文 | 新浪科技 周文猛
编辑 | 韩大鹏
划重点：
1、乌克兰供应的氖气约占全球70%。随着俄乌冲突升级，芯片生产所需的氖气以及关键原材料国际供应，可能被扰乱。
2、国内多家芯片设计企业人士对新浪科技表示，目前并未感受到战争所带来的生产压力，在储备量充足的情况下，原材料涨价还需要时间传导及产业链响应，才能被外界感知。
3、实际上，国内对于这些稀有气体的纯化技术已经实现了突破，生产工艺也比较成熟，不再是能够“卡中国脖子”的技术了。
俄乌战争的爆发，在造成人员伤亡以及经济损失之外，对全球芯片产业的安全生产与稳定供给，正在造成新的冲击与影响。
在芯片原材料领域，乌克兰向全球提供了超过70%的氚气、氖气等半导体生产所需特种气体。此外，作为全球最大的钯生产国，俄罗斯也掌控了约占全球产量40%的钯材料生产，而这些恰恰是生产芯片的关键原材料。
随着俄乌战争的正式爆发，全球芯片上游原材料供给再度面临着新的风险与不确定性。对于国内芯片行业而言，这是危险还是机遇？
“电子特气”价格涨近4倍
在晶圆制造材料的占比中，以氖气、氚气等为代表的“电子特气”，是仅次于硅片的第二耗材。以氖气在光刻机中的应用为例，在电离时，含氖的稀有混合气体会发出一种特定波长和能量的激光，而这些激光，正是让光刻机去除芯片表面光刻胶涂层，进而在硅片表面绘制出特定电路图的主要光束。
据介绍，在目前DUV光刻机主要采用的ArF激光器中，氖气就占到了气体混合物的96%以上。可以说，如果没有这种“电子特气”，目前令整个半导体制造行业有价无市的光刻机，也将失去其独特的魅力。而且，这还仅仅只是“电子特气”的应用之一，在涉及硅片制造、氧化、光刻、蚀刻等诸多环节，都有着不同的“电子特气”身影。
同样，在芯片制造行业，电子特气的不可或缺性，往往让业内人士将氖气等材料，比作半导体材料的“粮食”。而在稀有气体供应链上，俄罗斯与乌克兰，都占据着重要的地位。其中，俄罗斯以稀有气体资源储量丰富著称，而乌克兰则继承了前苏联的钢铁冶金及空气分离等工业技术，有着扎实的气体精制装备基础，气体精制水平位居世界前列。
据此前万联证券研报显示，乌克兰供应的氖气约占全球70%，并且供应全球约40%氪气，以及30%的氙气。此外，俄罗斯也掌控了全球产量近40%的钯材料供给。
俄乌战争爆发之后，有市场分析人士指出，随着俄乌冲突升级，芯片生产所需的氖气以及关键原材料钯等国际供应，可能被扰乱，甚至于导致全球芯片短缺状况进一步加剧。另有市场调研公司集邦咨询指出，俄乌冲突可能扰乱氖气供应，推动芯片原材料价格上涨，进而导致芯片制造成本增加。
事实上，在过去一年，受俄罗斯以及乌克兰双边摩擦局势的不断升温，全球稀有气体的价格便从2021年下半年以来一直上涨。其中，氖气从每立方米400元左右，上涨到了目前1650元左右。而氪气更是从原来市场均价1万元左右，上涨到了3万元左右。
早在2014年克里米亚事件期间，便曾因为俄乌关系紧张，氖气价格一度翻了近10倍。有业内人士对新浪科技分析称，“如今俄乌之间再次冲突，虽然双方不会因此切断供应，但气体供应受影响导致产量减少，势必也会造成价格上涨，最终直接导致芯片生产成本上涨。”
涨价传到消费端尚需时间
俄乌战争爆发之后，据国际半导体设备与材料协会全球公共政策副总裁Joe Pasetti评估关键芯片制造供应敞口指出，受战争影响，未来钯、氦、氖和钪等原材料存在潜在的供应中断问题。
此外，白宫国家安全委员最近几天也开始在与芯片行业人士接触，了解俄罗斯和乌克兰芯片制造材料的供应情况，并敦促他们寻找其他来源以确保供应链多元化，以防止俄罗斯对美国出口限制的威胁进行报复，阻止关键原材料的获取。
随着争端的再度升温，全球芯片行业原材料涨价的趋势已然肉眼可见。不过从目前的情况看来，从特种气体这一原材料的涨价，到推动整个芯片行业的整体涨价，仍然需要一段时间的发酵。
近日，三星、英特尔、格芯、联电、镁光以及SK海力士等芯片企业，在回应俄乌之争导致的影响时，便曾公开表示，“俄乌局势对公司没有直接影响，公司可在俄乌以外地区寻找货源，现阶段材料供应依旧稳定。”
在这一份自信的背后，其实主要源自导体行业企业在俄乌战争爆发之前，便已经提前捕捉到局势变化，主动储备了大量的特种气体原材料。
据SK海力士与镁光等企业在俄乌战争前发布公告称，公司已经储备了充足的芯片原材料并做好了多元化供应链准备，对供应抱有信心。中国特种气体市场资深分析师任路近日也曾指出：“目前，全球半导体公司稀有气体库存正常使用6个月完全没有问题。”
