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中国集成电路制造业如何开启自主模式?

导读: 由于历史的缘故,长期以来多数国人在心理上和现实上默认为技术的取得是依赖技术移转(技转)或并购,造成疏于自行开发技术和产品经验的累积。

集成电路(Integrated Circuit,IC)是资讯时代的根基已成共识,但国内一般仍普遍存在对这产业的不了解甚至误解,这对其成长带来一定的负面作用,本文希望能发挥些许科普引导作用。为便于理解,本文内容除非必要,将尽量少谈产品中复杂难懂的技术细节,着重论述集成电路产业和其他制造业共通的环节,希望能让更多的人,即便不懂技术细节,也能体会到除了产品不同之外,这个产业的经营实际上和其他制造业并没有太大差异,以拉近同这个行业的距离。同时也希望能让产业中只专注某一专业的专家对其从事的行业有进一步宏观的认识。

此外,笔者也想表达自己对下述事实的看法:为什么公认“世界工厂”的中国,尽管已有大量的投入,但是国产集成电路占全国使用的比例仍然很低?

集成电路产业分类

依专业区分,和整个集成电路产业相关的企业可以统计如下:无工厂电路设计业(fabless design company)、掩膜版制作业、技术开发服务业、晶圆生产业(foundry)、芯片测试业、晶粒封装业、厂房设计/施工业、动力系统设计/施工业、材料生产业(包括晶圆、靶材、化学品、气体等)、废弃物处理业,及支援这些企业的设备制造业、软件开发业、分析工具开发业。当然也有一些企业同时从事数种上述专业的,如:IDM业者(Integrated Device Manufacturer,整合器件制造公司)同时从事电路设计、晶圆生产和芯片测试,有些也从事晶粒封装。

经过多年的努力,中国这些企业已经相当齐全,只是规模大多不大,特别是核心的产品设计、技术开发、材料生产、设备制造等各企业的规模占全球的份额仍然很低,技术能力和世界最高水平比较仍然存在较大的差距。

集成电路制造环节

上述这些企业支撑一块集成电路“一生”从无到有,再到退出市场的全部历程。整个历程的顺序可以分为以下环节:

·整机生产业者依据终端用户要求的整机产品性能,制定整机产品的规格;

·整机设计者依据整机产品规格制定所要使用的集成电路规格;

·电路设计者依据电路设计规格选定合适的生产工艺,并依据其对应的器件规格(device parameters)设计电路;

·布图(layout)专家依据生产工艺对应的布图规格(design rule)为设计的电路布图;

·掩膜版制作业者依据布图制作掩膜版;

·有时晶圆生产者会配合客户需要,特别修改、增减原来选定的生产工艺,是为客户定制工艺;

·晶圆生产业者依据确定的生产工艺生产工程试验批(engineering lot),供电路设计者对产品的电路设计规格做认证。必要时对电路设计、掩膜版、生产工艺等环节加以修改,以优化产品的良品率(yield);

·工程试验批的良品率和可靠性达标后,开始小批量生产给客户组装整机样品,做产品应用的认证,必要时对上述环节加以修改,以优化良品率和可靠性(reliability);

·整机样品的应用认证达标后,晶圆生产者开始大批量生产,通过标准的品质检验程序后出货给整机组装厂组装整机,销售给市场的终端用户;

·从市场大量使用过程中得到真正的可靠性的反馈,必要时对上述环节加以修改,以优化集成电路的可靠性;

·新产品出现,原来产品逐渐退出市场。

这其中产品设计和客户定制工艺的开发和生产过程就是集成电路技术最核心的研发作业。一块集成电路要能合格地被用来组装整机在市场上流通,其研发成果都须要经过不断的认证,修改及优化,这些过程非常复杂、牵涉到的专业非常多、使用的工具非常精密和昂贵、全部花的时间合起来短则数月长则数年。其中工程试验批主要用来验证产品是否符合电路设计规格;小批量生产主要用来验证可靠性是否达标。在这两个时期产品都还在验证过程中,严格说来都还不是真正意义上的商品。只有可靠性通过完整的标准检验程序后,才能成为可以销售的商品。

这个过程和其他制造业开发新产品是一样的——在成为商品大批量生产前,也同样必须经过产品设计、生产样品、认证、生产、出货、客诉处理等过程,只是内容的繁简和技术专业因产品不同而异。

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