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半導體產(chǎn)業(yè)從上游到下游都在做什么
這篇要討論的重點則是半導體產(chǎn)業(yè)從上游到下游到底在做些什么。先來看一下關聯(lián)圖：
我們先從大方向了解，之后再局部解說。
半導體產(chǎn)業(yè)最上游是IC設計公司與硅晶圓制造公司，IC設計公司依客戶的需求設計出電路圖，硅晶圓制造公司則以多晶硅為原料制造出硅晶圓。中游的IC制造公司主要的任務就是把IC設計公司設計好的電路圖移植到硅晶圓制造公司制造好的晶圓上。完成后的晶圓再送往下游的IC封測廠實施封裝與測試，即大功告成啰！
局部解說開始！
(1)硅晶圓制造
半導體產(chǎn)業(yè)的最上游是硅晶圓制造。事實上，上游的硅晶圓產(chǎn)業(yè)又是由三個子產(chǎn)業(yè)形成的，依序為硅的初步純化 → 多晶硅的制造 → 硅晶圓制造。
硅的初步純化：
將石英砂(SiO2)轉(zhuǎn)化成冶金級硅(硅純度98%以上)。
多晶硅的制造：
將冶金級硅制成多晶硅。這里的多晶硅可分成兩種：高純度(99.999999999%，11N)與低純度(99.99999%，7N)兩種。高純度是用來制做IC等精密電路IC，俗稱半導體等級多晶硅；低純度則是用來制做太陽能電池的，俗稱太陽能等級多晶硅。
硅晶圓制造：
將多晶硅制成硅晶圓。硅晶圓又可分成單晶硅晶圓與多晶硅晶圓兩種。一般來說，IC制造用的硅晶圓都是單晶硅晶圓，而太陽能電池制造用的硅晶圓則是單晶硅晶圓與多晶硅晶圓皆有。一般來說，單晶硅的效率會較多晶硅高，當然成本也較高。
(2)IC設計
前面提到硅晶圓制造，投入的是石英砂，產(chǎn)出的是硅晶圓。IC設計的投入則是「好人」們超強的腦力(和肝)，產(chǎn)出則是電路圖，最后制成光罩送往IC制造公司，就功德圓滿了！
不過，要讓理工科以外的人了解IC設計并不是件容易的事(就像要讓念理工的人了解復雜的衍生性金融商品一樣)，作者必需要經(jīng)過多次外出取材才有辦法辦到。這里先大概是一下觀念，請大家發(fā)揮一下你們強大的想像力！
簡單來講，IC設計可分成幾個步驟，依序為：規(guī)格制定 → 邏輯設計 → 電路布局 → 布局后模擬 → 光罩制作。
規(guī)格制定：
品牌廠或白牌廠(沒有品牌的品牌廠)的工程師和IC設計工程師接觸，并開出他們需要的IC的規(guī)格給IC設計工程師 (譬如說，第一個腳位和第二個腳位相加要等于第九個腳位)。討論好規(guī)格后，工程師們就開始快樂的工作啰！
邏輯設計：
藉由軟件的幫助，工程師們終于完成了邏輯設計圖了，來看一下：
所謂的「邏輯」設計圖，就是指它是由簡單的邏輯元件構成。什么是邏輯元件呢？像是AND Gate(故名思意，兩個輸入都是1的話，輸出才是1，否則輸出就是0)，OR Gate(兩個輸入只要有一個輸入是1，輸出就是1)等。邏輯元件會在IC設計單元再和大家做進一步的介紹。
電路布局：
基本上，就是利用軟件的幫助，把友善的邏輯設計圖，轉(zhuǎn)化成惡心的電路圖。如圖：
大家應該很熟悉吧！里面大部分都是二極體和電晶體！
布局后模擬：
就是再經(jīng)由軟件測試看看，結果是不是和當初「規(guī)格制定」是一樣的結果啰！
光罩制作：
電路完成后，再把電路制作成一片片的光罩就大功告成啰！完成后的光罩即送往IC制造公司。來看一下光罩長什么樣子吧！
(3) IC制造
IC制造的流程較復雜，但其實IC制造就只做一件事而已：把光罩上的電路圖轉(zhuǎn)移到晶圓上。它的過程其實和傳統(tǒng)相片的制造過程非常類似 (當然，精密度差太多了)！你如果上網(wǎng)google一下「IC制造」，會看到很多火星文的資料，保證你看不懂那些流程到底代表什么意思。