“俄乌战争的爆发引起了人们对于芯片原材料的担忧，但是目前我们并没有感受到相关的压力”，地平线科技等多家芯片设计企业内部人士对新浪科技说道。在他们看来，虽然氖、氪、氙为半导体行业生产所必需，但是其绝对使用量并不高，在储备量充足的情况下，芯片特种气体原材料涨价导致的影响，还需要一定时间的传导及产业链集体响应，才能真正地被外界感受到。
中国企业机会来了？
在俄乌争端导致全球氖气、氚气等稀有气体供给受到影响的同时，国内半导体行业是否也将受到影响？类似的问题也随之浮上水面。不过从目前的情况来看，这样的概率并不高。
事实上，在技术实现层面，氖气、氙气等气体其实是钢铁产业的副产品，由空气分离设备分离生产。在目前中国钢铁产量已经达到全球56%的情况下，国内对于这些稀有气体的纯化技术已经实现了突破，生产工艺也比较成熟，不再是能够“卡中国脖子”的技术了。
“对于国内从事特种气体生产及提供的企业而言，或许这是一个可以抓住的机会。”有业内人士对新浪科技分析称，目前全球芯片制造光刻设备提供商ASML已在考虑寻求多样化的特种气体供应商。此前，华特气体已拿到ASML的特种气体认证，凯美特气等公司都在ASML的认证中。未来，越来越多的中国特种气体企业，也将成为全球芯片制造企业多样化供应链的重要备选。
其他信息：
芯片介绍
晶体管发明并大量生产之后，各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用，取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步，使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件，集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片，是一个巨大的进步。集成电路的规模生产能力，可靠性，电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。
集成电路对于离散晶体管有两个主要优势：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术，作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关，消耗更低能量，因为组件很小且彼此靠近。2006年，芯片面积从几平方毫米到350 mm²，每mm²可以达到一百万个晶体管。
第一个集成电路雏形是由杰克·基尔比于1958年完成的，其中包括一个双极性晶体管，三个电阻和一个电容器。
根据一个芯片上集成的微电子器件的数量，集成电路可以分为以下几类：
· 小型集成电路（SSI英文全名为Small Scale Integration）逻辑门10个以下或晶体管100个以下。
· 中型集成电路（MSI英文全名为Medium Scale Integration）逻辑门11~100个或 晶体管101~1k个。
· 大规模集成电路（LSI英文全名为Large Scale Integration）逻辑门101~1k个或 晶体管1,001~10k个。
· 超大规模集成电路（VLSI英文全名为Very large scale integration）逻辑门1,001~10k个或晶体管10,001~100k个。
· 极大规模集成电路（ULSI英文全名为Ultra Large Scale Integration）逻辑门10,001~1M个或晶体管100,001~10M个。
· GLSI（英文全名为Giga Scale Integration）逻辑门1,000,001个以上或晶体管10,000,001个以上。
芯片集成电路的发展
最先进的集成电路是微处理器或多核处理器的核心，可以控制计算机到手机到数字微波炉的一切。虽然设计开发一个复杂集成电路的成本非常高，但是当分散到通常以百万计的产品上，每个集成电路的成本最小化。集成电路的性能很高，因为小尺寸带来短路径，使得低功率逻辑电路可以在快速开关速度应用。
