【解密台積電2】一文看懂半導體產業鏈- IC 封測 - StockFeel 股感

從IC 晶片製程，是把設計好的電路圖，轉移到半導體（Semiconductor）做成 ... 設計服務公司」沒有屬於自己的晶片產品，也沒有晶圓廠，只為IC 設計公司 ... 【解密台積電2】一文看懂半導體產業鏈：IC設計、IC製造、IC封測 作者 SidLiu 收藏文章 很開心您喜歡股感知識庫的文章， 追蹤此作者獲得第一手的好文吧！ SidLiu 字體放大 分享至Line 分享至Facebook 分享至Twitter 複製文章連結 已複製文章連結 積體電路 【解密台積電2】一文看懂半導體產業鏈：IC設計、IC製造、IC封測 2021年5月3日 作者 Sid小邪 文章來源 股感知識庫   展開 在上一篇《【解密台積電1】台積電如何成為半導體之王？2方向一探究竟！》中，我們跟你提到了半導體產業的重要性，以及發展階段。

那麼接下來，我們要教你看懂半導體產業鏈。

要看懂半導體產業鏈，首先你一定要認識IC晶片的生產過程，就讓股感帶你先快速了解一下「IC晶片」的生產過程吧！ IC晶片的生產過程，簡單來說就是把設計好的電路圖，轉移到半導體（Semiconductor）做成的晶圓（Wafer）上，經過一連串的程序後，在晶圓表面上形成積體電路（IC，IntegratedCircuit），再切割成一片一片的裸晶/晶粒（Die），最後把這些裸晶／晶粒用外殼包起來保護好，形成最終的晶片（Chip）。

半導體產業的上、中、下游 也就是說，一個IC晶片從無到有，大概就依序分為下面3個階段，而這3個階段，就是所謂半導體產業的上、中、下游： 「設計圖」 把電路弄到「晶圓」上形成IC 切成「裸晶」再包起來變成「晶片」。

半導體產業的上游、中游、下游分別都在做什麼事呢？ 產業層級 項目 說明 上游 IC設計 製作IC設計圖 中游 IC製造 把設計圖上的積體電路，實際製造出來 下游 IC封測 把晶圓切割成裸晶，測試沒問題就加上外殼封裝成晶片 整理：股感知識庫 半導體上游：IC設計製程 「晶片」是用來處理資訊的完整電路系統，在製造晶片之前，總得先知道要製造什麼晶片吧？因此工程師必須根據需求，先規劃好晶片需要具備的功能，以及這些功能要分佈在晶片上的哪些區域，再使用「硬體描述語言」(HDL，HardwareDescriptionLanguage）把晶片功能描寫成程式碼，接著經由「電子設計自動化」（EDA，ElectronicDesignAutomation）工具，讓電腦把程式碼轉換成電路圖。

晶片依據功能的不同，可以分成4大類： 記憶體IC（MemoryIC）：用來儲存資料。

依據停止供電後，資料是否能繼續儲存。

微元件IC（MicroComponentIC）：具有特殊資料處理功能的元件。

邏輯IC（LogicIC）：進行邏輯運算的IC。

類比IC（AnalogIC）：處理類比訊號的IC。

而上述4大類別中，又可以細分出其他子類，請先參考下圖，我們等等會一項項為你說明。

股感小科普：IC分類 記憶體IC (MemoryIC) 記憶體IC是用來儲存資料的，而依據停止供電後，資料是否能繼續儲存，可分為2大類： 揮發性（Volatile）：斷電後資料會消失，如：動態隨機記憶體（DRAM，DynamicRandomAccessMemory）、靜態隨機記憶體（SRAM，StaticRandomAccessMemory）。

非揮發性（Non-Volatile）：斷電後資料會繼續儲存，如：唯讀記憶體（ROM，ReadyOnlyMemory）、快閃記憶體（Flash）。

微元件IC (MicroComponentIC) 微元件IC是具有特殊資料處理功能的元件，可分為4大類： 微處理器（MPU，MicroProcessorUnit）：處理複雜的邏輯運算，像是：中央處理器（CPU，CentralProcessingUnit）、圖形處理器（GPU，GraphicsProcessingUnit）。

