电子元件升级到5nm有多难？

5G高速发展，电子元件芯片升级也如火如荼地进行。作为晶圆代工业中国技术第一的台积电于明年一季度或者二季度量产5nm芯片。三星明年一月份才能够实现量产7nm芯片，而5nm芯片的设计工作在近期才完成，量产还需要投入更多的时间和更大的人力。芯片设计制造竞争异常激烈，工厂企业生产难度非常大！

01

芯片制作工艺精细且复杂

5nm，表面上只比7nm少了2nm，但世界一大半的工厂无法满足技术要求。

芯片生产流程：冶炼单晶硅锭（Intel建造300㎜硅锭厂耗资35亿美元）、硅锭切割成大约1mm厚度的晶圆、蚀刻清洁晶圆表面大约2μm厚的三氧化二铝和甘油混合物、晶圆表面镀膜（二氧化硅氧化保护层）、旋转浇涂光刻胶、多次盖膜光刻、溶解光刻杂质、离子以超过30万码的速度注入、晶体管绝缘体封盖、电镀硫酸铜、打磨抛光、金属导电层连通、芯片测试（进口100%测试率）、晶圆切割、芯片封装、测试功耗承受能力、分等级发货进入上下游芯片生态链。

02

5nm芯片市场源头是一座独木桥

从浇涂光刻胶到芯片测试环节都是涉及nm级工艺，如果要看清楚每项操作，须用显微镜才行。每个工厂的工艺流程在细节上存在差异，导致成品的质量差异很大，所以每一批的电子芯片设计、制作都是先选好生产厂再进行工艺评估、进行投产，如果更换厂家会导致设计时间、成本大大增加，并且以同样的设计工艺能生产出成品的找不出二家。

纳米级操作就需要极精细操作设备才能完成，现阶段市面上能够有5nm工艺的EUV光刻机基本被ASML垄断。荷兰ASML生产的EUV光刻机的造价在1亿美金左右，交设备时间为1-2年，时间成本很昂贵。

03

5nm芯片性能强，很难造

从三星的5nm工艺芯片来看，相较于7nm芯片，在逻辑效率上提升25%，整体性能提升10%，功耗降低20%。

5nm芯片性能有明显提升，但是能制造的工厂屈指可数。对比麒麟980芯片，在不足1cm²的面积上，可拥有69亿个晶体管，那么5nm级别的芯片将会有至少96.6亿个晶体管，芯片的设计、制作工艺难度陡然增加。

总结：

电子元件、IC芯片市场，是一片没有硝烟的世界顶级战场，技术难度高、投入资本大、消耗时间长是这些企业面临的核心难题，一个小小的数字变化，难倒了曾经怀揣梦想的高科技人。