半导体圈那些事儿

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半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用,如二极管就是采用半导体制作的器件。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种。下面来介绍一些关于半导体圈的小知识。
 
1、半导体产业,设计和制造哪个难度大?
制造难度更大些。
 
●现在兼顾设计和制造的公司比较少;
 
●只做设计公司很多,一般成为fabless,拥有电脑、软件和设计工程师就可以完成设计,输出设计后交由光罩厂、晶圆流片代工厂、封测厂生产器件。
 
●只做制造的成为fab厂,门坎较高,一条8英寸晶圆流片生产线总投资可达10亿美元;且制造对工艺水平、化学用品管控、洁净程度要求很高。
 
●关于设计和制造的盈利,设计公司出了一版设计,花一大笔钱去流片,器件卖得好才能盈利,否则一次流片就能让一个设计公司倒闭;fab厂只要有订单,设备在运转,就保证不亏本。
 
2、半导体的封装测试是什么?
 
●半导体生产流程由晶圆制造、晶圆测试、芯片封装和封装后测试组成。半导体封装测试是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。
 
●封装过程为:来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后,被切割为小的晶片(Die),然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板(引线框架)架的小岛上,再利用超细的金属(金、锡、铜、铝)导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘(Bond Pad)连接到基板的相应引脚(Lead),并构成所要求的电路;然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护,塑封之后,还要进行一系列操作,如后固化(Post Mold Cure)、切筋和成型(Trim&Form)、电镀(PlaTIng)以及打印等工艺。封装完成后进行成品测试,通常经过入检(Incoming)、测试(Test)和包装(Packing)等工序,最后入库出货。典型的封装工艺流程为:划片→装片→ 键合→ 塑封→ 去飞边→ 电镀 →打印→ 切筋→成型→ 外观检查→ 成品测试→ 包装出货。
 
●半导体器件有许多封装形式,按封装的外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、表面贴装型和高级封装三类。从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP,技术指标一代比一代先进。总体说来,半导体封装经历了三次重大革新:第一次是在上世纪80年代从引脚插入式封装到表面贴片封装,它极大地提高了印刷电路板上的组装密度;第二次是在上世纪90年代球型矩阵封装的出现,满足了市场对高引脚的需求,改善了半导体器件的性能;芯片级封装、系统封装等是现在第三次革新的产物,其目的就是将封装面积减到最小。
 
●半导体封装形式:金属封装、陶瓷封装、金属+陶瓷封装、塑料封装(最主要的封装形式)
 
3、半导体分类及性能
●元素半导体。元素半导体是指单一元素构成的半导体,其中对硅、硒的研究比较早。它是由相同元素组成的具有半导体特性的固体材料,容易受到微量杂质和外界条件的影响而发生变化。目前, 只有硅、锗性能好,运用的比较广,硒在电子照明和光电领域中应用。硅在半导体工业中运用的多,这主要受到二氧化硅的影响,能够在器件制作上形成掩膜,能够提高半导体器件的稳定性,利于自动化工业生产。
 
●无机合成物半导体。无机合成物主要是通过单一元素构成半导体材料,当然也有多种元素构成的半导体材料,主要的半导体性质有I族与V、VI、VII族;II族与IV、V、VI、VII族;III族与V、VI族;IV族与IV、VI族;V族与VI族;VI族与VI族的结合化合物,但受到元素的特性和制作方式的影响,不是所有的化合物都能够符合半导体材料的要求。这一半导体主要运用到高速器件中,InP制造的晶体管的速度比其他材料都高,主要运用到光电集成电路、抗核辐射器件中。 对于导电率高的材料,主要用于LED等方面。
 
●有机合成物半导体。有机化合物是指含分子中含有碳键的化合物,把有机化合物和碳键垂直,叠加的方式能够形成导带,通过化学的添加,能够让其进入到能带,这样可以发生电导率,从而形成有机化合物半导体。这一半导体和以往的半导体相比,具有成本低、溶解性好、材料轻加工容易的特点。可以通过控制分子的方式来控制导电性能,应用的范围比较广,主要用于有机薄膜、有机照明等方面。
 