微處理器部分，根據「指令集架構」（ISA，InstructionSetArchitecture），又可分為複雜指令集運算（CISC，ComplexInstructionSetComputing）如Intelx86；精簡指令集運算（RISC，ReducedInstructionSetComputing）如ARM。

微控制器（MCU，MicroControllerUnit）：相當於一台微電腦，將電腦的基本組成：CPU、記憶體、輸入輸出介面(I/O)，整合在一塊IC晶片上。

又稱作「單晶片」/「單晶片微電腦」（Single-ChipMicrocomputer）。

數位訊號處理器（DSP，DigitalSignalProcessor）：處理和運算「數位訊號」（DigitalSignal）。

由於電腦只能處理數位訊號，所以為了讓電腦能處理像是聲音、電磁波…等等自然界的「類比訊號」（AnalogSignal），需要把設備接收到的類比訊號，以「類比/數位轉換器」（ADC）轉換成數位訊號，經由DSP處理和運算之後，再透過「數位/類比轉換器」（DAC）把處理好的數位訊號轉換為類比訊號輸出，例如：音效卡。

微周邊（MPR，MicroPeripheral）：支援MUP、MCU的電路元件，用來處理電腦周邊設備的晶片，如：鍵盤控制、語音輸出入、印表機。

邏輯IC (LogicIC) 邏輯IC為進行邏輯運算的IC，可分為2類： 標準邏輯IC（StandardLogicIC）：進行基本邏輯運算，如：AND、OR、NOT…等，大量製造並販售給不同客戶的IC標準產品。

特殊應用IC（ASIC，ApplicationSpecificIntegratedCircuit）針對特殊用途或單一客戶量身定做的IC，具客製化、差異化、少量化的特性，應用於產業變動快、整合需求高的市場，例如：挖礦晶片。

而特殊應用IC依客製化程度，又可分為： 全客製化IC（Full-CustomIC）：全部從零開始，完全依應用需求重新設計。

半客製化IC（Semi-CustomIC）：購買或使用已經設計好的現成IC，整合起來組成完整的電路設計。

類比IC (AnalogIC) 類比IC是處理類比訊號的IC，主要用在：電源管理（PowerManagement）、放大器（Amplifier）、轉換器（Converter）；「轉換器」如前面DSP提到的像是：「數位/類比訊號轉換器」（DAC，DigitaltoAnalogConverter）和「類比/數位訊號轉換器」（ADC，AnalogtoDigitalConverter）。

資料整理：股感知識庫 半導體上游：IC設計產業鏈 既然有各種不同功能類型的晶片，這些晶片的設計KnowHow當然也不會相同，因此「IC設計公司」也根據設計的IC產品類別不同，分為：記憶體IC、微元件IC、邏輯IC、類比IC這4大類，如上表的股感小科普所述。

而就像唱片一樣，有價值的不是唱片本身，而是唱片中的歌曲如何做出的KnowHow，也就是「智慧財產權」（IntellectualProperty）；IC設計也是如此，有價值的不是電路設計圖，而是設計圖背後的KnowHow，由於半導體的主流成分是「矽」（Silicon），所以IC設計的智慧財產權，稱為「矽智財」（SIP，SiliconIntellectualProperty）。

「IC設計公司」（DesignHouse）的營運重心，主要包含2大部分：晶片的「電路設計」與「晶片銷售」。

也就是把晶片設計好後，找代工廠把晶片製造出來，再拿去賣 IC設計公司的營運2大重心 1 晶片的電路設計 2 晶片銷售 整理：股感知識庫 這整個流程如果每個環節都自己來，是很費時費力的，所以有些IC設計廠商，只把完整的「功能單元」（FunctionUnit）或「區塊」（Block）設計好，而不把晶片做出來，以授權的方式販賣給他人使用，使用者只要支付「授權費」（LicenseFee）就可以使用這些設計圖。

