集成电路产业与微电子专业长安大学 电子科学与技术系 李演明 2011年12月24日1. 概 述集成电路产业是一门充满创新和变数的产业– 1958年第一块集成电路（IC）诞生，半个世纪的历程 演绎了令人兴奋不已的快速进步。
– IC产业既是一个令世人惊羡钟爱的产业，又是一个使人 呕心沥血、欲罢不能、不断面对挑战的产业。
– 集成电路具有当今高技术产业的典型特点，它是中间产 品，其应用可以产生十倍甚至于百倍的倍增效益，因 此，世界在这一领域的竞争非常激烈。
2011/12/242IC技术发展沿革： 微米－亚微米－深亚微米－纳米集成电路的技术进步一般用微细加工精度和 芯片的集成度来衡量。
2007年：– 65纳米CMOS工艺为主流的集成电路技术已进入大生 产。
– 45纳米先导性生产线也开始投入运转。
– CPU上的晶体管数已达到8亿只。
集成电路产业作为典型的高技术产业， 高投入、搞收益、高风险的特征更加突出。
2011/12/24 3Gordon Moore－Intel 名誉董事长摩尔定律（1965年提出）• IC上可容纳的晶体管数目，每18个月(或24个月) 便会增加一倍，性能也将提升一倍。
• 这一定律还意味着IC的成本每18个月(或24个月) 降低一半。
• 集成电路自诞生以来，一直戏剧性地遵循着这一 定律。
这样的变化速度是其它产业的产品难于比 拟的。
• 该定律成为电子信息产业对于其技术发展前景预 测的基础。
2011/12/24 4摩尔定律的演进数据来源：INTEL2011/12/24 5半导体产业发展历史大事记（I）1947 第一只晶体管问世 1957 Fairchild Semiconductors 公司成立（仙童－飞索） 1958 第一块集成电路问世 1961 仙童（半导体工艺）和德州仪器公司（电路形式）共 同推出了第一颗商用集成电路（双极型模拟电路） 1962 TTL逻辑电路问世（双极型数字电路） 1963 仙童公司推出第一块CMOS集成电路 1964 1英寸硅晶圆出现 1965 Gordon Moore提出Moore’s law（摩尔定律） 1967 专业半导体制造设备供应商—美国应用材料公司成立2011/12/24 6半导体产业发展历史大事记(II)1968 Intel成立； NEC制作出日本第一颗IC 1973 商用的BiCMOS技术开发成功 1979 5英寸的硅晶圆出现 1985 8英寸硅晶圆开始使用； 1987 1996 台湾台积电开创专业 IC制造代工模式 12英寸硅晶圆出现 1988 专业 EDA工具开发商Cadence公司成立. 2000 中芯国际IC制造公司（SMIC）在中国大陆成立 2002 Intel建成首个12英寸生产线2011/12/24 7硅含量半导体价值在电子产品价值中所占的百分比1965 电子产品中 的硅含量 硅片直径 （mm） 半导体产值 （亿美元） 2％ 50 2” 15 1975 1985 6％ 100 4” 40 7％ 150 6” 250 200 8” 1440 1995 2005 2010 21％ 23％ 300 12” 2274 30562011/12/248硅周期全球集成电路产业一直保持周期性的上 升与下降，人们称这种周期性的变化为 “硅周期”2011/12/249世界硅周期曲线数据来源：Morgan Standley2011/12/24 10硅周期存在的原因供求关系的变化是硅周期存在的主要原因– 行业发展过快、产能扩大太猛会导致市场供大 于求，库存量剧增，价格急速下降。
– 集成电路的发展不仅对电子设备有强烈的影响 和渗透，而且反过来还对其有强烈的依赖性， 电子设备市场的繁荣与衰退都将直接影响到集 成电路市场。
2011/12/24111985-2007年全球半导体产业 销售收入规模增长情况数据来源：WSTS2011/12/24 121986-2007年全球半导体产业 销售收入增长率 变动情况数据来源：WSTS2011/12/24 132007年全球半导体厂商 Top 20排 厂商 名 1 Intel（美） 2 3 4 5 6 7 8 9 Samsung（韩） Toshiba（日） TI（美） ST（欧） Hynix（韩） Renesas日） Sony（日） NXP（欧） 销售额 排 百万美元 名 33973 11 20137 12590 12172 9991 9614 8137 8040 6038 5864 12 13 14 15 16 17 18 19 20 厂商 AMD（美） NEC（日） Freescale（美） Micron（美） Qimonda（欧） Elpida（日） Broadcom（美） Sharp（日） 销售额 百万美元 5792 5555 5349 4943 4186 3836 3731 358414Qualcomm（美） 5603Matsushita（日） 394610 Infineon（欧） 数据来源：iSuppli2011/12/24美国7家，日本7家，欧洲4家，亚太2家微电子、IC 、半导体三者关系• 微电子 － 学科名称 • 对应的产业 － 集成电路(IC)产业 • 外延包括 － 整个半导体产业半导体产业的主要产品分为四大类：集成电路，分立器件，光电器件、传感器 05-07年全球半导体产品销售比例 集成电路 IC 分立器件Disc. 