纳米半导体单片的清洗设备。



然后是光刻环节，通俗说就是把设计好的芯片电路放到晶圆上，辅助材料是光刻胶。这是一项高端技术，一般在晶圆旋转过程中被浇上去，因为这样可以使得光刻胶在晶圆表面铺得又薄又平。（一边旋转一边光刻，是不是很浪漫！）



上海的一些高科技企业已经掌握了光刻机的多项核心技术，使得中国成为了世界上少数掌握高端光刻机的系统设计与系统集成测试技术的国家。



经过刻蚀机的雕琢和离子注入的布线，芯片内的电路铺设完毕。可不要小看这个薄薄的小芯片。它很像未来派的多层高速公路系统，可能含有20多层复杂的电路，比普通的高速公路复杂多了。



在这里呢，春秋君不得不提下复旦大学数学科学学院苏仰锋教授与复旦大学专用集成电路国家重点实验室曾璇教授领衔的跨学科交叉科研团队的科技成果，他们率先提出了SOAR数学理论，并且将之应用于微电子产品设计实践之中，建立了互连线的集成电路模型降阶方法SAPOR，几何倍地有效提高集成电路设计中的运算效率，创造了芯片世界中的中国“加速度”。





这些名词大家肯定听得头晕，不要着急，春秋君继续科普。。。。

其实这两位科学家的工作呢，首先是测算每一条“道路”的“车流量”和“通行速度”，并根据这些一手数据计算整合数学模型，接下来是设计模拟软件，全方位检测芯片性能，可以找到容易发生“拥堵”的地方，进行设计优化。



今天，“中国加速度”已经广泛应用于国内外电子电路设计之中，得到微电子领域的高度评价，并已成功成功应用于我国最大的EDA软件公司华大九天的集成电路设计自动化工具、百万门级数字电视高端芯片和国防可编程逻辑器件及其软件系统。

我们再继续。。。。

晶圆铺设线路完成后，开始测试，参考电路图案和晶圆内每一个芯片进行对比。然后就晶圆就被切割成几千个芯片。



最后是封装，把衬底、切割下的芯片，还有散热片堆叠在一起封装。



集成电路产品涵盖了PC、通信、网络、数字消费类产品、数字电视、信息安全及汽车电子等众多领域，影响着我们生活中的方方面面。集成电路的产业优势在不断显现，据中国半导体行业协会统计,2014年,我国集成电路产业销售收入达3015.4亿元,同比增长20.2%。

上海已建成了全国规模最大、产业最为集中、技术水平相对最高的产业基地，初步形成了以“一带二区”（浦东微电子产业带，张江高科技园区和漕河泾新兴技术开发区）为主的集成电路产业集聚格局和包括设计、制造、封装测试和设备材料的集成电路产业链。



从沙粒到芯片的故事我们讲完了，其中的每一个过程都有很多科技成果的应用，也有很多高科技企业的参与。这是一个巨大的产业链条，不断地为社会创造财富。

集成电路产业已经成为互联网、大数据、人工智能、医疗器械、先进制造业等众多发展的基础，被称为工业粮食。而各种产业之间的结合、互动、提升正在源源不断地给我们的生活带来各种惊喜。科坛春秋（2015上海十大科普微信公众号）

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