也就是只賣設計圖或指令架構、不販售自己的晶片，稱為「矽智財（SIP）供應商」，例如：ARM。

另外，有些IC設計廠商，也會把設計的某些環節外包給「IC設計服務公司」（ICDesignService）。

「IC設計服務公司」與「IC設計公司」最大的不同，就在於「IC設計服務公司」沒有屬於自己的晶片產品，也沒有晶圓廠，只為IC設計公司提供部分流程的代工服務，解決晶片設計開發時遇到的問題，也就是IC設計的外包公司，又稱為「沒有晶片的公司」（Chipless）。

而「IC設計服務公司」的營收來源，主要包含3塊： 矽智財（SIP）出售：將所開發完成的IP技術，授權或出售給需要的IC設計公司；而專門販賣矽智財的就是「矽智財供應商」。

委外設計（NRE，Non-RecurringEngineering）：接受客戶外包的設計IC服務。

統包（Turn-Key）：IC設計完成後進入生產階段，如果客戶不擅長與代工廠往來，就由IC設計服務公司代為處理生產製造的業務。

除此之外，IC設計產業中，工程師在設計IC時，除了IC設計本身，還會使用到像是EDA這樣的「IC設計工具」，也是半導體產業鏈上游IC設計的一環。

半導體中游：IC製造製程 前面，我們已經跟你介紹了IC的種類，以及設計上的製程，接著來看看實際「製造」時的製程吧！當IC設計完成後，就要進入生產階段，也就是IC製造，這個階段正是產業半導體產業鏈的中游段。

而IC製造簡單來說，就是「晶圓代工廠」要「把設計好的電路圖，實際轉移到半導體晶圓上」。

那IC製造流程怎麼走？首先，把設計圖轉移到晶圓上的IC製造過程大致分成6個階段，依序為：晶圓、靶材濺鍍、塗佈光阻、光罩微影、蝕刻、去除光阻，如下表。

IC製造過程6階段 階段序 1 2 3 4 5 6 項目 晶圓 靶材濺鍍 塗佈光阻 光罩微影 蝕刻 去除光阻 整理：股感知識庫 既然是要把電路圖弄到晶圓上，首先當然要有「晶圓」，如果自己沒有生產晶圓，生產晶片的「晶圓代工廠」，就要先跟生產晶圓的「晶圓廠」拿到「晶圓」；而電路設計圖我們已經知道是從IC設計公司那邊拿來。

拿到晶圓後，要先在晶圓表面鍍上一層金屬薄膜，那層薄膜的材料就稱為「靶材」（Target），而這層薄膜最終會形成電路。

至於要怎麼把電路設計圖弄到晶圓上？我們看到的晶片都超小一個，但電路設計圖很大一張，所以要透過光學原理，利用「光罩」和「紫外光」把電路縮小、轉印到晶圓上。

什麼意思？就是先把電路設計圖，以電子束刻在石英片上，做成「光罩」。

然後像照片一樣，在濺鍍好薄膜的晶圓表面上，再塗上一層稱為「光阻」的感光層，接著透過「紫外光」和「凸透鏡」把光罩上的電路圖縮小、轉印到晶圓表面的光阻上。

紫外光照射的過程中，沒有被光罩擋住的地方，紫外光會照射到光阻上，把光阻破壞，除去這些被破壞的光阻後，透過蝕刻，把沒有受光阻保護的金屬薄膜清除掉，剩下來的金屬薄膜就是設計圖上的電路了，這樣一來就已經把電路圖弄到晶圓上，最後再把留下來的金屬薄膜上方的光阻去除。

半導體中游：IC製造產業鏈 從4大類IC類別：記憶體IC、微元件IC、邏輯IC、類比IC中，可以發現，微元件IC、邏輯IC、類比IC這3類主要功能在於資料處理和運算，而記憶體IC主要功能則在於資料儲存。

