Jak se vyrábí čipy? A proč není jednoduché postavit novou továrnu?
- Výroba čipů, tedy polovodičových součástek, je poměrně složitý proces
- Víte, že výroba zabere zhruba 2-3 měsíce?
- Navíc musejí být dodržena velmi přísná opatření

Nedostatek čipů dnes trápí automobilky, výrobce mobilních telefonů, ale i například herních konzolí. Laickou veřejnost by tedy mohla napadnout otázka, jak se takový čip vyrábí? A proč si firmy jednoduše nepostaví další továrny, aby pokryly poptávku po jejich zařízeních?
Výroba čipů je to nejsložitější, co člověk vymyslel
Výroba polovodičových součástek je opravdu šíleně složitý proces, který má stovky až tisíce různých kroků. Záleží na tom, o jak komplikovaný čip jde a konkrétně kolik má mít tranzistorů. Ty nejjednodušší spínače mají třeba deset tranzistorů, ale ty do mobilů či počítačů mají klidně miliardy tranzistorů – např. nový čipset Apple M1 Max má neuvěřitelných 57 miliard tranzistorů na jediném čipu.
A pak to pokračuje, pokud máte smartphone, tak do něj potřebujete desítky těchto čipů, a pokud třeba automobil, tak už to jsou stovky čipů. Ačkoliv jde o velmi malou součástku, tak i pokud vám chybí jen jedna jediná, tak nemůžete dokončit produkt a prodávat ho svým zákazníkům.

Čtěte také: Tesla Dojo je superpočítač, který má odstartovat revoluci na poli umělé inteligence
Jak se vyrábí čipy?
Celý proces výroby čipů je neuvěřitelně složitý a zdlouhavý. Říká se, že člověk nikdy nevymyslel nic složitějšího. Je to opravdu věda. Produkce těchto polovodičových součástek je totiž náročná na vodu, vyžaduje nemít ani naprosto minimální otřesy a je potřeba absolutně čistý vzduch bez prachu. Pokud něco z toho není splněno, můžete čipy vyhodit.
Výroba čipů přitom trvá zhruba 2 až 3 měsíce. Většinu z té doby zaberou technologické procesy, během nichž se přetvářejí struktury křemíku na křemíkový ingot, z nějž se potom řežou malé destičky, základ čipu. Proces této přeměny nelze urychlit.
Proces výroby ve zkratce – od písku až po čip
Vše samozřejmě začíná u návrhu nového čipu a vytvoření architektury čipu. Pak potřebujete dokonale čistý křemík (minimálně 99,9999 % materiálu musí být křemík – pozn. redakce), který získáte tzv. zonálním tavením. Jde o postup čištění materiálu ve tvaru dlouhé tenké tyče, pomocí tavení a odřezávání nečistot v roztavené zóně na konci tyče.
Následuje výroba monokrystalického křemíku, kdy do křemíkové taveniny je vložen zárodečný krystal vysoce čistého křemíku. Krystal se otáčí a pulzuje podle předem přesně definovaného programu. Teplota taveniny je pečlivě sledována a řízena. Výsledným produktem je křemíkový ingot.
Křemíkový ingot se ořeže na wafer
Velikost ingotu může být až 400 mm v průměru a délku do dvou metrů, přitom je tvořený jediným krystalem. Po ochlazení se ingot řeže na tenké vrstvy, tzv. wafery, běžně jsou to desetiny milimetru. Čím větší jsou tyto desky – wafery, tím nižší náklady na výrobu jednotlivých čipů jsou.
Poté je na wafery vyleptána struktura čipů, a to procesem zvaným fotolitografie. Na wafer je nanášena světocitlivá vrstva, která musí být co nejrovnoměrnější a po nanesení je ozářena ultrafialovým zářením. Využívá se zde speciální čočka, která zmenší velikost nanášeného obvodu na vznikajícím čipu.
O složitosti celého procesu výroby čipů svědčí i to, že každý tranzistor na polovodičové součástce má obvykle velikost jen desti či dvacetinásobku velikosti pouhého atomu. A těchto tranzistorů mohou být desítky miliard na malinkatém čipu. Zní to až neuvěřitelně.

Proč automobilky nepostaví vlastní továrny?
Nedostatkem čipů jako první velmi citelně trpěly automobilky, které před rokem kvůli pandemii a snížení produkce vozů snížily objednávky těchto polovodičových součástek. A poté se na ně nedostalo, protože se podstatně zvýšila poptávka po čipech u výrobců elektroniky.
Dnes už trpí nedostatkem čipů nejen automobilky, ale také výrobci mobilů či herních konzolí. Výroba čipů byla totiž několikrát přerušena a vzhledem ke složitosti celého procesu to nelze celé za pár dnů dohnat. Je to běh na dlouhou trať a podle některých expertů bude nedostatek čipů pokračovat až do roku 2023.
Pokud se ptáte, proč se nepostaví nové továrny na čipy, aby se pokryla poptávka, tak odpovědí je několik. V případě výrobců čipů jde o peníze a riziko, které by představovala stavba nových továren. Místo toho jdou firmy cestou postupného navyšování výroby, především těch lukrativnějších čipů, což jsou ty složitější pro elektroniku, než ty do automobilů.
A v případě automobilek je zase skoro nemožné (především finančně a časově nepředstavitelné – pozn. redakce), aby si postavily vlastní továrny na výrobu čipů. Jde totiž o to, že vlastní výroba pouze obyčejnějších čipů do aut by nebyla cenově zajímavá a automobilce by se to včetně počáteční investice hodně prodražilo. Navíc jen stavba a testovací proces by zabral klidně dva roky, a to je příliš dlouhá doba na to, aby se tím vyřešily současné problémy.
Autor článku

Technologie mě fascinují natolik, že jsem založil weby Mobilizujeme.cz, Elektrickevozy.cz a Inteligentnisvet.cz. Rád píši o všem, co má přínos pro čtenáře. Již od roku 2007, skrze více než 8 000 článků. Používám produkty od Applu a Tesly.
Technologie mě fascinují natolik, že jsem založil weby Mobilizujeme.cz, Elektrickevozy.cz a Inteligentnisvet.cz. Rád píši o všem, co má přínos pro čtenáře. Již od roku 2007, skrze více než 8 000 článků. Používám produkty od Applu a Tesly.