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IC产业介绍，IC 芯片设计/IDM都是些什么鬼？
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摘要: 本文为大家做个小概览，让读者能够完全理解
IC 芯片产业会用到的专业名词和产业链关系。
　　我敢保证，这将会是你最容易看懂的IC 芯片产业介绍之一。IC产业介绍，IC 芯片设计/IDM都是些什么？ 图1　　到底 IC 芯片是怎么被设计出来的呀？况且制造完，后又是谁要负责卖这些&IC 芯片呢？换个说法，这或许也该解读成、那到底是谁委托晶圆代工厂代工做这些&IC 芯片呢？听说… Intel 的经营模式属于 IDM 厂商、高通和发哥叫 Fabless，而他们两种模式都会卖 IC 芯片？！ 但台积电不卖芯片？！ 这些 IC 产业新闻一天到晚出现的专业术语到底是什么意思呢？　　藉由理解这几家厂商不同的定位与利基点，我们将能进一步了然这些厂商彼此间的竞合策略。　　本文为大家做个小概览，让读者能够完全理解&&IC 芯片产业会用到的专业名词和产业链关系。　　什么是&IC 芯片&？IC产业介绍，IC 芯片设计/IDM都是些什么？ 图2　　&IC 芯片的中文叫「集成电路」，在电子学中是把电路（包括半导体装置、组件）小型化、并制造在半导体晶圆表面上。所以半导体只是制作&IC 芯片的原料。　　也就是说，台湾媒体常称的半导体产业链，正确一点来说应该叫&IC 芯片产业链，包括「&IC 芯片设计」、「&IC 芯片制造」、「&IC 芯片封装」。　　因为在&IC 芯片设计和封装的环节，都不会碰到半导体啊！重点是那颗&IC 芯片！　　&IC 芯片设计的厂商包括发哥 （MTK）、联咏、高通，也就是PTT乡民常称的猪屎屋 （Design House）。IC产业介绍，IC 芯片设计/IDM都是些什么？ 图3　　&IC 芯片制造有台积电、三星、Intel；封装则有日月光和硅品等厂商。IC产业介绍，IC 芯片设计/IDM都是些什么？ 图4IC产业介绍，IC 芯片设计/IDM都是些什么？ 图5　　什么是&IC 芯片设计厂？　　芯片根据功能有很多种类，比如计算机的 CPU、手机的 CPU 等等。就连电子手表、家电、游戏机、汽车… 等电子产品中也有自己的 CPU芯片。　　可以说 IC 芯片是当仁不让的数字时代基石啊！　　等等，你说你不清楚什么是 CPU？CPU （CentralProcessing Unit） 又称中央处理器、处理器，是驱动整台计算机运作的中心枢纽，就像是计算机的大脑；若没有CPU，计算机就无法使用。　　我们平常看到的计算机或手机只是「屏幕」，实际上真正运行的是 CPU 。它会执行完计算机的指令、以及处理计算机软件中的数据后、再输出到屏幕上面显示出来。（手机就是一台小计算机）　　IC 芯片设计公司的营运重心，包括了&IC 芯片的「电路设计」与「芯片销售」的部分。比如高通设计完&IC 芯片电路、命名为「Snapdragon」后，再交由三星代工晶圆制造、再交由日月光代工封装&IC 芯片与测试。　　待成品完工后，再送回高通进行产品销售，和小米或三星等手机厂商洽谈新一代的手机机种、有哪些要使用Snapdragon 芯片。　　最后身为消费者，就会看到小米推出红米 Note 4X手机，搭载了高通 Snapdragon 625 芯片、或三星的 S8 搭载了 Snapdragon 835 芯片了。IC产业介绍，IC 芯片设计/IDM都是些什么？ 图6　　台湾的IC 芯片设计的厂商包括了联发科 （MTK， 发哥）、威盛、矽统。联发科专门设计手机的通讯IC 芯片，威盛、矽统则专攻计算机IC 芯片组市场。　　这些IC 芯片设计厂商由于没有自己的晶圆厂，也被称为Fabless、或无厂半导体公司。这究竟是什么意思呢？　　