半导体产业推动技术创新

虽然2019年全球半导体销售额为4120亿美元，略低于2018年的历史高点，但整个行业仍然强劲，美国公司占了近50%的市场份额。2019年，人工智能(AI)相关半导体市场营收为60亿美元，到2022年，营收将超过300亿美元，预计年增长率(CAGR)接近50%。

半导体:电子工业的核心

“半导体”是指用于教育、研究、通信、医疗、交通、能源和其他行业的数百万电子设备的关键组件。今天的个人电脑、智能手机、汽车、数据中心服务器和游戏机的核心计算和高级功能都依赖于半导体。

当我们操作鼠标、刷卡、在键盘上打字或对着电子设备说话时，我们希望我们的命令能得到即时而准确的响应。这款笔记本搭载了半导体中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)，具有将问题瞬间转化为答案的运算功能。

什么是半导体?

集成电路(ICs)是由硅等半导体材料制成的，是整个商业和消费工业中现代电子设备的基本组件。这些电路必须能够像电子控制的开/关开关(晶体管)一样在计算机中执行基本的逻辑操作。为了实现这种近乎瞬时的开关能力，电路由半导体材料构成，这种材料在导体和绝缘体之间具有电阻。半导体器件的制造过程需要在被称为晶圆代工厂或晶圆厂的专门设施中执行多个步骤。它需要多年的行业经验和研究来开发、设计、制造、发布和服务单一的半导体产品系列。

半导体公司必须在生命周期的不同阶段同时生产多个产品系列。今天的半导体制造工艺越来越成熟，从晶圆(基板+外延)→设计→制造→封装，已经衍生出标准化的生产工艺。

半导体生产是一个极其复杂的过程，生产周期长。半导体的生产时间会受到复杂程度的影响，但从初期研究到最终产品平均需要3 ~ 5年的时间。一旦产品发布，一些客户合同可能会要求供应商在一段时间内继续供应该产品。

什么是半导体材料?

半导体是一种导电率介于导体和绝缘体之间的材料。其中，“硅”是半导体的主流材料，约占全球半导体市场的90%。二次型半导体如砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)主要用于通信和传感相关产品，输出值和应用范围相对较小。半导体材料方面，由于原材料获取困难，加工困难，形成了寡头垄断市场。

什么是集成电路(IC)?

集成电路由许多微小的有源和无源元件组成。有源器件包括晶体管和二极管，而无源器件包括电容和电阻。芯片的表面覆盖着塑料外壳，以保护内部众多的集成电路，将多个芯片组合在一起，就可以制造出电子产品。

过去，用来连接电阻、电容、电感、晶体管、二极管等元件的电路是由铜线组成的。由于体积大，很难制造小型电子产品。集成电路的发展改变了电子技术的面貌，现在电路的尺寸更小，但更高的功率和安全性。

集成电路是通过在硅衬底中掺杂不同类型的材料来制造各种半导体元件。掺杂到硅中的材料可以控制电子在材料中的运动，形成所谓的“电晶体”。

集成电路的定义:

集成电路(IC)是由半导体材料和连接在芯片上的电路材料组成的小芯片。与由独立电路元件组成的标准电路相比，机身较小。最常用的集成电路是单晶集成电路。

集成电路设计:

1. 模拟集成电路:
   模拟设计方法用于集成电路的设计，着重于完美的功耗、放大和电阻，主要用于振荡器、滤波器和稳压器。
2. 数字集成电路:
   微处理器采用数字设计，使用二进制输入数据，使电路密度最大化。这确保了最大的整体效率，并且主要用于计算机内存(如RAM和ROM)。
3. 混合信号集成电路:
   混合设计结合了模拟和数字集成电路的原理。混合信号ic用于数模转换器、模数转换器(D/A和A/D转换器)以及时钟和计时器ic。

集成电路(IC)的结构:

集成电路(ICs)是由半导体组成的复杂结构，由铜和其他材料相互连接，形成电阻、晶体管和其他组件。这些材料的切割和形成的组合有时被称为晶圆片。芯片非常脆弱，各层之间的连接也相当复杂。由于集成电路芯片太小，无法焊接连接，所以需要将集成电路封装成我们熟悉的普通黑芯片。

集成电路的封装方式使其可以很容易地与应用产品连接。有许多不同类型的包装，每个独特的大小和安装风格。集成电路的每个引脚和功能都是独一无二的。独特的是，集成电路使用凹槽或点来表示第一个引脚，一旦第一个引脚被识别出来，其余的引脚就会沿逆时针方向依次增加。

集成电路(ICs)特性:

• 结构与封装:集成电路由电阻、二极管、晶体管和电容器组成，它们都连接有高导电性的连接器。连接器通常由高导电性材料制成，如黄金，以防止芯片过热。
• 集成电路尺寸:1平方毫米~ 200毫米以上。
• 集成电路的集成:集成电路可以用一个芯片集成许多不同的设备。单个集成电路芯片可以结合微处理器、存储器、端口等。

5G、增强和虚拟现实、物联网和自动驾驶的技术趋势，推动了对具有更高功能、内存和速度的更小设备的前所未有的需求。从制造和先进封装到组件包装和制造、设备支持和维护，行业致力于不断提高产品性能、工艺效率和良率，以创造更多的半导体应用。