半导体供应链

什么是半导体行业?

在集成电路芯片的生产过程中，首先将设计好的电路图转移到半导体晶圆上。通过一系列程序，在晶圆表面形成集成电路(IC, integrated circuit)，然后将其切割成称为die的片。这些模具最后被包裹在一个保护壳中，形成最后的芯片。

半导体供应链的上、中、下游

• 上游:IC设计。制作IC设计图纸。
• 中游:集成电路制造。实际制造的集成电路就在设计图上。
• 下游:IC封装和测试。通过测试后，晶圆被切割成裸露的晶体，并添加外壳来封装芯片。

半导体产业上游:集成电路设计过程

芯片是用来处理信息的完整电路系统。在制造芯片之前，工程师必须首先根据需求规划芯片需要具备的功能，以及这些功能在芯片上的哪些区域分布。硬件描述语言(HDL)描述芯片的功能，并将其转换成程序代码。电子设计自动化(EDA)工具允许计算机将程序代码转换成电路图。

芯片按功能可分为4类:

1. 内存IC:用于存储数据。分为ic，在电源停止后继续或不继续保存存储的数据。
   • 易失性:断电后数据会消失，包括动态随机存取存储器(DRAM)。
   • 非易失性:断电后数据会继续存储，包括ROM和Flash。
2. 微元件IC:具有特殊数据处理功能的元件。
   • 微处理器单元(MPU):处理复杂的逻辑运算，如中央处理器(CPU);或微处理器，如指令集体系结构(ISA)。
   • 微控制器单元(MCU):相当于微型计算机，它集成了计算机的基本部件:CPU、内存和集成电路芯片上的输入输出接口(I/O)。又称单片机。
   • 数字信号处理器(DSP):处理和计算数字信号。
   • 微外设(MPR):支持MPU、MCU电路元件。用于加工计算机外围设备的芯片。
3. 逻辑IC:执行逻辑运算的IC。
   • 标准逻辑IC:执行与、或等基本逻辑运算，批量生产并销售IC标准产品给不同客户。
   • 专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit, ASIC):为特殊用途或单一客户量身定制的集成电路，具有定制化、差异化、小批量等特点，用于产业变化快、集成度要求高的市场。
4. 模拟集成电路:处理模拟信号的集成电路，主要用于电源管理、放大器和转换器。

在集成电路设计行业，工程师在设计集成电路时，除了集成电路设计本身外，还使用集成电路设计工具，这也是半导体供应链上游集成电路设计的一部分。

半导体产业中游:集成电路制造工艺

当IC设计完成后，就进入生产阶段，即IC制造。这一阶段是工业半导体供应链的中游环节。简而言之，IC制造意味着晶圆厂必须将设计好的电路图转移到半导体晶圆上。

IC制造工艺:将设计图转移到晶圆上的IC制造工艺大致分为6个阶段，依次为:晶圆、靶溅射、涂覆光刻胶、光掩膜光刻、蚀刻、去除光刻胶。

制造芯片的IC制造工厂在将电路转移到晶圆的过程中需要使用各种IC制造设备;在这个过程中也有一些重要的IC制造材料，如基本材料晶圆，在晶圆上溅射作为电路的金属薄膜靶，用于传递电路图的光罩，以及光刻胶等化学物质。这些集成电路制造设备和集成电路制造材料也是集成电路产业的一部分。

半导体产业下游:集成电路封装和测试工艺

当设计图上的电路放在晶圆上形成IC时，那么就需要对其进行测试和封装，即测试这些IC是否可以工作，然后将晶圆上的IC切割成一块die/ die。由于这些裸模非常脆弱，如果测试后IC可以使用，必须用外壳包裹起来保护。这个封装的Dai现在是最终完成的“芯片”。

封装包括将IC芯片封装到芯片中。需要有一个可以固定模具的载体。该组件负责携带模具，并允许模具连接到外部。有两种主要类型的载波:IC载波板和引线框架。模具放置在IC承载板或引线框架上后，由外壳保护。

IC封装测试厂家在进行芯片测试和芯片封装时，也会用到芯片测试设备和芯片封装设备。芯片封装可以使用各种芯片封装材料，如IC载板、引脚框架、焊料球、金线，以及封装胶、封装壳等成型材料。

半导体产业的发展

5G、高性能计算、物联网等新兴技术应用的爆炸式增长，加上对汽车电子产品的强劲需求，推动了晶圆代工产能的持续上升。机械设备产业得益于半导体和5g相关产业。此外，疫情也加快了厂商安装自动化设备的步伐。通用生产机械及零部件、直线滑块、电子及半导体设备及零部件、金属机械手工具的生产能力有所增加，以满足全球对芯片及相关半导体产品的强劲需求。