早期，半导体公司多是从IC 芯片设计、制造、封装、测试到销售都一手包办的整合组件制造商（Integrated Device Manufacturer， 俗称 IDM）。IDM 厂包含了如英特尔 （Intel）、德州仪器 （TI）、摩托罗拉（Motorola）、三星 （Samsung）、飞利浦（Philips）、东芝 （Toshiba），以及国内的华邦、旺宏。然而，由于摩尔定律的关系，半导体IC 芯片的设计和制作越来越复杂、花费越来越高，单独一家半导体公司往往无法负担从上游到下游的高额研发与制作费用。　　因此到了1980年代末期，半导体产业逐渐走向专业分工的模式──有些公司专门设计、再交由其他公司做晶圆代工和封装测试。其中的重要里程碑，莫过于 1987 年台积电 （TSMC） 的成立。　　由于一家公司只做IC 芯片设计，制程交给其他公司，容易令人担心机密外泄的问题 （比如若高通和联发科两家彼此竞争的IC 芯片设计厂商若同时请台积电晶圆代工，等于台积电知道了两家的秘密），故一开始台积电并不被市场看好。　　然而，台积电本身没有出售IC 芯片、纯粹做晶圆代工，更能替各家IC 芯片商设立特殊的生产线，并严格保有客户隐私，成功证明了专做晶圆代工是有利可图的。　　因此，我们可以根据上面提到的历史渊源与产业发展，将现有的IC 芯片半导体产业链的厂商分成几种主要的模式：　　<font color="#． IDM （整合组件制造商） 模式　　（1） 领导厂商　　Intel、德州仪器 （TI）、三星　　（2） 特点　　集IC 芯片设计、制造、封装、测试、销售等多个产业链环节于一身。　　早期多数芯片公司采用的模式。　　需要雄厚的运营资本才能支撑此营运模式，故目前仅有极少数的企业能维持。比如：三星虽有自己的晶圆厂、能制造自己设计的IC 芯片，然而因建厂和维护产线的成本太高，故同时也为 Apple 的iPhone、iPad 的处理器提供代工服务。　　近日Intel 由于自身出产的行动处理器销售不佳，也有转向晶圆代工厂的趋势。　　（3） 优势　　能在设计、制造等环节达到最佳优化，充分发挥技术极限。比如你就会看到 Intel 常常技术领先。能有条件率先实验并推行新型的半导体技术。Intel 独排众议采用 Gate－Last 技术、鳍式场效晶体管 （FinFET），后才引起其他厂商争相复制。　　<font color="#． FOUNDRY （代工厂） 模式　　（1） 领导厂商　　台积电（TSMC）、联电、日月光、矽品　　（2） 特点　　只负责制造、封装或测试的其中一个环节。不负责IC 芯片设计。可以同时为多家设计公司提供服务，但受制于公司间的竞争关系。比如产线若没做到完全的独立性，则有相当风险会外漏客户的机密。　　（3） 优势　　不承担商品销售、或电路设计缺陷的市场风险。IC 芯片设计商才是做品牌营销、卖芯片产品的。做代工，获利相对稳定。　　（4） 劣势　　仰赖实体资产，投资规模甚巨、维持产线运作的费用高。　　台积电对于 10 奈米级的投资金额约达台币 7，000 亿元，对 3奈米 5奈米等级的投资金额亦已达5，000 亿元、后续尚在增加中。可见得想做晶圆代工，没有一定资本额玩不起。　　进入门坎高。除了制程上的技术突破不稀奇，良率才是关键的 Know－how。　　晶圆代工与 IC 设计的电路有关、不同的客户有不同的电路结构，相当复杂。中国的中芯半导体做晶圆代工十几年，良率还是不高、问题多多。一般能将良率维持在八成左右已经是非常困难的事情了，台积电与联电的制程良率可以达到九成五以上，可见台湾晶圆代工的技术水平。需要持续投入资本维持工艺水平，一旦落后、则追赶难度相当大。想想联电当初是如何因为技术投入方向错误和厂房大火，才输台积电的。台积电和 Intel 现在在砸大钱力拼奈米制程、生怕输给对方也是因为如此。　　<font color="#． FABLESS （无厂IC设计商） 模式　　（1） 领导厂商　　高通（Qualcomm）、联发科（MTK）、博通（Broadcom）　　（2） 特点　　只负责芯片的电路设计与销售。