KIẾN THỨC HAY
Chi tiết về quy trình sản xuất chip bán dẫn: Từ thiết kế đến hoàn thiện
Th12
Chip bán dẫn là thành phần không thể thiếu trong tất cả thiết bị điện tử hiện đại, từ điện thoại, máy tính, xe điện cho đến hệ thống điều khiển tự động trong nhà máy. Để tạo ra 1 con chip có kích thước chỉ vài milimet nhưng chứa hàng tỷ transistor, quy trình sản xuất yêu cầu độ chính xác cực cao, hoàn toàn trong môi trường sạch & tự động hoá. Trong bài viết hôm nay, ATPro sẽ giúp bạn có cái nhìn chi tiết về quy trình sản xuất chip bán dẫn. Theo dõi ngay!
Tổng quan về chip bán dẫn
Chip bán dẫn (Semiconductor Chip) là 1 phần tử điện tử siêu nhỏ được chế tạo từ vật liệu bán dẫn, chủ yếu là silicon. Bên trong chip chứa hàng triệu đến hàng tỉ transistor hoạt động như công tắc điều khiển dòng điện.
Một thiết bị hiện đại có thể sử dụng hàng trăm chip bán dẫn, chính vì vậy quy trình sản xuất đóng vai trò vô cùng quan trọng.
Chi tiết về quy trình sản xuất chip bán dẫn
Quy trình sản xuất chip bán dẫn rất phức tạp, thường kéo dài từ 3 – 6 tháng, bao gồm nhiều công đoạn trong môi trường sạch. Dưới đây là chi tiết các bước:
Bước 1: Thiết kế chip
Trước khi sản xuất, các kỹ sư sẽ thiết kế mạch logic bằng phần mềm EDA (Electronic Design Automation). Công đoạn này bao gồm:
– Xác định chức năng của chip
– Phân chia thành các khối
– Thiết kế cấu trúc transistor & đường dẫn
– Kiểm tra mô phỏng dòng điện, nhiệt độ
Bản thiết kế được chuyển thành mask layout, bản vẽ gồm hàng nghìn lớp siêu nhỏ, thường dùng trong khắc mạch quang học.
Bước 2: Chế tạo tấm wafer silicon
Chip bán dẫn được tạo ra trên wafer silicon. Nguyên liệu silicon thô được tinh luyện, đưa vào lò để tạo thành tinh thể đơn (ingot). Sau đó:
– Ingot silicon được cắt thành các tấm wafer dày -.5 – 1mm
– Bề mặt wafer được đánh bóng, làm sạch
– Mỗi wafer có đường kính 200mm/300mm tuỳ thiết kế
Wafer càng lớn thì số lượng chip trên 1 tấm càng nhiều, giúp giảm thiểu chi phí sản xuất.
Bước 3: Quang khắc
Đây là công đoạn quan trọng nhất & phức tạp nhất trong sản xuất chip bán dẫn.
– Wafer được phủ lớp nhạy sáng
– Tia UV chiếu qua mask
– Những phần được chiếu sáng sẽ thay đổi tính chất
– Dung môi loại bỏ những phần không mong muốn
– Tạo thành các đường mạch siêu nhỏ
Mỗi chip có thể được quang khắc 50 – 100 lần, mỗi lần tạo ra 1 lớp transistor hoặc lớp dây dẫn mới. Công nghệ quang khắc được tính bằng nanomet (nm). Nhiều hãng hiện nay đang sản xuất chip 5nm, 3nm & hướng đến 2nm trong tương lai.
Bước 4: Khắc mạch, tạo transistor
Sau khi quang khắc tạo mẫu, công đoạn tiếp theo sẽ là:
– Khắc plasma loại bỏ lớp silicon thừa
– Lắng đọng vật liệu bán dẫn
– Bắn ion để tạo tạp chất
– Tạo các transistor siêu nhỏ có thể bật/tắt dòng điện
Độ chính xác gần như tuyệt đối, sai lệch chỉ tính bằng tỷ lệ nanomet.
Bước 5: Lắng đọng lớp
Quy trình này tạo ra nhiều lớp vật liệu khác nhau trên bề mặt wafer:
– Lớp cách điện
– Lớp dẫn điện
– Lớp chức năng chuyên dụng
Mỗi lớp chỉ dày vài nanomet nhưng phải phân bố đồng đều trên toàn tấm wafer.
