关于半导体价值链分析（设计、制造和后制造）

本文主要讨论半导体价值链中的设计、制造和后制造等环节，着重介绍晶圆制造和封装等最耗时、最具价值的过程。半导体行业面临着减少生态足迹的压力，绿色制造已成为行业发展的重点。同时，先进封装和混合键合技术的发展推动着半导体产品领域的创新，同时也驱动着汽车行业的自动化和电气化发展。本文还介绍了不同类型芯片的创新方向和差异，以及半导体技术扩展所需的真空条件和清洁设备等问题。

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半导体价值链包括设计、制造、后制造等多个环节。设计阶段包括电子设计自动化工具、特定IP和芯片设计。设计受到EDA工具和IP的驱动，而芯片制造发生在制造厂房中。制造阶段包括晶圆制造、前段制程、中段制程、后段制程和远端制程，其中晶圆制造是最耗时、最具价值的过程，也是成本最高的环节。制造结束后，进入后制造阶段，包括晶圆测试、封装等环节。最终产品形态是单个晶片，也有利用晶圆封装的先进封装和异构集成。

1.半导体价值链的设计阶段包括电子设计自动化工具、特定IP和芯片设计。EDA和IP驱动芯片设计，可以设计出适用于七或十纳米逻辑芯片、DRAM芯片或NAND芯片的芯片。

2.半导体价值链的制造阶段包括晶圆制造、前段制程、中段制程、后段制程和远端制程。晶圆制造发生在制造厂房中，是最耗时、最具价值、成本最高的过程。每个制造厂房的前段、中段、后段和远端都有多个制程步骤，总计有1200个步骤，需要花费2.5至3.5个月。

3.半导体价值链的后制造阶段包括晶圆测试、C4接触、不同的金属层和UBM层等多个环节，最终形成单个晶片。晶圆测试是后制造阶段的第一个环节，可以测试出晶圆上有多少好的晶元。

4.晶片准备是半导体价值链中非常重要的一环，主要发生在制造结束后的后制造阶段。晶片准备包括薄化模块、激光模块、锯片模块等多个环节，最终将晶圆转换为单个晶片。单个晶片通过自动化真空气动驱动作用被放置在胶带和卷筒中，作为组装、测试和封装阶段的输入。

5.组装、测试和封装阶段发生在单个晶片的水平上。封装过程包括封装和测试，先进行表面贴装，然后进行测试，最后进行包装。

6.从地理角度看，半导体价值链中的不同环节位于不同的地区。例如，大多数晶圆制造厂位于亚洲，而一些芯片设计和IP供应商位于美国和欧洲。

7.半导体价值链中不同环节的复杂性各不相同。晶圆制造是最复杂的环节，需要花费最长的时间和最高的成本。设计和后制造阶段相对较简单，但仍然需要精密的工具和流程。

8.最近，半导体行业中出现了更先进的封装技术和异构集成架构，这主要用于使用晶圆封装的领先产品。这些技术为半导体价值链带来了更多的机遇和挑战。

半导体制造中的组装、测试和封装等过程，主要在亚洲地区完成。最重要的价值活动是技术的规模化和能效的提高，这决定了产品的性能。半导体行业的领先技术主要由规模化驱动，而其他方面则是附加值。在iPhone等设备中，约2/3的生命周期生态足迹来自于其中的半导体制造。

1.半导体的组装、测试和封装主要在单个芯片水平上完成。组装从多个模块开始，类似于晶圆制造，但在更为轻松的无尘室环境中进行，并具有更低的CapEx和OpEx成本结构，所需技能集合也相差很大。整个过程主要在亚洲地区完成，包括系统级测试等单个芯片测试。

2.供应商如苹果公司等采用一站式服务方案，跨越不同玩家、地区、技术世代和地理位置，从设计到最终组装、测试和封装系统级测试产品，由超级集成商负责完成。

3.最大的增值活动是技术的规模化和能效的提高，这决定了产品的性能。半导体行业的领先技术主要由规模化驱动，而其他方面则是附加值。

4.规模化是半导体行业的最大游戏。所有领先技术都是由规模化驱动的。如果无法在晶体管级别上进行技术或架构的规模化，无法提高产品的计算性能或存储性能。

5.DRAM的规模化分为alpha、beta、gamma和X、Y、Z，而闪存存储则是以3D方向的层数计算规模。无论是哪种存储方式，规模化都是一个通用的特性。

6.规模化非常耗资，但它是最有价值的增值活动。如果想要从成本和时间的角度来看待它，我们也可以这样做。

7.能效是半导体行业的第二个最重要的标准或增值活动。例如，最新的iPhone模型中，生态足迹的2/3来自于其中包含的各种硅片的半导体制造。

8.半导体制造的价值链，其主要价值活动是技术的规模化和能效的提高，这决定了产品的性能。其他方面则是附加值。在iPhone等设备中，约2/3的生命周期生态足迹来自于其中的半导体制造。

