B体育半导体概念:半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。在应用上分为集成电路、分立器件、传感器和光电子。其中90%的半导体均是集成电路的应用。集成电路:( integrated circuit,简称IC ),微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)、晶片/芯片(chip);芯片由集成电路经过设计、制造、封装等一系列操作后形成,一般来说,集成电路更着重电路的设计和布局布线,而芯片更看重电路的集成、生产和封装这三大环节。平时“集成电路”和“芯片”两者常被当作同一概念使用;
芯片设计:芯片设计是行业的顶端,包含电路设计、版图设计和光罩制作,主要环节是电路设计,涉及多元知识结构。芯片设计门槛高。晶元生产:难度在光罩光刻环节,随着芯片越来越小(10nm),结构越来越复杂(60-80层刻蚀),刻蚀要求越来越高。高纯度硅晶片的提纯和切割同样依赖于工艺技术。芯片封装:芯片封装是对生产完毕的IC晶圆片进行切割和接线焊接以及装测,整体工艺和技术难度不高。芯片测试:是对成品芯片进行检测,属于质量控制环节
芯片设计1. 规格制定:在 IC 设计中,规格制定是最重要的步骤,规格制定分三个步骤。第一步:确定 IC 的目的、效能为何,对大方向做设定。第二步:察看需要何种协议,否则芯片将无法和市面上的产品相容。第三步:确立 IC 的实作方法,将不同功能分配成不同的单元B体育,并确立不同单元间连结的方法,如此便完成规格的制定。2. 硬体描述语言(HDL):使用硬体描述语言(HDL)将电路描写出来。常语言有 Verilog、VHDL 等,藉由程式码便可轻易地将一颗 IC 地功能表达出来。接着就是检查程式功能的正确性并持续修改直到期望功能完成。3. 模拟与逻辑合成:将确定无误的 HDL code,放入电子设计自动化工具(EDA tool),让电脑将 HDL code 转换成逻辑电路,产生图7的控制单元合成电路图。之后,反覆的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改,直到功能正确为止。4. 电路布局与绕线:合成完的程式码再放入另一套 EDA tool,进行电路布局与绕线(PlaceAnd Route)。在经过不断的检测后,便会形成图8的电路图。图中可以看到蓝、红、绿、黄等不同颜色,每种不同的颜色就代表着一张光罩。
PN结:PN结构成晶体管,形成单向电子运动构成半导体运行01逻辑。光刻工艺:集成电路的最小线宽取决于光刻设备的分辨率,它定义了半导体器件尺寸。光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。刻蚀工艺:将没有受光阻保护的硅晶圆,以离子束蚀刻。刻蚀工艺的提高在于不断缩小PN间的闸极;沉积工艺:包括化学沉积和物理沉积,形成多层的光刻和刻蚀立体结构,构成绝缘层或金属导电层;离子注入工艺:对硅基材料进行掺杂,形成P,N区,构成晶体管。抛光与测试:CMP工艺技术,通过将硅片表面突出部分减薄到一定高度来实现硅片表面的抛光处理光罩层增加,刻蚀成本递增:在45nm和40nm的时候,设计的时候需要用到40层光罩,而到了14nm和10nm,光罩的需求量则上升到60层,刻蚀成本越来越高。
一、传统封装-占用较大的体积双排直立式封装(Dual Inline Package,DIP):传统便宜的封装法。◼ 球格阵列封装(Ball Grid Array,BGA):适合需要较多接点的芯片,成本较高且连接的方法较复杂,用在高单价的产品上。二、便携式设备采用的封装技术-占用空间小SoC(System On Chip):在 IC 设计阶段时,将各个不同的 IC 放在一起制作成一张光罩,整合在一颗芯片中。体积小、功耗低,计算速度提高,但要求IC设计了解并整合各个功能的IC,SoC 的设计成本提高 。芯片距离接近也会影响各自信号传输,同时面临其他芯片专利及IP授权。SiP(System In Packet):它是购买各家的IC在封装流程封装在同一个IC中,无IP 授权这一步,大幅减少设计成本。应用:采用 SiP 技术的产品,如 AppleWatch。
