猛擎科普 芯片的核心是光刻机 但是光刻机的核心是什么呢
之前我们周围的大部分人一片叫好,自主研发芯片,但其结果就目前而言可以说暂无收获,我们拥有的仅仅是上海家公司购买二手的一台193nm光刻机,今天我们聊聊光刻机背后的故事。
芯片的核心是光刻机!
不过,随之而来的确实是让我们对光刻机行业,有了一定程度的了解。例如:制造芯片需要硅晶体材质,需要光刻机曝光,需要芯片底层架构及设计。
现在芯片设计方面,大部分公司所采用的底层架构都是由ARM公司提供,即一种精简指令系统,当然像苹果,高通这类公司,大多情况下是自己设计底层架构。而芯片的材质需要硅晶体和SOI或FIN FET技术来隔断晶体。
以上的技术都还不是最难的,毕竟设计和搭配的不合理影响的是使用体验,却绝对不会影响生产制造。最核心的难点,那便是我们时常挂在嘴边的光刻机曝光技术,由于无法自主研发生产光刻机,所以导致我们一直无法像台积电,三星,格芯,联电,中芯国际等公司那样自产芯片。
那么光刻机的核心是什么呢?
可以生产光刻机的在全球约有10家,但要说真正掌握nm级技术的也只有三家,那便是日本尼康,日本佳能以及光刻机龙头荷兰阿斯麦尔(ASML)。随着而来的是,将光刻机核心技术摆上了桌面。
可是ASML公司制造光刻机,这当中牵涉到的核心技术,是他们自主研发的嘛?答案也不是。首先我们要知道光刻机中的核心是激光器,而阿斯麦尔(ASML)公司激光器的供应商是一家来自德国的通快(TRUMPF)公司。
激光器领域——光纤VS碟片
目前市场上应用大多以光纤激光器为主,也是最主流激光设备的光源产出器,在激光设备领域有着无法撼动的地位。以美国IPG、英国SPI、美国恩耐(nlight)、美国Coherent(相干)激光公司为代表,长期占据了光纤激光器霸主地位。
可与此同时,德国通快(TRUMPF)公司异军突起,成为全球首家且是唯一一家摆脱光纤激光器,率先研发出碟片激光器。事实上,就光源来说碟片激光器和光纤激光器都属于顶尖激光光源,肯定有人想知道二者究竟有何不同之处,碟片激光器未来又能否独占鳌头呢?
光纤与碟片激光器分析
技术方面!二者光电转换率几乎保持在30%到35%之间,而输出功率则同样在0W—20KW之间。从光束质量角度出发,持续输出200W内的小功率领域,仍然是光纤激光器具有一定优势,但200W以上的大功率上,如切割、焊接等领域来说,则是碟片的固体激光器更具优势。
市场方面!德国通快拿单碟片6KW举例,其光束质量已达6mm*mrad,比万瓦级的IPG激光器市场会更有技术壁垒,掌握了高端市场。
应用方面!在超短脉冲、超快应用上的激光加工领域,依然是碟片优于光纤。
这主要是因为碟片激光器直接解决了传统固体激光器,在热透镜效应的瓶颈,哪怕是大功率情况中,光束质量仍然不差,并且光电转换率高,以及费用消耗低的特点,让它在工业领域扮演了不可或缺的角色。未来或伴随碟片晶体的输出功率提高,而成本又能压缩,必然会越来越广泛应用于工业制造业中。
各自优缺点
光纤激光优点!低功率时故障少,且维护便捷成本低,在面对4mm以下的薄板时,游刃有余。
光纤激光缺点!由于固体激光波长的因素,导致面对8mm以上的厚板时,其光束质量低,甚至会有不稳定情况发生,也容易被高反材料损伤。
碟片激光优点!可应对高反材料,在输出功率超过2KW时,能达到8mm/mrad的光束参数积(BPP),而且不论薄板厚板都有极好的使用体验。
碟片激光缺点!只能说价格非常贵,平均是光纤激光器的三倍价格。
总体而言,碟片激光器仍然以更高的维度和更高的技术难度领先了光纤激光器,这也是为什么荷兰ASML(阿斯麦尔)公司,会在光刻机领域选择和德国通快公司合作,使用该公司碟片激光器原因。
荷兰ASML和德国TRUMPF的合作由来已久
据被证实消息显示,早在2015年,ASML(荷兰阿斯麦尔)公司便从TRUMPF(德国通快)公司买下15台有关EUV(极深紫外)光刻机的工具。当时TRUMPF公司为此斥资7000万欧,打造了一个3.4万平方米工厂于德国迪琴根,用来生产极紫外光刻中需要的相关激光器。
也就是说,TRUMPF为ASML所提供的极紫外激光器,大多应用在关于3C行业的芯片领域。值得一提的是,通快公司在美国芝加哥地区,还以1300万欧元建立出工业4.0标准的工厂。表露出其在未来,会全力引领EUV、数字化与增材制造等未来科技发展的决心。
ASML的供应商也有很多
因为光刻机需要约50000个左右的零件,所以不仅是德国TRUMPF,包括美国Cymer的光源和德国蔡司的光学设备在内企业,皆为ASML光刻机的供应商。据悉,ASML于1984年成立,位于荷兰费尔德霍芬,当初是从飞利浦旗下,分离出的一家半导体设备企业。
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