IC制造的步驟是這樣子的：薄膜→光阻→顯影→蝕刻→光阻去除，然后不斷的循環(huán)數(shù)十次。我們來看一下示意圖
薄膜：
鍍上金屬(實際上不一定是金屬)
光阻：
在晶圓上涂上一層光阻(感光層)
顯影：
用強光透過「光罩」后照在晶圓上。這樣的話，除了「電路」該出現(xiàn)的部分，其余光阻的部分是不是都照到光了？
蝕刻：
把沒有光阻覆蓋的薄膜沖蝕
光阻去除：
把上面的光阻去除，留下的薄膜部分就是電路圖了！(這里假設電路圖就是「一長條」而已，實際情況當然較復雜啰！)
很簡單吧！當然，實際的過程沒那么簡單。實際的情形是光罩是由好幾十層構成的，而每層需要的材質(zhì)也不一樣。也就是說，薄膜那一層需用不同的材質(zhì)。譬如說，SiO2。
有趣吧！以上都只是前菜，在「半導體制程」單元會有更詳細的介紹喔！
(4)IC封測
IC制造廠商完成的IC大致如下圖：
這一片片的晶圓完成品就被送往IC封測廠，實行IC的封裝與測試。
封裝：
封裝的流程大致如下：切割→黏貼→焊接→模封。
先講一下觀念好了，來看個CPU吧！
圖片中央的就是CPU。CPU很大一個，但仔細看，中間那個金屬部分才是CPU裸晶(又稱晶粒，即未封裝前的IC)的真正大小喔！其余的部分就是所謂的印刷電路板-PCB啰！
好！可以開始講IC封裝了！
切割：
第一步就是把IC制造公司送來的一片片晶圓切割成一顆顆長方形的IC啰！
黏貼：
把IC黏貼到PCB上
焊接：
故名思義，把IC的小接腳焊接到PCB上，這樣才和大PCB(如主機板)相容喔！
模封：
故名思義，就是把接腳模封起來。最近很hot的題材-BT樹脂，就是用在這里喔！
有感覺嗎？來看個圖就較清楚了：
如圖，中間的是晶粒，往外接到PCB上。
這樣就大致完成啰！
2017-06-27 來源：OFweek電子工程網(wǎng)
圖片來源：自制
我們先從大方向了解，之后再局部解說。
半導體產(chǎn)業(yè)最上游是IC設計公司與硅晶圓制造公司，IC設計公司依客戶的需求設計出電路圖，硅晶圓制造公司則以多晶硅為原料制造出硅晶圓。中游的IC制造公司主要的任務就是把IC設計公司設計好的電路圖移植到硅晶圓制造公司制造好的晶圓上。完成后的晶圓再送往下游的IC封測廠實施封裝與測試，即大功告成啰！
局部解說開始！
(1)硅晶圓制造
半導體產(chǎn)業(yè)的最上游是硅晶圓制造。事實上，上游的硅晶圓產(chǎn)業(yè)又是由三個子產(chǎn)業(yè)形成的，依序為硅的初步純化 → 多晶硅的制造 → 硅晶圓制造。
硅的初步純化：
將石英砂(SiO2)轉(zhuǎn)化成冶金級硅(硅純度98%以上)。
石英砂。資料來源：農(nóng)村信息網(wǎng)
冶金級硅。資料來源：Jimmybook
多晶硅的制造：
將冶金級硅制成多晶硅。這里的多晶硅可分成兩種：高純度(99.999999999%，11N)與低純度(99.99999%，7N)兩種。高純度是用來制做IC等精密電路IC，俗稱半導體等級多晶硅；低純度則是用來制做太陽能電池的，俗稱太陽能等級多晶硅。
多晶硅。資料來源：太陽能單多晶硅材料
硅晶圓制造：
將多晶硅制成硅晶圓。硅晶圓又可分成單晶硅晶圓與多晶硅晶圓兩種。一般來說，IC制造用的硅晶圓都是單晶硅晶圓，而太陽能電池制造用的硅晶圓則是單晶硅晶圓與多晶硅晶圓皆有。一般來說，單晶硅的效率會較多晶硅高，當然成本也較高。
硅晶圓。資料來源：臺灣研準股份有限公司
(2)IC設計
前面提到硅晶圓制造，投入的是石英砂，產(chǎn)出的是硅晶圓。IC設計的投入則是「好人」們超強的腦力(和肝)，產(chǎn)出則是電路圖，最后制成光罩送往IC制造公司，就功德圓滿了！
不過，要讓理工科以外的人了解IC設計并不是件容易的事(就像要讓念理工的人了解復雜的衍生性金融商品一樣)，作者必需要經(jīng)過多次外出取材才有辦法辦到。這里先大概是一下觀念，請大家發(fā)揮一下你們強大的想像力！