集成电路分类与应用领域:技术复杂度和应用广度分类从技术复杂度和应用广度来看,集成电路主要可以分为高端通用和专用集成电路两大类。高端通用集成电路的技术复杂度高、标准统一、通用性强,具有量大面广的特征。它主要包括处理器、存储器,以及FPGA(现场可编程门阵列)、AD/DA(模数/数模转换)等。专用集成电路是针对特定系统需求设计的集成电路,通用性不强。每种专用集成电路都属于一类细分市场,例如,通信设备需要高频大容量数据交换芯片等专用芯片;汽车电子需要辅助驾驶系统芯片、视觉传感和图像处理芯片,以及未来的无人驾驶芯片等。产业链上的寡头分工
然后看下生产设备1、光刻机设备功能:在半导体基材上(硅片)表面匀胶,将掩模版上的图形转移光刻胶上,把器件或电路结构临时“复制”到硅片上。主要企业(品牌):国际:荷兰阿斯麦(ASML)公司、美国泛林半导体公司、日本尼康公司、日本Canon公司、美国ABM公司、德国德国SUSS公司、美国MYCRO公司。国内:中国电子科技集团第四十八所、中国电子科技集团第四十五所、上海机械厂B体育、成都南光实业股份有限公司。
2、ICP等离子体刻蚀系统设备功能:一种或多种气体原子或分子混合于反应腔室中,在外部能量作用下(如射频、微波等)形成等离子体,一方面等离子体中的活性基团与待刻蚀表面材料发生化学反应B体育,生成可挥发产物;另一方面等离子体中的离子在偏压的作用下被引导和加速,实现对待刻蚀表面进行定向的腐蚀和加速腐蚀。主要企业(品牌):国际:英国牛津仪器公司、美国Torr公司、美国Gatan公司、英国Quorum公司、美国利曼公司、美国Pelco公司。国内:北京仪器厂、北京七星华创电子有限公司、中国电子科技集团第四十八所、戈德尔等离子科技(香港)控股有限公司、中国科学院微电子研究所、北方微电子、北京东方中科集成科技股份有限公司、北京创世威纳科技。
3、反应离子刻蚀系统设备功能:平板电极间施加高频电压,产生数百微米厚的离子层,放入式样,离子高速撞击式样,实现化学反应刻蚀和物理撞击,实现半导体的加工成型。主要企业(品牌):国际:日本Evatech公司、美国NANOMASTER公司、新加坡REC公司、韩国JuSung公司、韩国TES公司。国内:北京仪器厂、北京七星华创电子有限公司、成都南光实业股份有限公司、中国电子科技集团第四十八所。
芯片生产设备4、离子注入机设备功能:对半导体表面附近区域进行掺杂。主要企业(品牌):国际:美国维利安半导体设备公司、美国CHA公司、美国AMAT公司、Varian半导体制造设备公司(被AMAT收购)。国内:北京仪器厂、中国电子科技集团第四十八所、成都南光实业股份有限公司、沈阳方基轻工机械有限公司、上海硅拓微电子有限公司。
5、单晶炉设备功能:熔融半导体材料,拉单晶,为后续半导体器件制造,提供单晶体的半导体晶坯。主要企业(品牌):国际:德国PVA TePla AG公司、日本Ferrotec公司、美国QUANTUM DESIGN公司、德国Gero公司、美国KAYEX公司。国内:北京京运通、七星华创、北京京仪世纪、河北晶龙阳光、西安理工晶科、常州华盛天龙、上海汉虹、西安华德、中国电子科技集团第四十八所、上海申和热磁、上虞晶盛、晋江耐特克、宁夏晶阳、常州江南、合肥科晶材料技术有限公司、沈阳科仪公司。
6、晶圆划片机该芯片生产设备功能:把晶圆,切割成小片的Die。主要企业(品牌):国际:日本DISCO公司、德国OEG公司。国内:中国电子科技集团第四十五所、北京科创源光电技术有限公司、沈阳仪器仪表工艺研究所、西北机器有限公司(原国营西北机械厂709厂)、汇盛电子电子机械设备公司、兰州兰新高科技产业股份有限公司、大族激光、深圳市红宝石激光设备有限公司、武汉三工、珠海莱联光电、珠海粤茂科技。
7、晶片减薄机设备功能:通过抛磨,把晶片厚度减薄。主要企业(品牌):国际:德国G&N公司、日本DISCO公司、日本OKAMOTO公司、以色列Camtek公司。国内:兰州兰新高科技产业股份有限公司、深圳方达研磨设备制造有限公司、深圳市金实力精密研磨机器制造有限公司、炜安达研磨设备有限公司、深圳市华年风科技有限公司。
8、气相外延炉气相外延炉设备功能:为气相外延生长提供特定的工艺环境,实现在单晶上,生长与单晶晶相具有对应关系的薄层晶体,为单晶沉底实现功能化做基础准备。气相外延即化学气相沉积的一种特殊工艺,其生长薄层的晶体结构是单晶衬底的延续,而且与衬底的晶向保持对应的关系。主要企业(品牌):国际:美国CVD Equipment公司、美国GT公司、法国Soitec公司、法国AS公司、美国Proto Flex公司、美国科特·莱思科(Kurt J.Lesker)公司、美国Applied Materials公司。国内:中国电子科技集团第四十八所、青岛赛瑞达、合肥科晶材料技术有限公司、北京金盛微纳B体育、济南力冠电子科技有限公司。