●非晶态半导体。它又被叫做无定形半导体或玻璃半导体,属于半导电性的一类材料。非晶半导体和其他非晶材料一样,都是短程有序、长程无序结构。它主要是通过改变原子相对位置,改变原有的周期性排列,形成非晶硅。晶态和非晶态主要区别于原子排列是否具有长程序。非晶态半导体的性能控制难,随着技术的发明,非晶态半导体开始使用。这一制作工序简单,主要用于工程类,在光吸收方面有很好的效果,主要运用到太阳能电池和液晶显示屏中。
 
●本征半导体:不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下,半导体的价带是满带,受到热激发后,价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带,空带中存在电子后成为导带,价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位,称为空穴。空穴导电并不是实际运动,而是一种等效。电子导电时等电量的空穴会沿其反方向运动。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。
 
4、什么是半导体IP?
主要是指的关于半导体的专利技术以及非专利的专有技术。
 
●IP核是具有知识产权的、功能具体、接口规范的可以在多个集成电路中重复使用的功能模块,是实现系统芯片的基本构件。你可以简单理解为设计完善的功能模块。(而这里的【设计】是根据完善程度有不同的形式,可分为三类:软核、固核、硬核)
 
●软核:理解为【程序代码】,是用硬件描述语言实现对功能模块进行描述(比如用VHDL编写的一个触发器,是文本形式),不包含任何物理实现信息。(软核特点是对用户来讲可移植性强、设计周期短、成本低。缺点是物理实现性能不定不全面,产权保护不佳)
 
●固核:除了实现功能模块的程序代码之外,还包括门级电路综合和时序仿真等设计环节,一般是以门级电路网表的形式提供给用户。固核可以理解为是不仅包括软核程序代码,还包括【程序员模块设计意图与硬件物理实现之间的规则】。
 
●硬核:基于物理描述,并且已经通过工艺验证可行的,性能有保证。是以电路物理结构掩模版图和全套工艺文件的形式提供给用户(芯片生产厂家)的。
 
5、数字集成电路有哪些类别?
●按电路结构可分为 TTL 和 CMOS 两大系列,以及将TTL 与 CMOS 集成在一起的 BiCMOS 芯片。
 
●按集成度可分为小规模集成(SSI)电路、中规模集成(MSI)电路、大规模集成(LSI)电路、超大规模集成(VLSI)电路、特大规模集成(ULSI)电路和极大规模集成电路(GLSI)。
 
●按功能分类有:门电路、触发器、存储器、单片机等专用集成电路,数量很多,无法逐一罗列。
 
6、集成电路产业链利润分布如何?
集成电路产业链分为IC设计、芯片制造、封装、EDA,设备,材料,代理商等。
●IC设计: 利润率最高,风险也大,欧美公司一般毛利在50%~80%,国内公司也要35%~60%;
 
●芯片制造:需要很多设备,初期投资大,利润中等,一般健康的毛利在30%~50%,风险可控;
 
●封装:相对门槛较低,竞争激烈,利润率最低,一般毛利在20%~40%,做成品牌也有附加值,风险最低,现金流周转快。
 
●EDA(工具软件):软件毛利率99.99%,不过要花大量市场、研发经费,目前市场基本被Synopsys,Cadence,Mentor这3家垄断市场,净利润率也不低,和设计公司一个水平。其中前不久,Mentor被西门子以45亿美元收购。
 
●设备材料就不细说了,基本是朱门酒肉臭路有冻死骨,有技术壁垒的过的都不差,新进的玩家追赶的很辛苦。
 
●代理商明面上的利润率一般5~10%之间,一旦发生呆滞库存,很容易一次陪进去一年甚至几年的利润,所以现在兼并整合趋势非常明显,大代理商才有谈判的能力,从芯片原厂拿到更好地条件,同时呢,不少代理商也有供应链金融服务,融资能力强的代理商借助利率差也能带来不错利润。
 
7、半导体集成电路和半导体芯片有什么关系和不同?
●半导体集成电路:将晶体管,二极管等等有源元件和电阻器,电容器等无源元件,按照一定的电路互联,“集成”在一块半导体单晶片上,从而完成特定的电路或者系统功能。
 
●半导体芯片:在半导体片材上进行浸蚀,布线,制成的能实现某种功能的半导体器件。不只是硅芯片,常见的还包括砷化镓(砷化镓有毒,所以一些劣质电路板不要好奇分解它),锗等半导体材料。
 
●集成电路(integrated circuit):一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比(基于锗(Ge)的集成电路)和罗伯特·诺伊思(基于硅(Si)的集成电路)。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。 
 
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