Bước 6: Tạo kết nối giữa các linh kiện
Chip không thể hoạt động nếu transistor không được kết nối. Giai đoạn này dùng các vật liệu dẫn điện như đồng/tungsten để tạo:
– Đường dẫn điện giữa transistor
– Liên kết giữa các lớp mạch
– Cấu trúc 3D phức tạp
Công nghệ 3D stacking giúp chip hiện đại, mạnh mẽ hơn & tiêu thụ ít điện năng hơn.
Bước 7: Kiểm tra, cắt chip
Khi wafer hoàn thành, kỹ thuật viên tiến hành kiểm tra từng chip bằng hệ thống tự động:
– Dùng probe station đo điện
– Loại bỏ các chip lỗi
– Đánh giá hiệu suất
Sau đó wafer được cắt thành từng chip nhỏ bằng dao kim cương hoặc laser.
Bước 8: Đóng gói chip
Chip cần được đóng gói để bảo vệ & kết nối với bảng mạch. Công đoạn đóng gói giúp chip cách điện, tản nhiệt tốt hơn & kết nối chắc chắn với thiết bị.
Bước 9: Kiểm thử cuối cùng
Trước khi xuất xưởng, chip phải trải qua các bài test như:
– Test chức năng
– Test hiệu suất
– Test khả năng chịu nhiệt
– Test rung, nén theo tiêu chuẩn công nghiệp
Chỉ những chip đạt chuẩn mới được đóng thùng & giao cho khách hàng.
Môi trường sản xuất chip bán dẫn cần đáp ứng những tiêu chuẩn nào?
Quy trình sản xuất chip bán dẫn đòi hỏi môi trường sạch với điều kiện:
– Không bụi, không ẩm
– Áp suất ổn định
– Nhiệt độ duy trì trong khoảng 20 – 25 độ C
– Độ ẩm 45%
Tất cả công nhân phải mặc đồ bảo hộ kín từ đầu đến chân. Bất kỳ hạt bụi nào cũng có thể làm hỏng chip, chính vì vậy môi trường sản xuất là yếu tố then chốt.
>>> Xem thêm: Quy trình và môi trường sản xuất linh kiện điện tử hiện đại
Quy trình sản xuất chip bán dẫn là một trong những quy trình kỹ thuật tinh vi nhất thế giới. Từ thiết kế đến hoàn thiện, mỗi công đoạn đều đòi hỏi máy móc hiện đại, môi trường kiểm soát tuyệt đối & kỹ sư trình độ cao. Nắm rõ chi tiết quy trình sản xuất chip bán dẫn không chỉ giúp bạn hiểu rõ hơn về cách hoạt động của thiết bị điện tử, mà còn mở ra cái nhìn về tương lai công nghệ.
Tham khảo ngay các sản phẩm đang được bán chạy nhất tại ATPro
ATPro - Cung cấp phần mềm SCADA, MES, quản lý điện năng, hệ thống gọi số, hệ thống xếp hàng, đồng hồ LED treo tường, đồng hồ đo lưu lượng, máy tính công nghiệp, màn hình HMI, IoT Gateway, đèn tín hiệu, đèn giao thông, đèn máy CNC, bộ đếm sản phẩm, bảng LED năng suất, cảm biến công nghiệp,...uy tín chất lượng giá tốt. Được khách hàng tin dùng tại Việt Nam.
Bài viết liên quan
Khái niệm 5S là gì? Ý nghĩa, lợi ích và cách thực hiện 5S cho doanh nghiệp
5S là phương pháp quản lý nổi tiếng từ Nhật Bản, giúp doanh nghiệp sắp [...]
Th12
Quy trình và môi trường sản xuất linh kiện điện tử hiện đại
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ & công nghiệp điện tử, [...]
Th12
Mạch điện tử là gì? Môi trường sản xuất mạch điện tử hiện nay
Trong kỷ nguyên công nghệ 4.0, các thiết bị điện tử ngày càng phổ biến [...]
Th12
OEE là gì? Lợi ích và cách đo lường chỉ số OEE trong sản xuất
Trong môi trường sản xuất cạnh tranh khốc liệt hiện nay, mỗi phút máy dừng [...]
Th12
FMS là gì? Đặc điểm của Hệ thống sản xuất linh hoạt trong sản xuất
Nhờ ứng dụng hiệu quả Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS), nhiều doanh nghiệp [...]
Th12
Low-code là gì? Có nên sử dụng Low-code Platform hay không?
Nhiều doanh nghiệp ngày càng phụ thuộc vào phần mềm để vận hành và đổi [...]
Th12