这些年来，集成电路持续向更小的外型尺寸发展，使得每个芯片可以封装更多的电路。这样增加了每单位面积容量，可以降低成本和增加功能，见摩尔定律，集成电路中的晶体管数量，每1.5年增加一倍。总之，随着外形尺寸缩小，几乎所有的指标改善了，单位成本和开关功率消耗下降，速度提高。但是，集成纳米级别设备的IC也存在问题，主要是泄漏电流。因此，对于最终用户的速度和功率消耗增加非常明显，制造商面临使用更好几何学的尖锐挑战。这个过程和在未来几年所期望的进步，在半导体国际技术路线图中有很好的描述。
仅仅在其开发后半个世纪，集成电路变得无处不在，计算机、手机和其他数字电器成为社会结构不可缺少的一部分。这是因为，现代计算、交流、制造和交通系统，包括互联网，全都依赖于集成电路的存在。甚至很多学者认为有集成电路带来的数字革命是人类历史中最重要的事件。IC的成熟将会带来科技的大跃进，不论是在设计的技术上，或是半导体的工艺突破，两者都是息息相关。
芯片分类
集成电路的分类方法很多，依照电路属模拟或数字，可以分为：模拟集成电路、数字集成电路和混合信号集成电路（模拟和数字在一个芯片上）。
数字集成电路可以包含任何东西，在几平方毫米上有从几千到百万的逻辑门、触发器、多任务器和其他电路。这些电路的小尺寸使得与板级集成相比，有更高速度，更低功耗（参见低功耗设计）并降低了制造成本。这些数字IC，以微处理器、数字信号处理器和微控制器为代表，工作中使用二进制，处理1和0信号。
模拟集成电路有，例如传感器、电源控制电路和运放，处理模拟信号。完成放大、滤波、解调、混频的功能等。通过使用专家所设计、具有良好特性的模拟集成电路，减轻了电路设计师的重担，不需凡事再由基础的一个个晶体管处设计起。
集成电路可以把模拟和数字电路集成在一个单芯片上，以做出如模拟数字转换器和数字模拟转换器等器件。这种电路提供更小的尺寸和更低的成本，但是对于信号冲突必须小心。
芯片制造
参见：半导体器件制造和集成电路设计
从20世纪30年代开始，元素周期表中的化学元素中的半导体被研究者如贝尔实验室的威廉·肖克利（William Shockley）认为是固态真空管的最可能的原料。从氧化铜到锗，再到硅，原料在20世纪40到50年代被系统的研究。尽管元素周期表的一些III-V价化合物如砷化镓应用于特殊用途如：发光二极管、激光、太阳能电池和最高速集成电路，单晶硅成为集成电路主流的基层。创造无缺陷晶体的方法用去了数十年的时间。
半导体集成电路工艺，包括以下步骤，并重复使用：
· 光刻
· 刻蚀
· 薄膜（化学气相沉积或物理气相沉积）
· 掺杂（热扩散或离子注入）
· 化学机械平坦化CMP
使用单晶硅晶圆（或III-V族，如砷化镓）用作基层，然后使用光刻、掺杂、CMP等技术制成MOSFET或BJT等组件，再利用薄膜和CMP技术制成导线，如此便完成芯片制作。因产品性能需求及成本考量，导线可分为铝工艺（以溅镀为主）和铜工艺（以电镀为主参见Damascene）。主要的工艺技术可以分为以下几大类：黄光微影、刻蚀、扩散、薄膜、平坦化制成、金属化制成。
IC由很多重叠的层组成，每层由视频技术定义，通常用不同的颜色表示。一些层标明在哪里不同的掺杂剂扩散进基层（成为扩散层），一些定义哪里额外的离子灌输（灌输层），一些定义导体（多晶硅或金属层），一些定义传导层之间的连接（过孔或接触层）。所有的组件由这些层的特定组合构成。
· 在一个自排列（CMOS）过程中，所有门层（多晶硅或金属）穿过扩散层的地方形成晶体管。
· 电阻结构，电阻结构的长宽比，结合表面电阻系数，决定电阻。
· 电容结构，由于尺寸限制，在IC上只能产生很小的电容。
· 更为少见的电感结构，可以制作芯片载电感或由回旋器模拟。
因为CMOS设备只引导电流在逻辑门之间转换，CMOS设备比双极型组件（如双极性晶体管）消耗的电流少很多。透过电路的设计，将多颗的晶体管管画在硅晶圆上，就可以画出不同作用的集成电路。
随机存取存储器是最常见类型的集成电路，所以密度最高的设备是存储器，但即使是微处理器上也有存储器。尽管结构非常复杂－几十年来芯片宽度一直减少－但集成电路的层依然比宽度薄很多。组件层的制作非常像照相过程。虽然可见光谱中的光波不能用来曝光组件层，因为他们太大了。高频光子（通常是紫外线）被用来创造每层的图案。因为每个特征都非常小，对于一个正在调试制造过程的过程工程师来说，电子显微镜是必要工具。
在使用自动测试设备（ATE）包装前，每个设备都要进行测试。测试过程称为晶圆测试或晶圆探通。晶圆被切割成矩形块，每个被称为晶片（“die”）。每个好的die被焊在“pads”上的铝线或金线，连接到封装内，pads通常在die的边上。封装之后，设备在晶圆探通中使用的相同或相似的ATE上进行终检。测试成本可以达到低成本 产品的制造成本的25%，但是对于低产出，大型和/或高成本的设备，可以忽略不计。
