本⽂从概念⼊⼿，从⼏个维度全⾯解读集成电路产业链和相关的⼀些技术介绍，务求让⼤家看完此⽂，对集成电路的⼀些基础的流程和技术有简单的了解：
集成电路：从发明到应⽤
集成电路（ IC）是指经过特种电路设计，利⽤半导体加⼯⼯艺，集成于⼀⼩块半导体（如硅、锗等）晶⽚上的⼀组微型电⼦电路。 IC 被⼴泛应⽤之前，传统的分⽴电路多以导线连接独⽴的电路元件⽽构成。⽽集成电路相对于此，在体积上，单⽚集成电路可⽐同样功能的分⽴电路⼩数倍；结构上， IC ⾮常紧凑，可使多达数⼗亿的晶体管等元件存在于⼀个⼈类指甲⼤⼩的⾯积上。半导体优越的技术性能、半导体设备制造技术的飞速发展、集成电路⾼效率的⼤规模⽣产以及采⽤结构单元的电路设计⽅式，使标准化集成电路迅速取代了过去运⽤分⽴元件的传统电路设计。 IC 巨⼤的技术优势体现在两⽅⾯：成本与性能。芯⽚通过光刻技术被整体印制成独⽴单元，加上采⽤极少材料的封装技术——使成本得以⼤幅降低；微⼩的体积以及元件的紧密排布使信息切换速度极快并且产⽣更少的能耗——其⼯作性能亦⼗分卓越。
分⽴电路和集成电路产品
图 1 左侧是典型的前臵放⼤器分⽴电路，电路板⾯积 12880 平⽅毫⽶，晶体管数量62 颗，右侧英特尔酷睿 i7 中央处理器，核⼼⾯积 159.8 平⽅毫⽶，晶体管数量约 14.8亿颗。
如今集成电路已被⼴泛应⽤于所有电⼦设备，并推动了电⼦时代的到来，传媒、教育、娱乐、医疗、军⼯、通讯等各领域的发展均离不开性能卓越的集成电路设备。同时正因 IC 低成本、⾼性能的特质，才使得计算机、移动电话以及其他家⽤电⼦电器变为当今社会⽣活中不可或缺的组成部分。
（1）集成电路的发明与发展
1947年底第⼀块晶体管问世，同为主动元件，相对于真空管，晶体管具有体积⼩、能耗低，性能优越的特点，并且克服了真空管易碎的缺点，使其很快就成为了新兴产业。在实际运⽤中，由于晶体管需
要逐⼀单个⽣产，由其构成的分⽴电路亦⼗分复杂且体积庞⼤，造成了⼤量使⽤上的不便，于是1952年英国⼈Dummer就提出集成电路的想法，取得突破的是德州仪器的Kilby在1958年基于锗晶体研制出世界第⼀块IC，但Kilby使⽤极细的⾦属丝作为连接线，这种情况下难以⼤规模⽣产IC， 1959年初，仙童公司的Noyce⽤光刻技术在硅基质上制作⾦属铝连线，使得整个IC都可以⽤平⾯⼯艺制作，在此基础上⼯业⼤规模⽣产IC成为可能，两⼈也因此被认为是集成电路的共同发明者。 无动力滑翔伞根据集成电路技术所实现的具体功能，集成电路主要可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三⼤类。
模拟集成电路⼜称线性电路，⽤来产⽣、放⼤和处理各种模拟信号（幅度随时间变化），其输⼊信号和输出信号成⽐例关系，应⽤于各类模拟信号处理单元、放⼤器、滤波器、调制解调器等等。
数字集成电路则处理各种数字信号（在时间上和幅度上离散取值），应⽤领域⼗分⼴泛，如计算机CPU、内存、各类电器的微控制器等。
数/模混合集成电路在同⼀个电路系统中通过信号转换，结合了模电以及数电单元，以实现复杂的技术控制功能，基于该技术的SoC（系统级芯⽚）现已成为IC领域最具潜⼒的发展⽅向之⼀。
模拟、数字、数模混合电路代表产品
左图是模拟电路代表产品——运⽤模拟信号传输技术的⽆线电通讯雷达站，中图是数字电路代表产品——实现超⾼速数字运算功能的国产超级计算机，右图是SoC（系统级芯⽚）⽰意图。