将生产、测试、封装等环节外包。　　（3） 优势　　无庞大实体资产，创始的投资规模小、进入门坎相对低，以中小企业为主。台湾的IC 设计厂商共约 250 家、其中有上市柜的公司约 80 家，数量众多。中国当地小型IC设计厂超过800间。企业运行费用低，转型灵活。　　（4） 劣势　　与IDM 企业相比，较无法做到完善的上下游工艺整合、较高难度的领先设计。代工厂会将制作完成的芯片送回IC 芯片设计公司、继续进行测试与分析。　　若与预期不符，则IC 芯片设计公司得再修改电路设计图，接着修改光罩图形、制作新的光罩与芯片，再送回来测试。如此反复进行至少三次以上，才能量产上市。　　有鉴于晶圆代工厂和 IC 设计公司两者须相当密切的合作，两者间有强烈的产业群聚效应。　　与Foundry 相比，需要进行品牌塑造、市场调研，并承担市场销售的风险。一旦失误可能万劫不复。　　联发科原先的主力市场为中国的中低阶白牌手机厂。虽在2016年推出高阶芯片 Helio X25 力图转型，然而却几无客户采用。　　原有的市场又被高通推出的中低阶IC 芯片&Snapdragon 625／626 抢市，价格战打得相当辛苦。　　联发科的去年 （2016） 获利仅240．31亿元，创近四年来的最低数字。今年三月，联发科了延揽「擅长数字管理」的前中华电信董事长蔡力行担任共同执行长，准备实行开支撙节和裁员（Cost Down）。　　但你以为IC 芯片设计公司只要直接设计出IC 芯片&就行了吗？当然，他们会需要一些工具、与协作厂商的辅助。现在的IC 芯片开发，可能是由分布在全球的一百多人团队、合作至少六个月，最后写下共约数百万行的Spec。这么庞大的工程，一定会有其他的辅助厂商或工具商。但这又有谁呢？包括了：　　（1） 「矽智财提供商」─ ARM：　　纯出售知识产权（IP），又称硅智财（SIP），包括了电路设计架构、或已验证好的芯片功能单元。比如希望IC 芯片上能有一个浮点运算功能时，可以不用自己花时间从头开发、向硅智财公司购买一个已经写好的功能即可。　　（2） 「EDA工具厂商」─ CADENCE与新思科技：　　IC 设计工程师会先利用程序代码规划芯片功能；而 EDA 工具能让程序代码再转成实际的电路图。　　（3） 「设计服务公司」─智原科技、巨有科技、创意电子、芯原微电子：　　又称为「没有芯片的公司」 （Chipless），没有晶圆厂、也没有自己芯片产品；为 IC 设计公司提供部分流程的代工服务。许多人数不足的小型 IC 设计厂商会将设计的某些环节委外，使得人力与成本的调整弹性也较高。　　所以这又衍生出了第四种服务模式。　　<font color="#． DESIGN SERVICE （芯片设计服务提供商） 模式　　（1） 领导厂商　　ARM、Imagination、Synopsys （新思科技）、Cadence　　（2） 特点　　不设计和销售芯片。为芯片设计公司提供相应的工具、完整功能单元、电路设计架构与咨询服务。由于没有实体产品、而是贩卖知识产权「设计图」，又称硅智财（SIP）。　　（3） 优势　　无庞大实体资产。公司规模较小、资金需求不高，但对于技术的要求非常高。不必负担产品销售的市场风险。　　（4） 劣势　　市场规模较小且容易形成垄断，后进者难以打入。目前全球的 CPU 架构，以 Intel 的 X86 架构和 ARM 的 ARM 架构为两大要角。前者多用于 PC 和服务器上，后者则几乎垄断了所有的行动通讯芯片、市占率高达 95％ 的智能型手机。后续的IC 设计和制程的部分都必须根据该 CPU 架构量身打造。既然整个产业链是围绕在这个架构上去制造芯片，则易形成垄断。技术门坎较高、累积技术的时间较长。根据上面的介绍后，我们已经大致上对 IC 从最上游的设计、到最下游的消费者贩卖的整个产业链流程，有一个全盘的掌握了！　　为大家简单画个示意图：IC产业介绍，IC 芯片设计/IDM都是些什么？ 