在2005年，一个制造厂（通常称为半导体工厂，常简称fab，指fabrication facility）建设费用要超过10亿美元，因为大部分操作是自动化的。
制造过程
芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节，其中晶片制作过程尤为的复杂。
首先是芯片设计，根据设计的需求，生成的“图样”
芯片的原料晶圆
晶圆的成分是硅，硅是由石英沙所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%），接着是将这些纯硅制成硅晶棒，成为制造集成电路的石英半导体的材料，将其切片就是芯片制作具体所需要的晶圆。晶圆越薄，生产的成本越低，但对工艺就要求的越高。
晶圆涂膜
晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力，其材料为光阻的一种。
晶圆光刻显影、蚀刻
光刻工艺的基本流程如图1 所示。首先是在晶圆（或衬底）表面涂上一层光刻胶并烘干。烘干后的晶圆被传送到光刻机里面。光线透过一个掩模把掩模上的图形投影在晶圆表面的光刻胶上，实现曝光，激发光化学反应。对曝光后的晶圆进行第二次烘烤，即所谓的曝光后烘烤，后烘烤使得光化学反应更充分。最后，把显影液喷洒到晶圆表面的光刻胶上，对曝光图形显影。显影后，掩模上的图形就被存留在了光刻胶上。涂胶、烘烤和显影都是在匀胶显影机中完成的，曝光是在光刻机中完成的。匀胶显影机和光刻机一般都是联机作业的，晶圆通过机械手在各单元和机器之间传送。整个曝光显影系统是封闭的，晶圆不直接暴露在周围环境中，以减少环境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响 。
图1：现代光刻工艺的基本流程和光刻后的检测步骤
该过程使用了对紫外光敏感的化学物质，即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蚀剂，使得其遇紫外光就会溶解。这时可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了，而这效果正是我们所要的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。
掺加杂质
将晶圆中植入离子，生成相应的P、N类半导体。
具体工艺是是从硅片上暴露的区域开始，放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式，使每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层，但复杂的芯片通常有很多层，这时候将该流程不断的重复，不同层可通过开启窗口联接起来。这一点类似多层PCB板的制作原理。更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层，这时候通过重复光刻以及上面流程来实现，形成一个立体的结构。
晶圆测试
经过上面的几道工艺之后，晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。一般每个芯片的拥有的晶粒数量是庞大的，组织一次针测试模式是非常复杂的过程，这要求了在生产的时候尽量是同等芯片规格构造的型号的大批量的生产。数量越大相对成本就会越低，这也是为什么主流芯片器件造价低的一个因素。
封装
将制造完成晶圆固定，绑定引脚，按照需求去制作成各种不同的封装形式，这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等等。这里主要是由用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。
测试、包装
经过上述工艺流程以后，芯片制作就已经全部完成了，这一步骤是将芯片进行测试、剔除不良品，以及包装。
芯片型号
芯片命名方式一般都是：字母+数字+字母
前面的字母是芯片厂商或是某个芯片系列的缩写。像MC开始的多半是摩托罗拉的，MAX开始的多半是美信的。