簡單來講，IC設計可分成幾個步驟，依序為：規(guī)格制定 → 邏輯設計 → 電路布局 → 布局后模擬 → 光罩制作。
規(guī)格制定：
品牌廠或白牌廠(沒有品牌的品牌廠)的工程師和IC設計工程師接觸，并開出他們需要的IC的規(guī)格給IC設計工程師 (譬如說，第一個腳位和第二個腳位相加要等于第九個腳位)。討論好規(guī)格后，工程師們就開始快樂的工作啰！
邏輯設計：
藉由軟件的幫助，工程師們終于完成了邏輯設計圖了，來看一下：
控制器邏輯圖
所謂的「邏輯」設計圖，就是指它是由簡單的邏輯元件構成。什么是邏輯元件呢？像是AND Gate(故名思意，兩個輸入都是1的話，輸出才是1，否則輸出就是0)，OR Gate(兩個輸入只要有一個輸入是1，輸出就是1)等。邏輯元件會在IC設計單元再和大家做進一步的介紹。
電路布局：
基本上，就是利用軟件的幫助，把友善的邏輯設計圖，轉(zhuǎn)化成惡心的電路圖。如圖：
積體電路圖。圖片來源：ddvip
大家應該很熟悉吧！里面大部分都是二極體和電晶體！
布局后模擬：
就是再經(jīng)由軟件測試看看，結果是不是和當初「規(guī)格制定」是一樣的結果啰！
光罩制作：
電路完成后，再把電路制作成一片片的光罩就大功告成啰！完成后的光罩即送往IC制造公司。來看一下光罩長什么樣子吧！
光罩
(3) IC制造
IC制造的流程較復雜，但其實IC制造就只做一件事而已：把光罩上的電路圖轉(zhuǎn)移到晶圓上。它的過程其實和傳統(tǒng)相片的制造過程非常類似 (當然，精密度差太多了)！你如果上網(wǎng)google一下「IC制造」，會看到很多火星文的資料，保證你看不懂那些流程到底代表什么意思。
IC制造的步驟是這樣子的：薄膜→光阻→顯影→蝕刻→光阻去除，然后不斷的循環(huán)數(shù)十次。我們來看一下示意圖
IC制程。圖片來源：財報狗產(chǎn)業(yè)分析師Jeff
薄膜：
鍍上金屬(實際上不一定是金屬)
光阻：
在晶圓上涂上一層光阻(感光層)
顯影：
用強光透過「光罩」后照在晶圓上。這樣的話，除了「電路」該出現(xiàn)的部分，其余光阻的部分是不是都照到光了？
蝕刻：
把沒有光阻覆蓋的薄膜沖蝕
光阻去除：
把上面的光阻去除，留下的薄膜部分就是電路圖了！(這里假設電路圖就是「一長條」而已，實際情況當然較復雜啰！)
很簡單吧！當然，實際的過程沒那么簡單。實際的情形是光罩是由好幾十層構成的，而每層需要的材質(zhì)也不一樣。也就是說，薄膜那一層需用不同的材質(zhì)。譬如說，SiO2。
有趣吧！以上都只是前菜，在「半導體制程」單元會有更詳細的介紹喔！
(4)IC封測
IC制造廠商完成的IC大致如下圖：
晶圓完成品。圖片來源：中國科普博覽
這一片片的晶圓完成品就被送往IC封測廠，實行IC的封裝與測試。
封裝：
封裝的流程大致如下：切割→黏貼→焊接→模封。
先講一下觀念好了，來看個CPU吧！
CPU。圖片來源：tom's hardware
圖片中央的就是CPU。CPU很大一個，但仔細看，中間那個金屬部分才是CPU裸晶(又稱晶粒，即未封裝前的IC)的真正大小喔！其余的部分就是所謂的印刷電路板-PCB啰！
好！可以開始講IC封裝了！
切割：
第一步就是把IC制造公司送來的一片片晶圓切割成一顆顆長方形的IC啰！
黏貼：
把IC黏貼到PCB上
焊接：
故名思義，把IC的小接腳焊接到PCB上，這樣才和大PCB(如主機板)相容喔！
模封：
故名思義，就是把接腳模封起來。最近很hot的題材-BT樹脂，就是用在這里喔！
有感覺嗎？來看個圖就較清楚了：
IC成品。圖片來源：電子工程專輯
如圖，中間的是晶粒，往外接到PCB上。
這樣就大致完成啰！
2017-06-27 來源：OFweek電子工程網(wǎng)