图7　　有了这样的产业链认知后，就可以了解到各厂商间的竞合策略为什么这么制定，并藉此来讨论一些有意思的产业消息啦！（可以把上面提过的信息一一代入来进行分析，并搭配之前的晶圆代工战争系列的知识并用）　　举个例子好了，比如说 Intel 现在的处境。　　本来是自己设计、制造、销售，一手包办上中下游所有流程，同时几乎垄断处理器市场的 Intel ，由于在 PC 往行动装置的转型速度甚缓，导致现在的行动处理器市场几乎被「ARM＋高通」、也就是「ARM的电路架构加上高通设计的Snapdragon系列芯片」的模式垄断。　　晶圆代工厂的斥资和实体厂房庞大，为了不让原先庞大的产线与产能闲置，现在的 Intel 正在积极抢攻 ARM&IC 芯片的晶圆代工业务、与台积电抢攻 10 奈米制程。　　对于代工厂来说，需要持续投入资本维持工艺水平。若能即早上市，则代表当时的市场尚无竞争者、可在一时之间垄断市场。待竞争对手上市后、再用降价的方式逼迫对手出局，同时发布更新一代的技术。　　故若代工厂的技术一旦落后、后续要追赶上竞争者的难度会相当大。当初台积电和联电之所以拉开差距，便是如此情形。　　因此 Intel 和台积电可以说是磨拳霍霍；尤其 Intel 还有IC 芯片销售等业务，但台积电的本业是完全地仰赖代工，可知此时正是危急存亡之秋。　　目前台积电预定今年第二季发布 10 奈米制程、英特尔则要等到今年第四季。然而目前外界仍看好 Intel 的技术更甚台积电一筹。　　由于 IDM 厂能从上游设计到下游制造的过程中紧密协同合作，使其能在设计、制造等环节达到最佳优化，充分发挥技术极限。也能提早测试并推行最新型的技术。　　因此你可以看到 Intel 常常技术领先，包括了当初的Gate－Last 战争。知名科技网站 VentureBeat 便指称， 根据晶体管的数量和密度看来，Intel的 10 奈米技术是超越台积电的。　　大家原先都老老实实的用统一标准命名，直到 FinFET 制程上的命名惯例被三星打破，厂商们开始灌水营销。　　事实上，三星的 14 奈米和台积电的 16 奈米在 Intel 的标准之下，都只有在Intel 20 奈米制程而已…　　看起来好像 Intel 胜券在握？不过事实上，技术在市场上并不是唯一的竞争考虑。　　台积电之所以能成功，是因为保密方案做的很到家──高通和联发科假若同时都交给台积电代工，台积电会开独立产线、让两方的设计信息在生产过程中隔开来，让客户不用担心其商业机密被盗取。　　Intel 贩卖自己的处理器，和高通等同样是贩卖自己的处理器的IC 芯片设计大厂，彼此间存在的是相互竞争的关系。因此对于高通来说，就算制程技术有差、找台积电代工的风险仍小于找 Intel。　　鹿死谁手，尚未可知。且让我们静静观战吧。
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《芯片制造》是日电子工业出版社出版的图书，作者是（美国）赞特。本书介绍了半导体工艺的制作制程、诞生、发展、半导体材料和化学品的性质等方面阐述。
芯片制造内容简介
《芯片制造:半导体工艺制程实用教程(第5版)》是一部介绍半导体集成电路和器件技术的专业书籍。其英文版在半导体领域享有很高的声誉，被列为业界最畅销的书籍之一，第五版的出版就是最好的证明。《芯片制造:半导体工艺制程实用教程(第5版)》的范围包括半导体工艺的每个阶段，从原材料制备到封装、测试以及传统和现代工艺。每章包含有习题和复习总结，并辅以丰富的术语表。《芯片制造:半导体工艺制程实用教程(第5版)》主要特点是简洁明了，避开了复杂的数学理论，非常便于读者理解。《芯片制造:半导体工艺制程实用教程(第5版)》与时俱进地加入了半导体业界的最新成果，可使读者了解工艺技术发展的最新趋势。《芯片制造:半导体工艺制程实用教程(第5版)》可作为高等院校电子科学与技术专业和职业技术培训的教材，也可作为半导体专业人员的参考书。[1]
芯片制造作者简介