因此，生產晶片的IC製造廠一般又分為2大宗：「晶圓代工」和「記憶體製造」。

而且應該不難想像，製造晶片的IC製造廠，在把電路轉印到晶圓的過程中，會需要用到各式各樣的「IC製造設備」；製程中還有一些重要的「IC製造材料」，像是：基本材料「晶圓」、濺鍍在晶圓上作為電路的金屬薄膜「靶材」、轉印電路圖用的「光罩」，以及光阻等「化學品」。

這些「IC製造設備」和「「IC製造材料」」也都是中游-IC產業中的一環。

半導體下游：IC封測製程 當成功把設計圖上的電路，弄到晶圓上形成IC後，接著就是要「測試」和「封裝」。

也就是要測試這些IC能不能用，然後把晶圓上的IC切下來變成一片一片的裸晶/晶粒，因為這些裸晶很脆弱，如果IC經過測試後是能用的，就要用外殼把它包起來保護好，也就是封裝，成為最終的成品「晶片」。

股感小科普：晶片的封裝方式 既然「封裝」是把IC「裸晶」包起來變成「晶片」，就要有一個能把「裸晶」固定在上面的載體，總不能讓IC在保護殼裡面晃來晃去吧？以及這個「裸晶」被包起來後，如果完全封死，那要怎麼使用？所以還要留有能對外連接的管道。

而這個負責乘載裸晶，及讓裸晶能對外連接的元件，主要分2種：「IC載板」和「導線架」（LeadFrame）。

裸晶安置在IC載板或導線架上後，再用一個外殼保護起來。

這些封裝好的「晶片」在使用的時候，就要再連接到印刷電路板（PCB，PrintedCircuitBoard）上。

這樣一來就可以想像，「封裝」是把「裸晶」放在「IC載版」或「導線架」上後，包成「晶片」，而「晶片」使用時又會再連接到「PCB」。

那麼IC的連接就分成2段：「IC&IC載版」的連接、「IC載版&PCB」的連接。

整理：股感知識庫 IC的封裝方式非常多，而且不斷在進步，這邊僅介紹基本的幾種類型。

「IC&IC載版」的連接 IC&IC載版的連接有「打線封裝」和「覆晶封裝」： 「打線封裝」（WB，WireBond）：透過「金線」把IC上的連接點跟IC載版或導線架連接起來。

如果是以導線架封裝，晶片內部的IC便是藉由導線架，從內部直接連接到外部的PCB上。

「覆晶封裝」（FC，FlipChip）：在IC的連接點上接合「錫球凸塊」（SolderBump），再把IC翻覆，讓IC上的凸塊與IC載版連接起來。

「IC載版&PCB」的連接 IC載版&PCB的連接，基本有BGA、PGA、LGA： 「球型陣列封裝」（BGA，BallGridArray）：以IC基板上的錫球凸塊與PCB連接。

「針型陣列封裝」（PGA，PinGridArray）：以IC基板上的針狀插腳與PCB連接。

「平面陣列封裝（LGA，LandGridArray）：以IC基板上以金屬平面觸點與PCB連接。

半導體下游：IC封測產業鏈 當然，IC封測廠商在進行「晶片測試」和「晶片封裝」時，也會用到「晶片測試設備」和「晶片封裝設備」，以及封裝時還會用到各種「晶片封裝材料」，像是：IC載版、導線架、錫球、金線，以及封裝膠、封裝外殼等模封材料。

IC產業商業模式：IDM、Foundry、Fabless、DesignService 而整個半導體IC產業鏈，主要就分成：上游-IC設計、中游-IC製造、下游-IC封測。

而根據半導體公司的營運範圍，大致可分成3種商業模式：IDM、Foundry、Fabless，下面簡單為你介紹。

整合元件製造商（IDM，IntegratedDeviceManufacturer） 就是上、中、下游全都自己做，從IC設計、製造、封裝、測試到銷售全部一手包辦的半導體公司。