iPhone包含多个不同的芯片组，仅在制造过程中就产生了大部分的碳足迹，这已经占据了整个使用寿命中的碳足迹的三分之二。因此，半导体行业面临着巨大的压力，要减少生态足迹。现在半导体生态系统的所有方面都将重点转向绿色制造。这可以通过使用更绿色的材料、回收和重复利用、使用替代化学品等方式来实现。产品公司、买家和汽车制造商都在寻求更环保的半导体产品和供应链。这些只是绿色制造的一些策略。此外，半导体制造技术的发展也将推动规模化生产。目前，极紫外激光是制造最先进的逻辑、计算或存储芯片的领先技术。这种设备非常昂贵且复杂。每个设备可能有10万个部件。

1.iPhone包含多个不同的芯片组，如果仅从制造过程中产生的碳足迹来看，这已经占据了整个使用寿命中的碳足迹的三分之二。

2.半导体行业面临着巨大的压力，要减少生态足迹。现在半导体生态系统的所有方面都将重点转向绿色制造。

3.绿色制造可以通过使用更绿色的材料、回收和重复利用、使用替代化学品等方式来实现。

4.绿色制造是一种增值的活动，因为它可以降低生命周期的碳足迹，对产品公司、买家和汽车制造商都有吸引力。

5.半导体制造技术的发展将推动规模化生产。目前，极紫外激光是制造最先进的逻辑、计算或存储芯片的领先技术。

6.极紫外激光可以通过使用不同类型的材料来创建光的偏差，从而在硅表面上形成非常细小的线条或特征。目前使用的极紫外激光的波长大约为13.5纳米。

7.制造极紫外激光设备的成本非常昂贵，每个设备可能有10万个部件，价格在250万至300万美元之间。

8.半导体制造过程中使用的材料通常是腐蚀性、致癌性的化学品，不同地区有不同的环境健康安全要求。目前的解决方案是通过提高过程效率、回收和重复利用和使用替代化学品来减少排放。

在讨论半导体制造过程中，除了光刻之外，还有哪些竞争技术和价值链中的其他技术。光刻中使用的光刻胶不是由SML制造的，而是从亚洲其他公司采购的。而且，这种材料的供应非常受限。除了光刻胶，还有其他辅助光刻材料，可以促进7纳米技术以下的极端缩放。此外，化学机械抛光系统也是半导体制造过程中非常重要的过程，它们确保了光刻胶的成功。CMP工具是从各种设备供应商那里获得的。多种CMP工艺和CMP浆料也与技术代数相关。由于引入了新材料，也引入了新的CMP浆料材料。在半导体和晶片的制造中，CMP浆料领域也有很多整合和定价权。

1.光刻中使用的光刻胶是光刻工具中使用的材料。这种材料不是由SML制造的，而是从亚洲其他公司采购的。此外，除了光刻胶之外，还有其他辅助光刻材料，可以促进7纳米技术以下的极端缩放。总的来说，光刻胶是一个非常关键的高附加值领域。此外，EUV光刻胶的价格飞涨，价格权力也在那里。

2.化学机械抛光系统也是半导体制造过程中非常重要的过程，它们确保了光刻胶的成功。这些CMP工具来自各种设备供应商，并且也有多个技术代数。CMP工具的成功在于旋转器、垫子和CMP浆料。因此，有特定的旋转器和垫子，这与在汽车车辆上进行缓冲（例如使用一些聚合物等）非常相似。因此，您可以用旋转器和垫子以非常高的速度与晶片接触，并试图使整个晶片在纳米级和强度级上保持一致性，从而使视场在整个晶片上是均匀的。

3.每个技术代数都有多个涂覆工艺，每个涂覆工艺都有不同的涂覆浆料。因此，CMP浆料与辅助光刻材料一样重要。有一些特定的公司可以生产这些CMP浆料。在半导体技术制造的缩放过程中，引入了新的材料和新的CMP浆料材料。因此，CMP浆料领域也有很多整合和定价权。

4.CMP浆料和光刻胶都受到供应限制。目前，有很少的公司可以生产这些材料，因此这些材料的供应非常脆弱。此外，由于引入了新材料，也引入了新的CMP浆料材料。因此，在半导体和晶片的制造中，CMP浆料领域也有很多整合和定价权。

