半导体产业推动技术创新

尽管2019年全球半导体销售额为4120亿美元，略低于2018年的历史最高水平，但整体行业仍然强劲，美国公司占据了近50%的市场份额。人工智能(AI)相关半导体市场在2019年的收入为60亿美元，到2022年将超过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以百万计的电子设备的关键部件。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、打字或对着电子设备说话时，我们期望我们的命令能得到迅速而准确的回应。这款笔记本电脑的半导体中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)实现了将问题立即转化为答案的计算功能。

什么是半导体?

集成电路(ic)由硅等半导体材料制成，是整个商业和消费行业中现代电子设备的基本部件。这些电路必须能够作为电子控制的开/关开关(晶体管)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，这种材料的电阻介于导体和绝缘体之间。半导体器件的制造过程需要在称为晶圆代工厂或晶圆厂的专门设施中执行多个步骤。开发、设计、制造、发布和服务单一半导体产品系列需要多年的行业经验和研究。

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(衬底+外延)→设计→制造→封装，已经衍生出一套标准化的生产工艺。

半导体生产是一个极其复杂的过程，交货时间长。半导体的生产时间可能会受到复杂程度的影响，但从最初的研究到成品平均需要3到5年的时间。一旦产品发布，一些客户合同可能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?

半导体是导电性介于导体和绝缘体之间的材料。其中，“硅”是主流半导体材料，约占全球半导体市场的90%。砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)等二级半导体主要用于通信和传感相关产品，其产值和应用范围相对较小。在半导体材料方面，由于原材料难以获取，加工困难，形成了寡头垄断的市场。

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。有源元件包括晶体管和二极管，无源元件包括电容器和电阻器。芯片表面覆盖一层塑料外壳，以保护内部的众多集成电路，通过将多个芯片组合在一起，就可以制造出电子产品。

过去，用来连接电阻器、电容器、电感、晶体管、二极管等元件的电路都是由铜线组成的。由于体积庞大，制造小型电器产品很困难。集成电路的发展改变了电子技术的面貌，现在电路的尺寸要小得多，但功率和安全性却更高。

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的。掺杂到硅中的材料控制电子通过材料的运动，形成所谓的“电晶体”。

集成电路的定义:

集成电路(IC)是由半导体材料制成的小芯片和连接到芯片上的电路材料。与由独立电路元件组成的标准电路相比，主体很小。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:
   采用模拟设计方法设计集成电路，注重完美的功耗、放大和电阻，多用于振荡器、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，从而最大限度地提高了电路密度。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)以及时钟和定时器ic。

集成电路(IC)的结构:

集成电路(ic)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、晶体管和其他元件。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，层与层之间的连接也相当复杂。由于集成电路芯片太小，无法通过焊接连接，所以集成电路需要封装成我们熟悉的常见黑色芯片。

集成电路的封装方式可以很容易地连接到其应用产品上。有许多不同类型的包装，每个都有独特的尺寸和安装风格。IC中的每个引脚和功能都是唯一的。唯一的是，ic使用缺口或点来表示第一个引脚，一旦确定了第一个引脚，其余的引脚就会以逆时针的方式依次增加。

集成电路(ic)特性:

• 结构和封装:集成电路由电阻、二极管、晶体管和电容器组成，它们都用高导电性的连接器连接起来。连接器通常由黄金等高导电性材料制成，以防止芯片过热。
• 集成电路的尺寸:集成电路的尺寸从1平方毫米到200毫米以上不等。
• 集成电路的集成:一个集成电路可以用一个芯片结合许多不同的设备。单个集成电路芯片可以结合微处理器、存储器、端口等。

5G、增强现实和虚拟现实、物联网和自动驾驶等技术趋势正在推动对具有更高功能、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封装和制造，设备支持和维护，该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。