一粒沙子的自述：芯片的诞生

▎一粒沙子如何变身圆晶？圆晶如何制成芯片？大量生产的芯片们都去到了哪些领域？钛媒体出品的「钛度图闻」第6期，告诉你一粒沙的一生。

汽车芯片告急，手机芯片紧缺，从去年底到现在抢“芯”大战愈演愈烈。“什么都要抢”，可以说是半年来芯片生产链上每一家企业最为核心的感受了。

5月17日，据报道，意法半导体继1月1日涨价之后再次发出涨价通知，鉴于半导体需求达到前所未有的高度，供给短缺，公司所有产品线从6月1日起开始涨价。

5月26日，小米高级副总裁卢伟冰在演讲中表示，全球缺芯状况将影响未来一年，今年三季度很可能是芯片荒最严重的一季。

5月31日，英特尔CEO表示，全球半导体短缺已经导致部分汽车生产线停产，以及手机等消费电子产品的生产，短缺问题可能需要数年才能解决。

一颗小小的芯片为何牵动了全球经济的神经，甚至还带动了政治和外交上的紧迫感？可以在钛媒体·封面5月刊《求“芯”之战》一文中找到答案。

万物终需溯本求源：这一颗小小的芯片由有何而来？如何逆袭成全球焦点？钛媒体内容中心策划“一块芯片的诞生”专题，带你图解始末。

策划 | 钛媒体内容中心 

制作 | 钛媒体视觉中心

今年汽车产业、电子产品等行业纷纷“缺芯”

国家与企业为此都很头秃

人们也开始好奇

一枚小小的芯片为何对现代生活如此重要

沙砾逆袭

我，一粒自然里渺小的沙子

竟然可以入侵到人类生产生活的所有角落

多亏我体内含有一种名为“硅”的物质

它是芯片的主体材料

芯片工厂会利用高温与足量的碳共同作用

将我还原成冶金硅锭

然后反复地酸化蒸馏提纯

直至我成为99.9999999%的纯硅锭

紧接着通过一种名为“直拉法”的奇怪工艺

我最终被拉成一根铅笔状的硅晶柱

再用钻石刀将我去除头尾后横向切成圆片

抛光后便形成制作芯片的底盘

硅晶圆

自此，我正式开始变身芯片之——完全进化

先被送进烤炉

涂抹光刻胶进行“掩膜”

（掩膜上印着预先设计好的电路图案）

再用紫外线透过照射光刻胶

与掩膜一致的电路图案被留下后

我被侵泡在刻蚀剂之中

身上没被光刻胶保护的部分逐渐被蚀掉

裸露出硅基底

等待蚀刻完成

随之我身上的光刻胶被完全清除

露出一个个凹槽

这时注入离子

赋予我硅晶体管特性的同时

在我身上蚀刻三个孔洞并注入铜

帮我和其他晶体管相互连接

然后他们会重复这个动作

涂胶，做结构

涂胶，做结构

有时候我都数不清有多少层

听说

复杂的芯片

导线层数目会达到20层以上

不同的芯片也有不同的集成规模

小到几十、几百个晶体管，大到几亿…

我终于完成逆袭蜕变过程中最艰难的步骤

设计与制作

没错，就是这两个步骤

耗死了许多觊觎自制芯片的企业家

最后只要再把我精细切割为电路裸片

通过电路测试

与底板、散热片等部件进行拼装

我就完整了

完成究极进化的我

常被比喻为心

这不光是个谐音梗，

还因为我很！重！要！

对，我就是要再次重申我很重要

类比人体的话，我确实是心脏

但我还可以是大脑

是电子产品的眼睛、耳朵

能思考、存储与感知

蜕变为芯片

只有指甲盖大小的我

身上面可有数公里导线和几千万根晶体管

整体制作需要产业链上下游多家公司

数千名工程师、历经数千道工序才能完成

怎么样？

我渺小廉价，却成就了这个星球的科技之巅

获得最佳逆袭奖，是不是实至名归？

再完成封装测试

具有科技属性的我

就成为一件具有商业价值的单品

可以前往各个国家与行业配合制造了

芯片都去哪儿了？

不是我自夸

自我发明后

没人小瞧我的商业价值

全球销量常年稳定攀升

不过在科技快速发展中

制作我的技术快速成熟

成本逐步下滑

这个时候出现过企业家扬言

会让完成进化的我再次与沙子同样普遍廉价

… …

天算不如人算

谁能料到2021年我能再度重回C位

引发所有人的高度重视

其实2019年

因为国际政治因素

与服务器、PC等主要应用装置需求停滞

等多重因素交互影响

芯片销量出现2009年后最大的跌幅

2020年叠加新冠疫情影响

汽车等主要芯片需求方停产或降低出货预期

按照这个节奏芯片生产厂家也不敢扩大生产

纷纷降低出货预期

可谁能想到

新冠疫情带动了宅家需求

2020年第二季度开始

全球台式机出货量反弹

第四季度飙升了52%

“打工人”们再度用消费证明了自己的存在感

疫情期间

其他远程办公电子产品销量

均出现不同程度上涨

不仅如此

5G换机潮来临

汽车市场开始复苏都加剧了芯片需求

更重要的是

随着汽车电动化、智能化、网联化程度提高

车用芯片的单车价值持续提升

推动全球车用芯片需求快于整车销量增速

再度加剧芯片的供需失衡

（注：中国汽车工业协会介绍，现代化汽车的车载芯片数量越来越多，并且新能源汽车的芯片使用量要普遍高于传统燃油汽车。）

我想感谢屏幕前阅读的你们与制造业大佬

是你们让我再度珍贵

数据来源：WSTS/SIA/央视新闻/招商银行研究院/Strategy Analytics/光大证券/中国电子网/IC insights

（本文首发钛媒体App，作者/梁缘，编辑/郭虹妘，制图/郭妙如）

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