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中国芯片产业链究竟发展地怎么样?

国产芯片发展真得很差吗?一文读懂中国半导体产业现状

目前来说,中国在芯片材料和芯片制造设备上都取得了一定的成果,其中光刻胶,刻胶用于微小图形的加工,生产工艺复杂,技术壁垒较高。我们要知道电路设计图首先通过激光写在光掩模版上,然后光源通过掩模版照射到附有光刻胶的硅片表面,引起曝光区域的光刻胶发生化学效应,再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域,使掩模版上的电路图转移到光刻胶上,最后利用刻蚀技术将图形转移到硅片上。

南大光电研发的ArF光刻胶是目前仅次于EUV光刻胶以外难度最高,制程最先进的光刻胶,也是集成电路22nm、14nm乃至10nm制程的关键。

电子特气国产化也在加速,衬底(硅片、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等、光罩(光掩模板)、溅射靶材、湿电子化学品、化学机械抛光(CMP)材料(抛光液、抛光垫)、引线框架、封装基板、电镀液、键合丝、塑封材料、聚酰亚胺、锡球,国家也已经开始大力扶持,个别厂商国产的技术水平已经接近国际先进水平。

芯片制造六大设备扩散炉、刻蚀机、离子注入设备、薄膜沉积设备、抛光机和清洗剂已经达到了世界主流水平,其中部分刻蚀机种类更是达到了5nm,处于世界第一梯队,最头疼的就要属光刻机了,中国光刻机的主要攻坚工作在上海微电子,它们明年才能交付28nm的光刻机。

而在EDA上,EDA就是设计芯片的工具,EDA技术就是以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言VerilogHDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。经过近20年的发展,中国形成了华大九天、广立微、芯禾科技三大EDA巨头,目前,国内的EDA厂商EDA产品并不齐全,尤其在数字电路方面,我们整个国内EDA产业在这个领域短板明显。

最麻烦的就是IC设计了,也叫做集成电路设计,是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设计流程,如果IC设计厂商不先设计好芯片,晶圆代工厂是无法量产的。IC设计是芯片产业的核心,也是难度最高的一个环节,芯片设计分为前端设计和后端设计,前端设计(也称逻辑设计)和后端设计(也称物理设计),IC 设计厂十分依赖工程师的智慧,基本上每个步骤都有其专门的知识,皆可独立成多门专业的课。

因为芯片种类太过于繁多,不可能一个IC设计公司就能够知道设计所有的芯片,按照集成电路规模分,有超大规模,大规模,和古老的中规模、小规模。而具体到了类型,又有CPU、SoC、专用集成电路、可编程逻辑器件、MCU、MPU、ADC、DAC、DSP等等,其中可编程逻辑器件又有PLA、PAL、EPLD、CPLD、FPGA等。

简单来说,中国基本具备所有芯片的设计能力,这在全世界是比较罕见的,但是很多只能做低端,比如FPGA,射频芯片等难度系数非常高的芯片类型上,中国暂时还无法涉及高端。

接下来就是晶圆代工,晶圆要经过金属溅镀、涂布光阻、蚀刻技术、光阻去除等过程将微型电路覆盖到表面上,这样一块晶圆上就会形成很多的集成电路芯片。我们所说的制程其实就是栅极的大小,也可以称为栅长,在晶体管结构中,电流从Source流入Drain,栅极(Gate)相当于闸门,主要负责控制两端源极和漏级的通断。电流会损耗,而栅极的宽度则决定了电流通过时的损耗,表现出来就是手机常见的发热和功耗,宽度越窄,功耗越低。而栅极的最小宽度(栅长),也就是制程。缩小纳米制程的用意,就是可以在更小的芯片中塞入更多的电晶体,让芯片不会因技术提升而变得更大。

但是我们如果将栅极变更小,源极和漏极之间流过的电流就会越快,工艺难度会更大。

中芯的14nm已经非常成熟,年底就要试产7nm,和台积电基本上是2年左右的差距,接下来很尴尬的一点就是,中国目前没有EUV极紫外光刻机,无法量产5nm芯片。

最后就是芯片封装,形成了集成电路芯片之后,最后还要通过严格的测试、切割,然后进行封装,因为一颗芯片相当小且薄,如果不在外施加保护,会被轻易的刮伤损坏。此外,因为芯片的尺寸微小,如果不用一个较大尺寸的外壳,将不易以人工安置在电路板上。

完成封装后,便要进入测试的阶段,在这个阶段便要确认封装完的 IC 是否有正常的运作,正确无误之后便可出货给组装厂,这个时候才形成了一枚最终可用的逻辑芯片。

中国目前的芯片封装测试能力是全球前三,在半导体产业链这么多环节上,也就在这是属于佼佼者的,中国芯片封装龙头长电科技的目标是要在2022年成为全球第一。

简单总结一下,半导体产业链,从最上游的芯片材料、芯片制造设备,到中游的IC设计,再到晶圆代工,最后到下游的封装。中国基本上已经形成了一个完整的产业链,美国虽然有世界上最成熟的半导体产业链,但是很多东西都是依赖于和其他国家的合作,这是它们身为世界第一大国的优势。

但中国罕见地可以实现全自产自研,尽管目前来说,仅能覆盖中低端领域,如果美国对他们进行全方位的芯片封锁,中国有能力在最短时间量产7nm的芯片,再往下,受限于设备(极紫外光刻机)无法实现。

目前,中国正在加大半导体领域的投资,并明确将集成电路放在发展新一代信息技术产业的首位。2014年,国家集成电路产业投资基金成立,首期募集资金规模达1387亿元,再加上社会撬动比,共6532亿,目前已经全部投资完毕,共70个项目。

基金二期募资于2019年完成,募资2000亿,社会撬动比,共8000亿。也就是目前中国合计投入14532亿,对设备制造、芯片设计和材料领域加大投资。

中国也立下了宏伟目标,明确提出在2020年之前,90-32nm设备国产化率达到50%,2025年之前,20-14nm设备国产化率达到30%,而国产芯片自给率要在2020年达到40%,2025年达到70%。

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