光电器件Opto. 传感器 Sensors2011/12/242005 84.8％ 7.1％ 6.1 ％ 2.0％2006 84.5％ 6.7％ 6.6％ 2.2％2007 85.4％ 6.4％ 6.3% 1.9％15按公司总部所在地划分的全球IC销量数据来源：iSuppli2011/12/24 16世贸规则的影响• 世贸规则约束着WTO缔约方的经贸活动 • 反倾销规则– 对每一外国的产品销售到本国的比例进行限制• 原产地规则– 以扩散工艺所在地为该IC产品的原产地• 《半导体芯片保护法》– 对集成电路布图提供特别的权力保护2011/12/24 172. 集成电路产业结构集成电路产业是目前世界上发展最快、最 具影响力的产业之一。
为了适应激烈的竞争、实现最大价值的内 在要求，产业结构发生了很大的变化：– 最初以“全能型”企业为主体 – 现在为垂直分工越来越清晰的“专业型”企业 为主体2011/12/2418集成电路产业链整机生产 IC设计 IC制造 IC封装 IC测试 设计工具软件开发 设备制造材料制备2011/12/2419早期的集成电路产业结构早期的IC产业以全能型企业为主，称为IDM:集整机产品和IC设计、制造、封装和测试等生产全 过程于一身。
最早开始投资IC产业的IDM多为美国电子企业德州仪器、仙童、Motorola、IBM、DECD等这些公司投资IC产业主要为自身整机产品服务提升产品质量，降低成本，争夺市场2011/12/2420材料、设备业分离后的集成电路产业产品形态明晰的设备业、材料业最先从这些“全能企 业”中分离出来。
• 整个产业系统分化为集成电路业、半导体设备业 和半导体材料业三个子产业。
• 材料、设备业开发技术难度大，属于基础科学 类，开发费用高，因此进入门槛高。
• 半导体设备制造业被应用材料、日本东京电子、 荷兰ASML三家企业垄断。
• 国内材料业公司有：有研院、海纳、新傲等。
2011/12/24 21材料、设备业分离后的IC产业链整机生产 IC设计 IC制造 IC封装 IC测试 设计工具软件开发 设备制造材料制备2011/12/2422封装、测试业分离后的集成电路产业二十世纪70年代，封装、测试业逐渐从整个产业中 分离出来。
• 封装、测试（后道）技术已物化到了设备技术和 原材料技术之中。
• 剩下的生产工序转化为劳动力密集型工作。
• 发达国家将封装测试转移到本土以外的其他地区– 台湾企业在全球封装测试产业中所占的比重最大（全 球前5大封测厂占3席）2011/12/2423封装、测试业分离后的IC产业链整机生产 IC设计 IC制造 IC封装 IC测试 设计工具软件开发 设备制造材料制备2011/12/2424设计业分离后的集成电路产业• 八十年代Daisy公司首先实现了计算机辅助工程技术（CAE） 集成电路设计技术开始部分物化到设计工具中。
• 随着EDA工具的发展，库的概念、工艺模型参数及其仿真概念的引入 IC设计开始进入抽象化阶段，使设计过程可以独立于生产工艺而存在。
• 随着PC机的广泛应用，IC产业已进入以客户为导向的阶段，集成电路产业从 一个标准产品竞争时代进入到一个用户定制产品的时代。
专门从事IC设计的公 司开始大量出现。
• • • 1982年世界上第一家专业的IC设计公司―美国LSILogic公司成立。
处于产业链前端的设计业被认为地位最稳固并可控制整个产业链。
2006年世界IC设计公司收益较2005年增长34%，远高于整个半导体行业 8.9%的增长率，占半导体工业总体收益的20%。
2011/12/24 251994-2005年集成电路设计公司 数量与收入变化情况数据来源：FSA2011/12/24CAGR－年均增长率26设计业分离后的IC产业链整机生产 IC设计 IC制造 IC封装 IC测试 设计工具软件开发 设备制造材料制备2011/12/2427加工业分离后的集成电路产业• 制造工艺水平的不断提高，对生产线的投入越来越大， 多数IDM无力承担如此之高的费用。
于是只专注于芯片制 造的代工企业出现了。
– 1987年，全球第一家集成电路制造专业代工服务公司―台积电 （TSMC）成立。
– 半导体代工阵营中的前四大企业为：台积电（TSMC）、 联电(UMC)、中芯国际(SMIC)、特许(Chartered) – 以X-Fab、Jazz Semiconductor为代表的企业以提供特殊 Foundry服务(RF、Analog)而拥有自己的一席之地。
• 无生产线的IC设计公司（Fabless）与IC代工制造公司 (Foundry) 相配合的方式成为IC产业发展的重要模式。
2011/12/24 28加工业分离后的IC产业链整机生产 IC设计 IC制造 IC封装 IC测试 设计工具软件开发 设备制造材料制备2011/12/2429整机业务分离后的集成电路产业“IDM公司”从”综合型IDM公司”中剥离出来专门从事 半导体产业的设计、制造、封装测试，不从事整 机业务。
专业型IDM公司具有更高的运作效率。
– Motorola、Siemens、Philip等欧美综合型IDM公司将半导 体业务单独剥离出来，分别成立了Freescale、Infineon、 NXP等专业型IDM公司。