股民學堂：炒股成才、半導體、晶圓、光刻、晶元、集成電路全看懂

科技股在資本市場炒作此起彼伏，有多少散戶明白晶元半導體之類的基本概念和分類？看完此文，相信大家會對這些耳熟能詳的名稱有一個清晰的了解。

先從半導體開始，半導體是導電性介於導體（金屬）與絕緣體（石頭）之間的物質，包括硅、鍺。由於硅有較大的縫隙能摻雜雜質，可用來製造重要的半導體電子元件—晶體管，晶體管的主要功能有放大信號、開關，晶體管就像數據訊號的收音機，收音機的原理是將微弱的訊號放大，用喇叭放出來，而晶體管能將訊號的電流放大，讓電流以特定方式通過。

數億個晶體管裝在一張長寬約半公分大的晶元上，這片晶元就是大家耳熟能詳的『集成電路』，俗稱 IC（Integrated Circuit），所以，晶元是集成電路的簡稱，也可以說是載體。

因應智能時代來臨，科技將改變人類生活模式，上文先大致介紹半導體是什麼，接著再詳細說明整個產業概況以及未來運用。

以下本文將分成四大部分:

• 半導體製程：4 大步驟一目了然

• 集成電路分類：依功能區分 4 大類

• 半導體產業鏈營運模式：各種模式的利與弊

• 半導體運用領域：未來將用在這 6 大領域

半導體製程：4 大步驟一目了然

1. IC 設計：

預先規劃晶元的功能，功能包含算術邏輯、記憶功能、 浮點運算、 數據傳輸，各功能分布在晶元上各區域，並製作所需的電子元件，工程師使用硬體描述語言（HDL）設計電路圖，在將 HDL 程序碼放入自動化電子設計工具（EDA Tool），計算機把程序碼轉換成電路圖。

2. 晶圓製造：

將硅純化、溶解成液態，從中拉成柱狀的硅晶柱，上面有一格一格的硅晶格，將晶體管放置在硅晶格上，硅晶格的排列是安裝電子元件的重要關鍵，硅晶柱拉起的速度、溫度影響硅晶柱的質量，尺寸越大，技術難度就越高，12 吋晶圓廠也相對 8 吋晶圓廠製程更加先進，製程是技術，但良率才是最關鍵 Know-how，晶圓廠使用鑽石刀將整條硅晶柱切成薄片，經過拋光後就變成『晶圓』，也就是晶元的機板，灰塵對這些晶圓造成嚴重的威脅，故製造人員進入無塵室之前，皆需穿戴防塵衣、清洗身體採去預防措施，晶圓製造比手術室乾淨十萬倍。

3. 光刻製作：

一大張電路設計圖，縮小並壓印到硅晶圓上，靠的就是光學原理。

IC 設計圖以電子束刻在石英片上，成為光罩，將光罩上的設計圖縮小至晶圓上，與洗相片原理相同，『光罩』如同照相底片，而『晶圓』就像照片紙，預先將晶圓塗上一層光阻（相片感光材料），透過紫外光照射與凸透鏡聚光效果，將光罩上的電路結構縮小並烙印在晶圓上，光罩上圖形的細緻度是影響晶元質量的關鍵。

光刻製程結束後，工程師在晶圓上加入離子，透過注入雜質到硅的結構中控制導電性與一連串的物理過程，製造出晶體管。 待晶圓上的晶體管、二極體等電子元件製作完成後，將銅倒入凹槽中形成精密的接線，使許多的晶體管連起來。

4. 封裝與測試：

晶圓完成後送到封裝廠，會切割成一片一片的裸晶，由於裸晶小而薄，非常容易刮傷，故將裸晶安裝在導線架上，外面裝上絕緣的塑膠體或陶瓷外殼，印上委託製造公司的標誌，最後進行晶元測試，將不良品挑出，晶元就此完成。

集成電路（IC）分類：依功能區分 4 大類。

1. 存儲器 IC：

主要是用來儲存資料的原件，

通常用於計算機、電視遊樂器、電子辭典等等。象是 DRAM、SRAM、NAND Flash 皆屬於存儲器 IC。

2. 邏輯 IC：

主要是處理數位訊號（0 與 1）為主，產品包含中央處理器（CPU）、微處理器（MPU）、圖形處理器（GPU）。

3. 微元件 IC：

主要的功能在於負責 CPU 的周邊設備以及其它零部件的溝通任務，擅長處理複雜的邏輯運算，以數位或文字資料為主，

4. 類比IC：

主要處理有關類比信號的 IC，因能耐高壓、耐大電流，所以主要運用在電源供應器、數位類比轉換器等，半導體產業鏈營運模式：各種模式的利與弊，早期半導體公司多是從 IC 設計、製造、封裝、測試一手包辦，由於摩爾定律的關係，晶元設計日趨複雜、花費也越來越高，單獨一家半導體公司無法負荷從上游到下游的高額研發、製作費用，到了 1980 年末期，半導體產業逐漸走向專業分工模式，創造更大的利潤和提升產品穩定性。

摩爾定律：

由 Intel 創始人之一 Gordon Earle Moore 提出，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。

依業務性質半導體行業主要分為以下 4 種經營模式：

1. 整合製造商（IDM） 模式：

集結晶元設計、製造、封裝、測試、銷售等多個產業鏈環節，需要雄厚的營運資本才能支撐此營運模式，故目前僅有少數大廠能維持。

2. 代工廠（Foundry） 模式：

只需負責製造、封裝、測試其中環節，可以同時為多家設計廠商服務，但受限於供應商的競爭，需特別留意客戶機密技術外泄情形，代工廠的主要競爭力來自於規模化生產、生產管控。

3. 無廠 IC 設計商（Fabless）模式：

只負責晶元電路設計、銷售，將生產、封裝、測試外包，起初資金規模不大，進入門檻相對低。

4. 晶元設計服務提供商（Design Service）模式：

為晶元設計公司提供相對應工具、電路設計架構、諮詢服務等，不設計、銷售晶元，而是販售智慧財產權—設計圖，又稱硅智財（SIP）。

半導體運用領域：未來將用在這 6 大領域

根據國際半導體產業協會說法，半導體未來主要運用在智慧運輸、智慧醫療、智慧數據、智慧製造、綠色製造和先進位造。而運輸、工業製造是最主要的兩大動能。智慧車輛駕駛輔助安全系統等級越來越高，藉由後端 AI 晶元運算，從接收感測訊號，經由運算分析，再傳達至車輛動力系統，可完成安全迴避和抵達目的地的需求，實現全自動化駕駛願景。工業製造從數字化演進成全自動生產，引入物聯網系統到生產管理系統中，推動工業智慧製造新時代，帶動整體半導體市場需求。

在未來 5G、AI 與半導體產業息息相關，5G 時代來臨帶動整個半導體周邊商品，如 5G 智能型手機市場需求近 2 億台，將帶起另一波換機潮，而 AI 智能需透過大量運算效能，使晶圓技術需不斷推陳出新，以適應科技變化快速，未來半導體產業有望另創高峰。