作者：（美国）赞特（PeterVanZant）译者：韩郑生赵树武
芯片制造目录
第1章 半导体工业
1．1 一个工业的诞生
1．2 固态时代
1．3 集成电路
1．4 工艺和产品趋势
1．5 特征图形尺寸的减小
1．6 芯片和晶圆尺寸的增大
1．7 缺陷密度的减小
1．8 内部连线水平的提高
1．9 SIA的发展方向
1．10 芯片成本
1．11 半导体工业的发展
1．12 半导体工业的构成
1．13 生产阶段
1．14 结型晶体管
1．15 工业发展的50年
1．16 纳米时代
第2章 半导体材料和化学品的性质
2．1 原子结构
2．2 元素周期表
2．3 电传导
2．4 绝缘体和电容器
2．5 本征半导体
2．6 掺杂半导体
2．7 电子和空穴传导
2．8 载流子迁移率
2．9 半导体产品材料
2．10 半导体化合物
2．11 锗化硅
2．12 衬底工程
2．13 铁电材料
2．14 金刚石半导体
2．15 工艺化学品
2．16 物质的状态
2．17 等离子体
2．18 物质的性质
2．19 压力和真空
2．20 酸，碱和溶剂
2．21 材料安全数据表
第3章 晶体生长与硅晶圆制备
3．2 半导体硅制备
3．3 晶体材料
3．4 晶体定向
3．5 晶体生长
3．6 晶体和晶圆质量
3．7 晶圆准备
3．9 晶圆刻号
3．10 磨片
3．11 化学机械抛光(CMP)
3．12 背面处理
3．13 双面抛光
3．14 边缘倒角和抛光
3．15 晶圆评估
3．16 氧化
3．17 包装
3．18 工程化晶圆(衬底)
第4章 晶圆制造概述
4．1 晶圆生产的目标
4．2 晶圆术语
4．3 晶圆生产的基础工艺
4．4 电路设计
4．5 光刻母版和掩模版
4．6 晶圆制造实例
4．7 芯片术语
4．8 晶圆中测
4．9 集成电路的封装
4．10 小结
第5章 污染控制
5．3 污染源
5．4 洁净室的建设
5．5 洁净室的物质与供给
5．6 洁净室的维护
5．7 芯片表面清洗
第6章 生产能力和工艺良品率
6．1 良品率测量点
6．2 累积晶圆生产良品率
6．3 晶圆生产良品率的制约因素
6．4 晶圆电测良品率要素
6．5 封装和最终测试良品率
6．6 整体工艺良品率
第7章 氧化
7．1 二氧化硅层的用途
7．2 热氧化机制
7．3 热氧化方法
7．4 水平管式反应炉
7．5 立式反应炉
7．6 快速升温反应炉
7．7 快速热处理(RTP)
7．8 高压氧化
7．9 氧化工艺的自动化
7．10 氧化前晶圆的清洗
7．11 氧化工艺
7．12 氧化后评估
第8章 基本图形化工艺流程——从表面准备到曝光
8．2 光刻蚀工艺概述
8．3 光刻10步法
8．4 基本的光刻胶化学
8．5 光刻胶性能的要素
8．6 正胶和负胶的比较
8．7 光刻胶的物理属性
8．8 光刻工艺
8．9 表面准备
8．10 涂光刻胶(旋转式)
8．11 软烘焙
8．12 对准和曝光
8．13 先进的光刻
第9章 基本图形化工艺流程——从显影到最终检验
9．2 硬烘焙
9．3 集成图形工艺
9．5 湿法刻蚀
9．6 干法刻蚀
9．7 光刻胶的去除
9．8 最终目检
9．9 掩模版制作
9．10 小结
第10章 高级光刻工艺
10．1 VLSI/ULSI集成电路图形处理过程中存在的问题
10．2 其他曝光问题
10．3 掩模版贴膜
10．4 晶圆表面问题
10．5 防反射涂层
10．6 平坦化
10．7 高级光刻胶工艺
10．8 CMP小结
10．9 改进刻蚀工艺
10．10 自对准结构
10．11 刻蚀轮廓控制
第11章 掺杂
第12章 薄膜淀积
第13章 金属化
第14章 工艺和器件评估
第15章 晶圆加工中的商务因素
第16章 形成器件和集成电路的介绍
第17章 集成电路的介绍
第18章 封装
．豆瓣读书&#91;引用日期&#93;
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