半导体产业从上游到下游，都在做什么？

半导体产业链，包括三个步骤：设计、制造、封装与测试。以此作为划分依据，最上游的是IC设计公司与硅晶圆制造公司、中游是IC制造公司、下游是IC封测厂实施封装与测试。今天就给大家介绍一下，半导体产业上下游，都在做什么。

一、硅晶圆制造

硅晶圆制造，是半导体产业最烧钱的部分。据说，如果是台积电7纳米的一条产线，要投入100亿美元左右，下面看看为什么这么贵。

晶圆是指拥有集成电路的硅晶片，因为其形状是圆的，故称为晶圆。步骤包括：

1.脱氧提纯

沙子、石英经过脱氧提纯以后的得到含硅量25％的二氧化硅。氧化硅经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并蒸馏后，得到纯度高达99%以上的晶体硅。晶体硅的纯度要求非常高，这也是造出晶圆昂贵的原因。

2.制造晶棒

晶体硅经过高温成型，采用旋转拉伸的方法做成圆形的晶棒。

3.晶片分片

将晶棒横向切成厚度基本一致的晶圆片，Wafer。

4.Wafer抛光

进行晶圆外观的打磨抛光。

5.Wafer镀膜

通过高温，或者其他方式，使晶圆上产生一层二氧化硅。二氧化硅为绝缘材料，但有杂质和特殊处理的二氧化硅有一定的导电性。这里二氧化硅的作用是为了光的传导。就像用二氧化硅做光导纤维一个道理。这是为了后面光刻。

6.上光刻胶

光刻胶和以前照相的胶片一个道理。Wafer上光刻胶，要求薄而平整。

7.光刻（极紫光刻EVO）

将设计好的晶圆电路掩模，放置于光刻的紫外线下，下面再放置Wafer。在光刻的瞬间，在Wafer被光刻的部分的光刻胶融化，被刻上了电路图。去除光刻胶，光刻胶上的图案要与掩模上的图案一致。再次光刻。一个晶圆的电路要经过多次光刻。随着极紫光刻新技术出现，晶圆的光刻变得更精确，也更有效率了，甚至可以一次完成全部光刻了。

8.离子注射

在真空的环境下经过离子注射，将光刻的晶圆电路里注入导电材料。一般在一次光刻后就离子注射。二次光刻后，再离子注射。但一次全部光刻，就可以直接进行离子注射了。

9.电镀

基本上晶圆完成了，接下来要在晶圆上电镀一层硫酸铜。铜离子会从正极走向负极。

10.抛光

打磨抛光Wafer表面，整个Wafer就已经制造成功了。

11.晶圆切片

将Wafer切成，单个晶圆Die。

12.测试

测试主要分三类：功能测试、性能测试、抗老化测试。具体有如:接触测试、功耗测试、输入漏电测试、输出电平测试、动态参数测试、 模拟信号参数测试等等。有坏的晶圆就报废，此为黑片；有一些测试没过，但不影响使用的分为白片，可以流出；而全部通过测试的为正片。

13.包装入盒

先给Wafer覆膜，再将其插入黑盒子中。

14.发往封测

Die经过封测，就成了我们电子数码产品上的芯片。

晶圆的制造在半导体领域，科技含量相当的高，技术工艺要求非常高。而我们国半导体事业起步较晚，在晶圆的制造上还处于建设发展阶段。现在我国主要做的是晶圆的封测。

二、IC设计

前面提到硅晶圆制造，投入的是石英砂，产出的是硅晶圆。IC设计的投入则是人们超强的脑力，产出则是电路图，最后制成光罩送往IC制造公司。

简单来讲，IC设计可分成几个步骤，依序为：规格制定 → 逻辑设计 → 电路布局 → 布局后模拟 → 光罩制作。

1、规格制定

品牌厂或白牌厂(没有品牌的品牌厂)的工程师和IC设计工程师接触，并开出他们需要的IC的规格给IC设计工程师 (譬如说，第一个脚位和第二个脚位相加要等于第九个脚位)。

2、逻辑设计

在软件的帮助下，工程师们终于完成了逻辑设计图了，来看一下：

控制器逻辑图

所谓的「逻辑」设计图，就是指它是由简单的逻辑元件构成。什么是逻辑元件呢？像是AND Gate(故名思意，两个输入都是1的话，输出才是1，否则输出就是0)，OR Gate(两个输入只要有一个输入是1，输出就是1)等。

3、电路布局

基本上，就是利用软件的帮助，把友善的逻辑设计图，转化成恶心的电路图。如图：

电路图

大家应该很熟悉吧！里面大部分都是二极体和电晶体！

4、布局后模拟

就是再经由软件测试看看，结果是不是和当初「规格制定」是一样的结果。

5、光罩制作

电路完成后，再把电路制作成一片片的光罩，完成后的光罩即送往IC制造公司。来看一下光罩长什么样子吧！

光罩

 三、IC制造

IC制造的流程较复杂，但其实IC制造就只做一件事而已：把光罩上的电路图转移到晶圆上。

IC制造的步骤是这样子的：薄膜→光阻→显影→蚀刻→光阻去除，然后不断的循环数十次。我们来看一下示意图

IC制程

1、薄膜

镀上金属(实际上不一定是金属)

2、光阻

在晶圆上涂上一层光阻(感光层)

3、显影

用强光透过「光罩」后照在晶圆上。这样的话，除了「电路」该出现的部分，其余光阻的部分是不是都照到光了？

4、蚀刻

把没有光阻覆盖的薄膜冲蚀

5、光阻去除

把上面的光阻去除，留下的薄膜部分就是电路图了！

四、IC封装

IC制造厂商完成的IC大致如下图：

晶圆完成品

这一片片的晶圆完成品就被送往IC封测厂，实行IC的封装与测试。封装的流程大致如下：切割→黏贴→焊接→模封。

先讲一下观念好了，来看个CPU吧！

CPU

图片中央的就是CPU。CPU很大一个，但仔细看，中间那个金属部分才是CPU裸晶(又称晶粒，即未封装前的IC)的真正大小！其余的部分就是所谓的印刷电路板-PCB！

好！可以开始讲IC封装了！

1、切割

第一步就是把IC制造公司送来的一片片晶圆切割成一颗颗长方形的IC！

2、黏贴

把IC黏贴到PCB上

3、焊接

故名思义，把IC的小接脚焊接到PCB上，这样才和大PCB(如主机板)相容！

4、模封

就是把接脚模封起来。

有感觉吗？来看个图就较清楚了：

IC成品

如图，中间的是晶粒，往外接到PCB上。

目前，中国芯片需求量占全球50%（有些应用的芯片，占70-80%）以上，而国产品牌芯片只能自供8%左右。由于技术壁垒比较高，甚至国家战略层面的航空航天、军工等领域也依赖于进口芯片，一时间也难以赶超国际巨头。

虽然任重道远，但行业内普遍认为成功概率很大。毕竟，在国家的大力支持下，也涌现很多具有实力的IC厂商，如中科院的寒武纪芯片、华为的麒麟芯片，技术含量已经达到国际先进水平。