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半导体行业及应用介绍
时间: 2020-07-15 23:59
半导体是信息技术产业的核心以及支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业,其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一

半导体是信息技术产业的核心以及支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业,其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一。

半导体产品主要应用于计算机、家用电器、数码电子、电气、通信、交通、医疗、航空航天等诸多领域。近年来,半导体应用领域随着科技进步不断延展,5G、物联网、人工智能、智能驾驶、云计算和大数据、机器人和无人机等新兴领域蓬勃发展,为半导体产业带来新的机遇。

半导体产业起步于上世纪 50 年代,在 80 年代前后逐步形成市场规模。1947年贝尔实验室采用锗材料研制出了第一只点接触三极管,奠定了微电子工业的基础,以晶体管的发明为标志,表明半导体产业正式诞生。60 年代中期,美国仙童半导体公司将硅表面的氧化层做成绝缘薄膜,发展出扩散、掩膜、照相和光刻于一体的平面处理技术,自此实现了半导体的规模化生产。20 世纪 70 年代,“摩尔定律”得到行业认可和推崇,半导体相关产品性能也得到了快速发展。

随着技术迅速提升,资本的快速投入,半导体行业发展较快,逐渐形成了完善的产业链。但由于半导体行业具有生产技术工序多、技术更新换代快、投资风险大等特点,叠加下游消费市场的不断兴起,半导体产业链从集成化到垂直化分工越来越明确,历史上经历过三次空间上的产业转移。

第一阶段(1950s-1970s),半导体行业起源于美国。1950 年美国仙童半导体公司首次将集成电路技术商用,表明半导体行业正式在市场应用,伴随着诞生出 IBM、TI、Intel、AMD 等公司。全球半导体产业的最初形态为垂直整合的运营模式,即企业内设有半导体产业所有的制造部门,各个部门仅用于满足企业自身产品生产的需求。

第二阶段(1970s-1980s),日本半导体产值超过美国,占全球比重超过 50%,半导体产业实现第一次转移。半导体产业转变为 IDM 模式或系统厂商模式,即负责从设计、制造到封装测试所有的流程或满足其他系统厂商的需求。

第三阶段(1980s-2000s),半导体产业进行第二次转移,韩国、中国台湾占领细分产业。随着 PC 兴起,半导体产业从美国转向日本后又开始转向了韩国,孕育出三星电子等厂商。同时,台湾积体电路公司成立后,开启了晶圆代工(Foundry)模式,解决了要想设计芯片必须巨额投资晶圆制造产线的问题,拉开了垂直代工的序幕。

第四阶段(2010s 至今),半导体产业进行第三次转移,我国开始重视半导体产业发展,陆续出台了诸多相关支持政策,由需求带动销售,增速逐渐超过全球。另外,传统 IDM 厂商英特尔、三星电子等纷纷加入晶圆代工行列,设计(Fabless)、制造(Foundry)、封测(OSAT)三大行业发展成熟。

分立器件是指具有单独功能的电子元件,主要功能为实现各类电子设备的整流、稳压、开关、混频、放大等,具有广泛的应用范围和不可替代性。

分立器件行业是半导体产业的基础及核心领域之一,具有应用领域广阔、高成品率、特殊器件不可替代等特性,具体包括二极管、三极管、场效应管等。

分立器件被广泛应用于家用电器、信息通信、电源、电声等诸多领域。从市场需求看,分立器件受益于物联网、可穿戴设备、智能家居、健康护理、安防电子、新能源汽车、智能电网、5G 通信射频等市场的发展,具有较大的发展前景;从分立器件原材料看,随着氮化镓和碳化硅等第三代半导体材料的应用,半导体分立器件市场逐步向高端应用市场推进。

集成电路是指将一定数量的常用电子元件,如电阻、电容、晶体管等,以及这些元件之间的连线,通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。

集成电路极大地缩小了电子线路的体积,在现实应用中发挥着非常重要的作用,是现代信息社会的基石。

从功能、结构角度主要分为数字集成电路、模拟集成电路与数/模混合集成电路三类,其中:数字集成电路主要与数字信号的产生、放大和处理有关,数字信号即在时间和幅度上离散变化的信号;模拟集成电路主要与模拟信号的产生、放大和处理有关,模拟信号即幅度随时间连续变化的信号,包括一切的感知,如图像、声音、触感、温度、湿度等;数/模混合集成电路是指输入模拟或数字信号,输出为数字或模拟信号的集成电路。

集成电路具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、性能好、成本低等优点,便于大规模生产,在物联网、可穿戴设备、智能家居、健康护理、安防电子、新能源汽车、智能电网、5G 通信射频等领域应用较广。

半导体设计是指在一块较小的单晶硅片上使用一定的布线方法完成电子电路设计的过程。集成电路设计是半导体设计领域重要组成部分,集中体现了半导体设计领域的先进水平。

集成电路设计是指在硅片上集成许多晶体管及电阻、电容等元器件,并按照多层布线或遂道布线的方法,将元器件组合电路的过程。在集成电路设计过程中,

首先需要规格制定、完成硬件语言描述;其次在仿真的基础上完成逻辑合成和电路模拟;最后在完成电路布局布线以及电路监测的基础上,送至代工厂完成生产。

半导体制造是指依据半导体设计图进行晶圆制造及芯片生产的过程。当前半导体制造模式主要为代工方式,即专业的代工厂商根据半导体设计公司的要求实现晶圆制造及芯片生产。

晶圆制造的过程主要包括晶圆清洗、薄膜沉积、涂光刻胶、光刻、刻蚀、去胶、离子注入、薄膜沉积等多个环节。

首要功能是电学互联,通过金属Pin结赋予芯片电学互联特性,便于后续连接到PCB板上实现系统电路功能;另一功能是芯片保护,主要是对脆弱的裸片进行热扩散保护以及机械、电磁静电保护等。半导体封装测试流程如下:

20 世纪 70 年代起,半导体行业发展迅速,行业竞争日益加剧和封装测试工艺日渐成熟,集成电路封装测试环节的技术逐渐转移到封装测试的工艺制程、生产管理、制造设备和原材料技术中。另外,半导体大型企业如 IDM 主要专注于半导体设计、制造领域,为降低经营风险,逐步将封装测试环节剥离,专业的封装测试公司开始出现,封测行业从产业中独立出来。20 世纪 90 年代至今,封测行业逐步实现地区转移。由于封装测试业需要较多的人力和土地资源,马来西亚、韩国、中国台湾、大陆地区等亚太地区受益于人力成本优势和当地政府的支持鼓励,迅速发展成为全球半导体封测基地。随着半导体集成化程度提升,封装技术也向集成化、小型化方面发展。进入 21 世纪以来,随着封装技术不断进步,倒装焊封装(FC)等先进封装技术开始出现,为半导体行业进一步发展提供了支撑。随着封装形式的不断发展,各类封装形式不断应用到计算机、消费类电子、 汽车电子、工业自动化系统等重点领域。

随着技术的快速发展、政策的引导和鼓励、下游市场需求增大,我国封测行业取得了长足发展。我国作为全球第一大半导体封测市场,已形成了一批具有国际竞争力的半导体封测龙头企业。

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