由于数字集成电路具有数字运算、逻辑处理的功⽤，该技术被⼴泛应⽤于现代集成电路芯⽚制造领域。其中， CMOS数字集成电路现已成为构建特种运算、逻辑、控制电路的主流技术。
从时间⾓度划分，在技术发展的早期，简单的集成电路受技术规模的局限，单个芯⽚往往只能承载数个晶体管。过低的电路集成度同时意味着芯⽚设计过程⼗分简单、制造产量极低。伴随着科技的进步，数⼗亿的晶体管得以被臵于⼀块芯⽚之上。良好的电路设计要求周密的线路规划，这使得新型的电路设计⽅法同样实现了飞速的发展。
不同时间段芯⽚集成度
集成电路产业化过程
IC产业化初期主要⽤于航天和军事，美国11号登⽉成功和两次海湾战争是IC应⽤于航天和军事最成功的案例，1980年IBM研制出第⼀代商⽤化PC， IC在民⽤电⼦领域的发展逐渐加速，其发展过程主要经历了三次重要的变⾰，每次变⾰主要是因为单⼀公司的资本⽀出或技术⽆法⽀撑IC产业进⼀步发展，在此过程中，⾏业内公司的经营模式变得多样化，新的⼚商的进⼊也导致整个⾏业发⽣结构性变化。
集成电路产业垂直分⼯历程
第⼀次变⾰——电脑元件的标准化。 1960年⾄1970年，系统⼚商包办了所有的设计和制造，随着电脑的功能要求越来
第⼀次变⾰——电脑元件的标准化。 1960年⾄1970年，系统⼚商包办了所有的设计和制造，随着电脑的功能要求越来越多，整个设计过程耗时较长，使得部分系统⼚商产品推出时便已落伍，因此，有
清烟器
许多⼚商开始将使⽤的硬件标准化，1970年左右，微处理器、存储器和其他⼩型IC元件逐渐标准化，也由此开始区分系统公司与专业集成电路制造公司。
第⼆次变⾰——ASIC（特殊应⽤集成电路）技术的诞⽣。虽然有部分集成电路标准化，但在整个电脑系统中仍有不少独⽴IC，过多的IC使得运⾏效率不如预期， ASIC技术应运⽽⽣，同时系统⼯程师可以直接利⽤逻辑门元件资料库设计IC，不必了解晶体管线路设计的细节部分，设计观念上的改变使得专职设计的Fabless公司出现，专业晶圆代⼯⼚Foundry的出现填补了Fabless公司需要的产能。
第三次变⾰——IP（集成电路设计知识产权模块）的兴起。由于半导体制程的持续收缩，使得单⼀晶⽚上的集成度提⾼，如此⼀来，只是⽤ASIC技术，很难适时推出产品，此时IP概念兴起， IP即将具有某种特定功能的电路固定化，当IC设计需要⽤到这项功能时，可以直接使⽤这部分电路，随之⽽来的是专业的IP与设计服务公司的出现。
IC 多采⽤单⽚单晶硅作为半导体基质，并在该基质上构建各种复杂电路。单晶硅材料可由常见的富含⼆氧化硅的砂⽯经过提炼获得，同时，硅元素仅次于氧元素，是地壳中第⼆丰富的元素，构成地壳总质量的 26.4%。由价格低廉的沙⼦到性能卓越的芯⽚，集成电路“点⽯成⾦”的制作流程可分为设计、制造、封测（封装和测试）三个步骤。
水力分级机
集成电路芯⽚⽣产流程
碳纤维增强尼龙经过提纯得到的多晶硅经过⾼温熔融，通过拉晶⼯艺制成纯度⾼达 99.9999999%以上的⾼纯单晶硅晶柱。切割晶柱并通过抛光、研磨等⼯艺，得到薄⽽光滑的晶圆，后进⾏检测。按照设计好的电路，对
晶圆进⾏显影、掺杂、蚀刻等复杂的加⼯处理，分⼩格，将集成电路“印”在晶圆上。经过晶圆测试后，从晶圆上切割出质量合格的晶块，后进⾏封装。封装测试通过后，得到可以使⽤的集成电路芯⽚。