9、分子束外延系统此芯片生产设备功能:分子束外延系统,提供在沉底表面按特定生长薄膜的工艺设备;分子束外延工艺,是一种制备单晶薄膜的技术,它是在适当的衬底与合适的条件下,沿衬底材料晶轴方向逐层生长薄膜。主要企业(品牌):国际:美国Veeco公司、美国SVTAssociates公司、美国NBM公司、法国Riber公司、芬兰DCA Instruments公司、德国Omicron公司、德国MBE-Komponenten公司、英国Oxford Applied Research(OAR)公司。国内:沈阳中科仪器、北京汇德信科技有限公司、绍兴匡泰仪器设备有限公司、沈阳科友真空技术有限公司。
10、氧化炉(VDF)设备功能:提供要求的氧化氛围,实现半导体预期设计的氧化处理过程,为半导体材料进行氧化处理,是半导体加工过程的不可缺少的一个环节。主要企业(品牌):国际:英国Thermco公司、德国Centrotherm thermal solutions GmbH Co.KG公司。国内:青岛福润德、北京七星华创、中国电子科技集团第四十八所、青岛旭光仪表设备有限公司、中国电子科技集团第四十五所。
11、低压化学气相淀积系统设备名称:低压化学气相淀积系统设备功能:把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入LPCVD设备的反应室,在衬底表面发生化学反应生成薄膜。主要企业(品牌):国际:日本日立国际电气公司、国内:中国电子科技集团第四十八所、上海驰舰半导体科技有限公司、中国电子科技集团第四十五所、北京仪器厂、上海机械厂。
12、等离子体增强化学气相淀积系统设备功能:在沉积室利用辉光放电,使其电离后在衬底上进行化学反应,沉积半导体薄膜材料。主要企业(品牌):国际:日本Tokki公司、日本岛津公司、美国Proto Flex公司、美国泛林半导体(Lam Research)公司、荷兰ASM国际公司。国内:北京仪器厂、中国电子科技集团第四十五所、上海机械厂。
13、磁控溅射台芯片生产设备功能:通过二极溅射中一个平行于靶表面的封闭磁场,和靶表面上形成的正交电磁场,把二次电子束缚在靶表面特定区域,实现高离子密度和高能量的电离,把靶原子或分子高速率溅射沉积在基片上形成薄膜。主要企业(品牌):国际:美国Vaportech公司、美国AMAT公司、美国PVD公司、荷兰Hauzer公司、英国Teer公司、瑞士Platit公司、瑞士Balzers公司、德国Cemecon公司。国内:中国电子科技集团第四十八所B体育、北京仪器厂、沈阳中科仪器、成都南光实业股份有限公司、科睿设备有限公司、上海机械厂。
14、化学机械抛光机设备功能:通过机械研磨和化学液体溶解“腐蚀”的综合作用,对被研磨体(半导体)进行研磨抛光。主要企业(品牌):国际:美国Applied Materials公司、美国诺发系统公司、美国Rtec公司。国内:兰州兰新高科技产业股份有限公司、爱立特微电子。
15、引线键合机设备功能:把半导体芯片上的Pad与管脚上的Pad,用导电金属线(金丝)链接起来。主要企业(品牌):国际:德国TPT公司、美国奥泰公司、奥地利奥地利FK公司、马来西亚友尼森(UNISEM)公司。国内:中国电子科技集团第四十五所、北京创世杰科技发展有限公司、宇芯(成都)集成电路封装测试有限公司(马来西亚友尼森投资)、深圳市开玖自动化设备有限公司。
16、探针测试台改芯片生产设备功能:通过探针与半导体器件的pad接触,进行电学测试,检测半导体的性能指标是否符合设计性能要求。主要企业(品牌):国际:美国QA公司、美国MicroXact公司、德国Ingun公司、韩国Ecopia公司、韩国Leeno公司。国内:中国电子科技集团第四十五所、北京七星华创电子有限公司、瑞柯仪器、华荣集团、深圳市森美协尔科技。
从芯片的制程来看,几何工艺越来越到极限,依赖于刻蚀技术的不断突破,新材料也将临近突破的节点;制程工艺的不断提高,带来芯片的成本向中间归集,芯片设计将更加考虑制程工艺的受限因素;IC有着明显的经济周期,随着需求带动上游产能波动,人工智能领域发展将引领新一轮需求,从而带动智能芯片的发展;国内芯片产业十分落后,但是在设计、制造和封装方面形成完整产业链,IC设计有较大幅度发展,随着智能设备的不断普及,有望通过市场形成较为快速的追赶;商业格局上,价值链上游依然是欧美日等公司占据,并且形成巨大的垄断效应,依靠产业转移形成发展困难重重。