像是：英特爾（Intel）、德州儀器（TexasInstruments）、三星（Samsung）。

早期的半導體公司多半是IDM廠商，但隨著IC晶片的設計和製作越來越複雜，要單獨從上游到下游全包的難度與費用也越來越高。

因此1980年代末期，半導體產業逐漸轉向專業分工模式，有些公司專門做設計，然後交由其他公司製造和封裝測試。

晶圓代工/封測廠（Foundry/AssemblyandTest） 「有工廠」的半導體公司，只負責製造、封裝、測試的部分環節，不負責晶片設計，可以同時為多家設計公司提供服務。

像是：晶圓代工–台積電、聯電、格羅方德（GlobalFoundries）；封裝測試–日月光、矽品。

無廠半導體公司（Fabless） 「沒有工廠」的IC設計公司，只負責晶片的電路設計和銷售，將生產、測試、封裝等環節外包。

像是：聯發科、高通（Qualcomm）、博通（Broadcom）。

另外，前面有提到過，有些公司除了「沒有工廠」（Fabless），也「沒有自己的晶片產品」（Chipless），也就是IC設計服務公司。

股感小科普：IC設計服務公司（ICDesignService） 不設計和銷售自己的晶片，而是為IC設計公司提供工具、電路設計架構、完整功能單元、設計外包服務…等。

營收來自於販賣矽智財（SIP）、委外設計服務（NRE）、統包（Turn-Key）。

整理：股感知識庫 半導體產業鏈，你瞭解了嗎？ 透過這篇文章，一口氣簡要地認識了半導體產業鏈的：上游-IC設計、中游-IC製造、下游-IC封測，以及半導體產業的商業模式：IDM、Foundry、Fabless、DesignService。

不知道現在，你是不是對台灣最重要的半導體產業輪廓，開始有了初步的了解了呢？ 接著，我們將進一步帶你認識護國神山的主要業務「晶圓代工」，請有興趣完整認識台積電的你接著閱讀>>【解密台積電3】什麼是晶圓代工？為什麼需要認識它？ 【延伸閱讀】 【解密台積電1】台積電如何成為半導體之王？2方向一探究竟！ 【解密台積電4】台積電在半導體產業的優勢是？投資上需要注意？   週餘   篇 註冊/登入會員 免費註冊 136817   分享文章 分享至Line 分享至Facebook 分享至Twitter 複製文章連結 收藏 已收藏 很開心您喜歡股感知識庫的文章， 追蹤此作者獲得第一手的好文吧！ SidLiu 分享至Line 分享至Facebook 分享至Twitter 複製文章連結 追蹤股感 @stockfeel 詼諧輕鬆看時事 股感，來自生活 影像中的股感 每日知識發送 地圖推薦   推薦您和本文相關的多維知識內容 什麼是地圖推薦？ 推薦您和本文相關的多維知識內容   1 微軟和臉書鋪了條超長的海底光纜這背後是一門什麼生意？ 產業   2 SoC介紹了解系統單晶片（SystemonaChip）的優點與挑戰 產業   3 砷化鎵微波元件HBT的結構與工作原理 產業   4 PaaS平台即服務 產業   5 為什麼說林本堅是台積電和半導體產業的無名英雄？ 商業   6 整合創新─1+1要大於2 商業   7 砷化鎵概念股、產業簡介、市場現況與展望【產業評析】 產業   8 PCB概念股、印刷電路板產業簡介、市場現況與展望【產業評析】 產業   9 工業機器手臂時代的到來 產業   10 以賈伯斯女兒為名的電腦-Lisa 產業   11 2奈米可能在「這個時候」生產，蘋果會當第一個客戶嗎？ 產業   12 台積電掃貨EUV光刻機，三星為什麼落後了？ 產業   13 電池的原理與分類 產業   14 3D感測技術：什麼是飛時測距（ToF：TimeofFlight） 商業   15 第三代半導體概念股、產業簡介、市場現況與展望【產業評析】 產業   16 雲端鷹眼通5大功能 產業   17 半導體產業 產業   18 主機板介紹：了解Motherboard的結構與組成 產業   19 玻璃，一切都是玻璃，蘋果新專利展示的未來 產業   20 ABF載板概念股、產業簡介、市場現況與展望【產業評析】 產業