5.EUV光刻胶的价格飞涨，价格权力也在那里。在半导体和晶片的制造中，CMP浆料领域也有很多整合和定价权。

6.CMP浆料和光刻胶在半导体技术制造的缩放过程中非常重要。CMP浆料和光刻胶都受到供应限制。目前，有很少的公司可以生产这些材料，因此这些材料的供应非常脆弱。在半导体和晶片的制造中，CMP浆料领域也有很多整合和定价权。

7.在制造半导体的过程中，除了光刻之外，还有其他竞争技术。这些技术包括化学机械抛光系统等。

8.制造半导体的过程包括1,200个过程步骤。在从10纳米到7纳米、5纳米到4纳米的过渡中，必须进行多个独特的创新。新材料和新金属的引入可以获得更强的容量和IMC抵抗力。在半导体技术制造的缩放过程中，引入了新的材料和新的CMP浆料材料。因此，在半导体制造领域中，有许多竞争的创新领域。

半导体生态系统中逻辑、存储、模拟和计算等不同芯片类型的创新方向和复杂性不同。虽然有共性，例如光刻在逻辑和存储中都是重要的价值增值环节，但它们也有各自独特的创新方向。以DRAM和NAND闪存为例，DRAM的创新方向是在同一硅表面积上提高密度，以减少刷新次数，需要新材料、新制造工艺和先进设备的结合。而NAND闪存的增长潜力更大，特别是在3D NAND的情况下。同时，真空环境和流体压力管理系统在逻辑、计算和存储领域中都非常重要，但这一领域非常分散。

1.半导体生态系统中的逻辑、存储、模拟和计算等不同芯片类型的创新方向和复杂性不同。它们各自有不同的创新方向和复杂性障碍，例如光刻是逻辑和存储中的共同价值增值环节，但它们也有各自独特的创新方向。

2.尽管有共性，例如光刻在逻辑和存储中都是重要的价值增值环节，但它们也有各自独特的创新方向。

3.DRAM的创新方向是在同一硅表面积上提高密度，以减少刷新次数，需要新材料、新制造工艺和先进设备的结合。

4.DRAM存储的工作原理是基于每个单元电容器上的电荷，电荷会有不可避免的泄漏。因此，需要更多的电荷来延长数据在DRAM存储器中的存储时间，从而需要更少的刷新次数。

5.DRAM制造需要改进的方面包括新材料和金属、新制造工艺以及来自设备供应商的先进设备。

6.在目前情况下，NAND闪存的增长潜力更大，特别是在3D NAND的情况下，但这也存在一些问题。

7.真空环境和流体压力管理系统在逻辑、计算和存储领域中都非常重要，但这一领域非常分散。

8.随着技术节点的进步，真空环境和流体压力管理系统需要满足更严格的要求，因为晶体管变得越来越小，它们之间的距离也越来越近，因此需要更高的精度。

半导体技术的扩展需要更好的真空条件和清洁设备。在工艺芯片或半工艺芯片表面可能会有外来材料，它们可能会在相邻的门、电容器或晶体管之间造成电短路，从而破坏整个芯片。随着间距的缩小和杀伤力较小的外来材料粒度的缩小，需要更好的真空可靠性设备和材料。供应商开发计划可以使制造商与硬件供应商合作，共享路线图和需求，以便将要求提前到达。从硅片清洗设备到通信芯片的集成，半导体通信领域有很大的创新空间。

1.如果有任何可能附着在工艺芯片或半工艺芯片表面的外来材料，它们可能会在相邻的门、电容器或晶体管之间造成电短路，从而破坏整个芯片。

2.随着间距的缩小和杀伤力较小的外来材料粒度的缩小，需要更好的真空可靠性设备和材料。

3.供应商开发计划可以使制造商与硬件供应商合作，共享路线图和需求，以便将要求提前到达。

4.硅片清洗设备是半导体技术的扩展中的重要组成部分。SCREEN、Lam Research和KLA是该领域的领先厂商之一。

5.在清洗步骤中使用特定的化学物质，称为湿化学。Entegris、Onto Innovation和Brewer Science等厂商提供这些材料。

6.通信芯片是半导体技术中的创新领域。由于CPU或SoC的驱动，这些通信设备采用最新的技术代数。集成多个芯片的封装技术是当前集成创新的重点。

7.当前集成战争在所有维度和基板上进行。3.5D和2.5D架构允许集成多个芯片，例如计算芯片与多个块的内存芯片组合，或多个逻辑芯片沿各种不同的方向连接。英特尔拥有ODI平台，该平台具有全向互连，不仅在垂直方向上，而且在所有维度上连接多个芯片。

8.从硅片清洗设备到通信芯片的集成，半导体通信领域有很大的创新空间。在CPU和SoC的驱动下，这些通信设备采用最新的技术代数。集成多个芯片的封装技术是当前集成创新的重点。

