新型半导体材料在工业方面的应用越来越多。新型半导体材料表现为其结构稳定,拥有卓越的电学特性,而且成本低廉,可被用于制造现代电子设备中广泛使用,半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等领域应用。
半导体芯片行业的三种运作模式有 IDM、Fabless 和 Foundry。
1、IDM(Integrated Device Manufacture)模式
主要的特点如下:集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身;早期多数集成电路企业采用的模式;目前仅有极少数企业能够维持。
主要的优势如下:设计、制造等环节协同优化,有助于充分发掘技术潜力;能有条件率先实验并推行新的半导体技术(如 FinFet)。
主要的劣势如下:公司规模庞大,管理成本较高;运营费用较高,资本回报率偏低。
这类企业主要有:三星、德州仪器(TI)。
2、Fabless(无工厂芯片供应商)模式
主要的特点如下: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。
主要的优势如下:资产较轻,初始投资规模小,创业难度相对较小;企业运行费用较低,转型相对灵活。
主要的劣势如下:与 IDM 相比无法与工艺协同优化,因此难以完成指标严苛的设计;与 Foundry 相比需要承担各种市场风险,一旦失误可能万劫不复。
这类企业主要有:海思、联发科(MTK)、博通(Broadcom)。
3、Foundry(代工厂)模式
主要的特点如下:只负责制造、封装或测试的其中一个环节;不负责芯片设计;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。
主要的优势如下:不承担由于市场调研不准、产品设计缺陷等决策风险。
主要的劣势如下:投资规模较大,维持生产线正常运作费用较高;需要持续投入维持工艺水平,一旦落后追赶难度较大。
这类企业主要有:SMIC(中芯国际)、UMC(联华电子)、Global Foundry(格罗方德半导体)。
半导体芯片产业链分上、中、下游主要是三个环节
1、IC设计指的是集成电路设计。什么手机、电脑、智能设备玩意儿运行逻辑都要在这个时候定好;
2、晶圆制造是啥意思呢?因为集成电路需要做到一个晶片上,晶片是从砂石里层层提炼出来的东西,中间有拉晶、切割的工艺,要用到熔炼炉、CVD设备、单晶炉和切片机这几样设备。
3、晶圆加工就是在上一步做好的晶圆基础上,把集成电路做到上面去主要包含镀膜、光刻、刻蚀、离子注入这些工艺。这也需要多项设备来实现。
4、封测就是封装+测试。目的是把上面做好的集成电路放到保护壳中,防止损坏、腐蚀。要用到切割减薄设备、引线机、键合机、分选测试机等设备。
晶圆(wafer)尺寸与芯片制程nm的关系
芯片的nm数越低越好,而晶圆的尺寸越大越高端
向日葵花盘就像芯片和晶圆:大的圆盘正如晶圆,里面的小方块就像芯片。在工艺上,半导体厂先制作出晶圆,再切割出芯片。晶圆的尺寸越大,能切割出的芯片数量越多,而且边角浪费相对较少。理论上来说,晶圆尺寸当然是越大越好。但是,更大尺寸的晶圆,要求更高端的生产工艺,设备也愈发昂贵;同时,良品率更加难以保证。
另一方面,芯片的nm值,即纳米单位。nm值定义的是源极和漏极之间的距离,使用nm值越小的制成工艺,同样体积的芯片上,可以嵌入的晶体管数量越多,性能也就越强大。