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什么是IC设计?半导体产业链有哪些?

Update:2024-06-17 Views:2680

半导体产业是中国中国台湾电子产业中最重要的组成部分,每年均替中国台湾地区贡献重要的GDP占比。然而半导体公司那么多,各自所应用的领域各不相同,你知道他们各自是在半导体产业链中的哪一环吗?

半导体、IC设计是什么?

半导体是一种材料的总称,其特色在于导电能力介于导电与绝缘体间。最为常见、应用最为普及的是萃取自沙子中的元素矽(Silicon,Si)为材料的半导体。晶圆(Wafer)是将元素矽经过一连串的加工后所形成可以放置电子元件的一片片晶圆。晶片(Chip),则是晶圆依照电路设计图安装完后,进行切割、封装的成果,晶片的正式名称为“积体电路”IntegratedCircuit简称IC。一个晶片IC从无到有可以大致分为设计、制造、封测三阶段,对应大致流程半导体产业的上、中、下游。


半导体产业链上游

IC设计

制造任何产品之前都需要设计图,制造IC晶片也不例外。IC设计公司“DesignHouse”的工作就是将客户或自行开发产品的规格与功能,设计晶片上的功能、程式码、元件以及元件之间的电路,所产出电路设计图,也因此IC设计公司不会建立自己的工厂制造晶片,故也称为无厂半导体公司“Fabless”。

此外,IC晶片在设计上相当复杂且费工,为增加效率,IC设计公司便向IP公司购买IP模组,来完成晶片上的某些特定功能。IP又称作矽智财,即IC设计中的智慧财产权,IP公司便是提供晶片设计的可重用模组,以减少IC晶片设计周期。

半导体产业链中游

IC制造

当IC设计公司将电路图设计出来后,便可以进入制造阶段。IC制造就是将设计好的电路图透过光学成像的原理转移到矽晶圆之上。小小的晶圆上蕴含着相当精密的程序与工法,利用光罩印上电路基本图样,再以特殊工法(氧化、扩散、CVD、蚀刻、离子植入等方法),将电路及电路上的元件,于晶圆上制作出来。且因电路设计属于层状结构,因此需要经过多次的光罩投入、图形制作、形成线路与元件等重复程序,才能制作出完整的积体电路。

整个IC制程中,运用到非常多的技术,这些技术需要很特定的设备,以及重要的材料,像是矽晶圆、转印电路图所使用的光罩、蚀刻与光阻时所需要的化学品等,也都属于半导体产业中游的一环。

半导体产业链下游

IC封装、IC测试

经过层层关卡制造后,晶圆会被送至封装厂,进行IC封装与测试。IC封装是将加工完成后的晶圆,切割过后的晶粒,以塑胶、陶瓷或金属包覆,保护晶粒以免受污染且易于装配,并达成晶片与电子系统的电性连接与散热效果。IC测试则可分为两个阶段,第一个阶段是进入封装之前的晶圆测试,主要测试电性;第二个阶段则是IC成品测试,主要在测试IC功能、电性与散热是否正常,以确保品质。

半导体产业垂直整合

整合元件制造厂(Integrated device manufacturer,IDM)

IDM厂就是一家公司完全覆盖从晶片设计、制造、封装和测试等多个产业链环节。早期的半导体公司多半为IDM厂商,但随着IC晶片的设计和制作越来越复杂,难度与费用也越来越高。因此1980年代末期,半导体产业逐渐转向专业分工模式,有些公司专门做设计,然后交由其他公司制造和封装测试。

结语

中国台湾地区拥有全球最完整的半导体产业炼聚落及专业分工,IC设计公司在产品设计完成后,交由专业晶圆代工厂或IDM厂制作成晶圆半成品,经由前段测试,再转给封装厂进行切割及封装,最后由测试厂进行后段测试,测试后的成品再经由销售管道卖给系统厂生产为系统产品。

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