先进封装创新正在推动通信领域创新并提供领导产品。各种要求涉及材料、设备和工艺要求，例如异构集成需要来自Nan Ya、各种PCB和ABF供应商的特定衬底材料，以及各种局部硅互连和分散制造站点。多个不同的芯片在不同的技术世代的不同站点生产，然后组合在一起形成一个封装。具体技术推动着这种创新，例如混合键合技术。各种芯片制造商、设备供应商、组装、测试和封装材料供应商都在共同努力，以启用混合键合，以便提供领导产品。

1.先进封装创新正在推动通信领域创新并提供领导产品。它提高了清洁、检查和所有段的价值，例如更高真空要求的缩放。

2.异构集成需要多种材料、设备和工艺要求。例如，需要来自Nan Ya、各种PCB和ABF供应商的特定衬底材料，以及各种局部硅互连和分散制造站点。

3.多个不同的芯片在不同的技术世代的不同站点生产，然后组合在一起形成一个封装。

4.先进封装创新的驱动技术之一是混合键合技术。

5.混合键合技术是需要晶圆制造的领域之一。因此，晶圆制造商、晶圆设备供应商、组装、测试和封装设备供应商以及组装、测试和封装材料供应商都在共同努力，以启用混合键合。

6.多家公司在异构集成中押注混合键合技术，其中包括Intel、TSMC、三星等。

7.从应用的角度来看，混合键合技术在汽车、客户端和服务器等领域有最大影响。

8.例如，对于混合键合技术，需要进行尽职调查。其中一家领先公司是Besi，另一家是Applied Materials。从供应链角度来看，涉及的公司有Intel、TSMC、三星等。

汽车行业的自动化和电气化路线图是由半导体产品的能效、面积、成本和交货时间驱动的。从级别一到级别二或从级别二到级别三的自动驾驶跳跃取决于ADAS、信息娱乐、连通性和激光雷达等系统级半导体产品的发展。从硅到各种化合物半导体的电气化方向，如碳化硅和氮化镓，可以提高车载和离线充电的效率和速度。在半导体产品的基础上，可以进行系统级优化，从而提高能源效率。逻辑、存储器和模拟器件是三种主要的芯片类型，需要在这三种类型上进行创新，才能生产出领先的、领导型的产品。

1.汽车行业的自动化和电气化路线图是由半导体产品的能效、面积、成本和交货时间驱动的。这些路线图包括不同级别的自动驾驶和电气化，如级别一、二、三和四自动驾驶，以及不同电气化级别的产品。

2.半导体产品对汽车行业发展有很大的影响。汽车行业的自动化和电气化路线图是由半导体产品的能效、面积、成本和交货时间驱动的。从级别一到级别二或从级别二到级别三的自动驾驶跳跃取决于ADAS、信息娱乐、连通性和激光雷达等系统级半导体产品的发展。

3.从硅到各种化合物半导体的电气化方向，如碳化硅和氮化镓，可以提高车载和离线充电的效率和速度。这些化合物半导体可以增加功率电子、PIC和更快的充电效率，从而提高给定电池的效率。半导体产品的基础上，可以进行系统级优化，从而提高能源效率。

4.逻辑、存储器和模拟器件是三种主要的芯片类型。需要在这三种类型上进行创新，才能生产出领先的、领导型的产品。除此之外，还有离散型和光电子器件、传感器融合等其他类型的芯片。

5.半导体产品在汽车行业的自动化和电气化方向的发展中发挥着重要的作用。例如，从级别一到级别二或从级别二到级别三的自动驾驶跳跃取决于ADAS、信息娱乐、连通性和激光雷达等系统级半导体产品的发展。

6.从硅到各种化合物半导体的电气化方向，如碳化硅和氮化镓，可以提高车载和离线充电的效率和速度。这些化合物半导体可以增加功率电子、PIC和更快的充电效率，从而提高给定电池的效率。半导体产品的基础上，可以进行系统级优化，从而提高能源效率。

7.逻辑、存储器和模拟器件是三种主要的芯片类型。需要在这三种类型上进行创新，才能生产出领先的、领导型的产品。并且，这些芯片类型可以分别使用，也可以组合使用，以产生更高级别的产品。

8.半导体产品的创新对汽车行业的自动化和电气化方向的发展有很大的影响。逻辑、存储器和模拟器件是三种主要的芯片类型，需要在这三种类型上进行创新，才能生产出领先的、领导型的产品。此外，还有离散型和光电子器件、传感器融合等其他类型的芯片。整个汽车行业的自动化和电气化路线图是由半导体产品的能效、面积、成本和交货时间驱动的。

审核编辑：黄飞