整个 IC ⽣产技术的提⾼体现在这三个领域各⾃的进化，设计端由早期⼯程师⼿⼯设计进化⾄如今引⼊了 EDA（电⼦设计⾃动化）技术；制造端体现在晶圆尺⼨的增加和集成度的提⾼；封测端则由芯⽚层级拓展⾄系统层级。下部分也将按该制作流程，介绍每部分技术和市场情况。
IC 设计、制造与封测
（⼀）设计部分
初期的 IC 设计是由⼯程师们⼿⼯绘制版图，电路设计都是从器件的物理版图设计⼊⼿，随着计算机软件技术的进步，⼯程师可以设计出集成度更⾼的电路图，同时设计⽅法也发⽣了改变， Top-Down（⾃顶向下）设计⽅法逐渐取代Bottom-Up（⾃底向上）成为主流设计⽅法。 Top-Down 设计是⼀开始就进⾏规格制定，类似于建筑设计时需要确定⼏个房间和每个房间的⽤途，以及需要遵守的规则；然后是借助 HDL（硬体描述语⾔）、EDA 等⼯具⽣成电路图。
间接照明
IC 设计的不同阶段
IC 设计最初作为⼤公司的⼀个部分， 1984 年 Xilinx 的成⽴正式开启⽆⼯⼚代⼯模式（ Fabless），发展⾄今也仅仅有30 多年的时间， 2015 年 IC 设计产业的市场规模达 842亿美元，总部设于美国的 IC 设计公司囊括了全球 IC 设计产业营收的 62%，台湾 IC 设计公司占⽐为 18%，排名第⼆，中国⼤陆与欧洲 IC 设计公司势⼒此消彼长。⼤陆 IC 设计产业近年来急起直追，⽬前全球市场占⽐已达 10%，排⾏第三；欧洲 IC 设计产业则受到当地第⼆⼤与第三⼤ IC 设计公司 CSR、Lantiq 分别被⾼通(Qualcomm)、英特尔 (Intel)收购影响，导致欧洲 IC 设计公司的全球占⽐下滑到 2%。
2015 年全球各地区 IC 设计公司营收占⽐
⽬前市场上从事 IC 设计的公司数量众多，仅仅中国 2015 年设计企业总数就达到了736 家，不同种类的 IC 设计所⽤到的软件和需要遵守的规则差别较⼤，较早进⼊这个市场的公司先发优势明显，主要包括：丰富的设计经验、参与标准的制定和专利。本部分主要从市场的⾓度介绍⽬前各个领域的 IC 设计情况。
双挂调法
IC 产品依其功能，主要可分为存储器 IC、微元件 IC、逻辑 IC、模拟 IC，各个领域可再进⾏细分。
IC 产品分类图（依功能划分）
各部分 IC 市场份额
（1）存储器
存储器是指利⽤电能⽅式存储信息的半导体介质设备，其存储与读取过程体现为电⼦的存储或释放，⼴泛应⽤于内存、U 盘、消费电⼦、智能终端、固态存储硬盘等领域，存储芯⽚根据断电后所存储的
数据是否会丢失，可以分为易失性存储器（ VolatileMemory）和⾮易失性存储器（ Non-Volatile Memory），其中 DRAM 与 NAND Flash 分别为这两类存储器的代表。尽管存储芯⽚种类众多，但从产值构成来看， DRAM 与 NAND Flash 已经成为存储芯⽚产业的主要构成部分。
存储芯⽚的分类
存储芯⽚⼀直由 IDM ⼚商主导，⽽且相对于制造⼯艺， IC 设计在存储芯⽚领域起到的作⽤并不明显，这⾥只简单介绍NAND Flash 和 DRAM 两⼤存储市场的现状。
2016 年第⼀季度 NAND Flash 品牌⼚商营收排名
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