▲光罩里的图案极其精细,制造难度大,因而售价不菲而流片后,往往就会发现光罩里的图案设计是需要优化的,并且这种优化并不只针对一层光罩,很多时候需要多层光罩同时修改,成本又进一步增加。
二、工艺成本高。先进的CPU芯片工艺步骤大约处于1000-3000步的范畴。每一步都有物料成本,便宜的如scrub(冲洗)级别的工艺,每片加工成本大概处于分、毛的量级。但如果使用了昂贵的材料,个别步骤的成本会达到百元级别。把所有的步骤累加起来就是一个庞大的数字。而芯片越先进,结构就越复杂,工艺步骤也会越多,折算到每片晶圆上的成本就会越高。拿最简单的MOSFET(金氧半场效晶体管)结构来讲,早期的MOSFET是这样的物理结构:
而现在,MOSFET发展成了FinFET(鳍式场效应晶体管),工艺步骤明显变多了,它长这样:除了物料成本,生产超净间要365天*24小时保持电力运转。这么大的空间,空气净化、湿度保持、恒温保持、污染颗粒去除,都需要电力成本。有媒体甚至爆出,全台湾用电的增加量,约三分之一由台积电贡献。足见半导体生产线的用电量之大。
三、设备成本高。半导体厂的生产设备都是极其昂贵的,很多设备的消耗性零件售价甚至可以轻松买一辆路虎。设备的折旧费用自然也会折算到芯片的成本之中。其中最昂贵的就是光刻机,因为光刻机要实现的工艺太过精密。
▲光刻机的内部构造光刻工艺简单概括主要做两个事情:1. track组件负责铺胶与显影。2. scanner组件负责曝光。只是这两件事情,就结合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别等多个学科的智慧。
需要集成的学科种类门数之多,在整个人类科学发展进程上,都是数一数二的存在。四、风险成本高。越是先进的制程与产品,对产品工艺的要求就越高。
晶圆从第一步开始,到最后完成加工,先进芯片往往要历时几个月才能完成这一过程,它们随时都会“死”在半路,包括但不局限于以下死法:
1)技术工人走神装错了设备零件。
2)设备发生异常而没有警报,从而发生工艺偏离。
3)自动化系统自己死机了......
4)晶圆水土不服,不知道什么原因自己碎在了FOUP(装晶圆的容器)里。
5)旋转过程中被甩飞,撞的粉身碎骨......原因五花八门,且不说工艺本身的失效,单是可以避开各种事故而冲到最后一步就已经很幸运了。而“死掉”的那些晶圆不能白死,都会反映到芯片的售价中来。再先进的厂子也无法避免这些风险事件的发生。台积电就也曾因为风险工艺报废了十万片晶圆。
除了这些,还有芯片设计成本、人力成本、封装成本、运输成本、销售宣传成本......
一个经历了几千步的加工步骤,集合了差不多全人类所有智慧的结晶,叠加了林林总总的成本后居然只卖几千元,是不是突然感觉还挺便宜的?
二维码IC卡CPU卡水表水控电控计费计时消费非机动车充电门禁GPRS通讯一卡通
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