【解密台積電2】一文看懂半導體產業鏈- IC 製造、 IC 封測 - 股感

從IC 晶片製程，是把設計好的電路圖，轉移到半導體（Semiconductor）做成的晶圓（Wafer）上，經一連串程序後，在晶圓表面上形成積體電路（IC ... 【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 MCU概念股、產業簡介、市場現況與展望【產業評析】 投資   2 開職缺找「政治學博士」！台積電盤算什麼？4個面項分析 產業   3 看好半導體產業卻不懂技術？交給半導體ETF！ 產業   4 SkyworksSolutions(SWKS)-射頻前端巨頭 產業   5 台積電股利懶人包！台積電股利發多少？領取資格？台積電除權息日期！ 投資   6 中芯國際內鬥、高層大地震，影響可不止股價下跌那麼簡單 產業   7 蘋果觀察：2018年iPhone產品組合預測－真正的超級週期正在來臨 產業   8 為什麼說林本堅是台積電和半導體產業的無名英雄？ 商業   9 通訊時代的基石：穩懋（3105） 產業   10 導線架概念股、產業簡介、市場現況與展望【產業評析】 產業   11 蘋果突發表耳罩式AirPodsMax！要價18,490值不值得買？ 產業   12 Qualcomm（QCOM）美國電信專利制定商 產業   13 看ARM如何搶走x86市場後進者的逆襲 產業   14 行動穿戴裝置 產業   15 半導體元件HEMT的原理及應用 產業   16 一家公司客戶有波音、賓士，成為台灣工具機隱形冠軍 產業   17 全世界半導體都靠台灣？「台積電」接大廠訂單將面臨3大難題！ 投資   18 感測元件-矽創(8016)  產業   19 半導體設備巨人光刻設備龍頭ASML的關鍵優勢 產業   20 燃料電池（Fuelcell）跟一般電池哪裡不一樣？ 產業