中间的数字是功能型号。像MC7805和LM7805，从7805上可以看出它们的功能都是输出5V，只是厂家不一样。
后面的字母多半是封装信息，要看厂商提供的资料才能知道具体字母代表什么封装。
74系列是标准的TTL逻辑器件的通用名称，例如74LS00、74LS02等等，单从74来看看不出是什么公司的产品。不同公司会在74前面加前缀，例如SN74LS00等。
芯片相关拓展
一个完整的IC型号一般都至少必须包含以下四个部分:
前缀（首标）-----很多可以推测是哪家公司产品。
器件名称----一般可以推断产品的功能（memory可以得知其容量）。
温度等级-----区分商业级，工业级，军级等。一般情况下，C表示民用级，Ⅰ表示工业级，E表示扩展工业级，A表示航空级，M表示军品级。
封装----指出产品的封装和管脚数有些IC型号还会有其它内容:
速率----如memory，MCU，DSP，FPGA 等产品都有速率区别，如-5，-6之类数字表示。
工艺结构----如通用数字IC有COMS和TL两种，常用字母C，T来表示。
是否环保-----一般在型号的末尾会有一个字母来表示是否环保，如z，R，+等。
包装-----显示该物料是以何种包装运输的，如tube，T/R，rail，tray等。
版本号----显示该产品修改的次数，一般以M为第一版本。
芯片IC命名、封装常识与命名规则:
温度范围：
C=0℃至60℃（商业级）；I=-20℃至85℃（工业级）；E=-40℃至85℃（扩展工业级）；A=-40℃至82℃（航空级）；M=-55℃至125℃（军品级）
封装类型：
A—SSOP；B—CERQUAD；C-TO-200，TQFP﹔D—陶瓷铜顶；E—QSOP；F—陶瓷SOP；H—SBGAJ-陶瓷DIP；K—TO-3；L—LCC，M—MQFP；N——窄DIP﹔N—DIP;；Q—PLCC；R一窄陶瓷DIP （300mil）；S—TO-52，T—TO5，TO-99，TO-100﹔U—TSSOP，uMAX，SOT；W—宽体小外型(300mil)﹔ X—SC-60(3P，5P，6P)﹔ Y―窄体铜顶；Z—TO-92，MQUAD；D—裸片；/PR-增强型塑封﹔/W-晶圆。
管脚数:
A—8；B—10﹔C—12，192；D—14；E—16；F——22，256；G—4；H—4；I—28 ；J—2；K—5，68；L—40；M—6，48；N—18；O—42；P—20﹔Q—2，100﹔R—3，843；S——4，80；T—6，160；U—60；V—8(圆形)﹔ W—10(圆形)﹔X—36；Y—8(圆形)﹔Z—10(圆形)。
注:接口类产品四个字母后缀的第一个字母是E，则表示该器件具备抗静电功能
芯片封装技术的发展
最早的集成电路使用陶瓷扁平封装，这种封装很多年来因为可靠性和小尺寸继续被军方使用。商用电路封装很快转变到双列直插封装，开始是陶瓷，之后是塑料。20世纪80年代，VLSI电路的针脚超过了DIP封装的应用限制，最后导致插针网格数组和芯片载体的出现。
表面贴着封装在20世纪80年代初期出现，该年代后期开始流行。它使用更细的脚间距，引脚形状为海鸥翼型或J型。以Small-Outline Integrated Circuit（SOIC）为例，比相等的DIP面积少30-50%，厚度少70%。这种封装在两个长边有海鸥翼型引脚突出，引脚间距为0.05英寸。
Small-Outline Integrated Circuit（SOIC）和PLCC封装。20世纪90年代，尽管PGA封装依然经常用于高端微处理器。PQFP和thin small-outline package（TSOP）成为高引脚数设备的通常封装。Intel和AMD的高端微处理从PGA（PineGrid Array）封装转到了平面网格阵列封装（Land Grid Array，LGA）封装。
球栅数组封装封装从20世纪70年代开始出现，90年代开发了比其他封装有更多管脚数的覆晶球栅数组封装封装。在FCBGA封装中，晶片（die）被上下翻转（flipped）安装，通过与PCB相似的基层而不是线与封装上的焊球连接。FCBGA封装使得输入输出信号阵列（称为I/O区域）分布在整个芯片的表面，而不是限制于芯片的外围。如今的市场，封装也已经是独立出来的一环，封装的技术也会影响到产品的质量及良率。
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