集成電路（IntegratedCircuit，IC）是資訊時代的根基已成共識，但國內(nèi)一般仍普遍存在對這產(chǎn)業(yè)的不了解甚至誤解，這對其成長帶來一定的負面作用，本文希望能發(fā)揮些許科普引導作用。為便于理解，本文內(nèi)容除非必要，將盡量少談產(chǎn)品中復雜難懂的技術(shù)細節(jié)，著重論述集成電路產(chǎn)業(yè)和其他制造業(yè)共通的環(huán)節(jié)，希望能讓更多的人，即便不懂技術(shù)細節(jié)，也能體會到除了產(chǎn)品不同之外，這個產(chǎn)業(yè)的經(jīng)營實際上和其他制造業(yè)并沒有太大差異，以拉近同這個行業(yè)的距離。同時也希望能讓產(chǎn)業(yè)中只專注某一專業(yè)的專家對其從事的行業(yè)有進一步宏觀的認識。

此外，筆者也想表達自己對下述事實的看法：為什么公認“世界工廠”的中國，盡管已有大量的投入，但是國產(chǎn)集成電路占全國使用的比例仍然很低？

集成電路產(chǎn)業(yè)分類

依專業(yè)區(qū)分，和整個集成電路產(chǎn)業(yè)相關(guān)的企業(yè)可以統(tǒng)計如下：無工廠電路設計業(yè)（fablessdesigncompany）、掩膜版制作業(yè)、技術(shù)開發(fā)服務業(yè)、晶圓生產(chǎn)業(yè)（foundry）、芯片測試業(yè)、晶粒封裝業(yè)、廠房設計/施工業(yè)、動力系統(tǒng)設計/施工業(yè)、材料生產(chǎn)業(yè)（包括晶圓、靶材、化學品、氣體等）、廢棄物處理業(yè)，及支援這些企業(yè)的設備制造業(yè)、軟件開發(fā)業(yè)、分析工具開發(fā)業(yè)。當然也有一些企業(yè)同時從事數(shù)種上述專業(yè)的，如：IDM業(yè)者（IntegratedDeviceManufacturer，整合器件制造公司）同時從事電路設計、晶圓生產(chǎn)和芯片測試，有些也從事晶粒封裝。

經(jīng)過多年的努力，中國這些企業(yè)已經(jīng)相當齊全，只是規(guī)模大多不大，特別是核心的產(chǎn)品設計、技術(shù)開發(fā)、材料生產(chǎn)、設備制造等各企業(yè)的規(guī)模占全球的份額仍然很低，技術(shù)能力和世界最高水平比較仍然存在較大的差距。

集成電路制造環(huán)節(jié)

上述這些企業(yè)支撐一塊集成電路“一生”從無到有，再到退出市場的全部歷程。整個歷程的順序可以分為以下環(huán)節(jié)：

·整機生產(chǎn)業(yè)者依據(jù)終端用戶要求的整機產(chǎn)品性能，制定整機產(chǎn)品的規(guī)格；

·整機設計者依據(jù)整機產(chǎn)品規(guī)格制定所要使用的集成電路規(guī)格；

·電路設計者依據(jù)電路設計規(guī)格選定合適的生產(chǎn)工藝，并依據(jù)其對應的器件規(guī)格（deviceparameters）設計電路；

·布圖（layout）專家依據(jù)生產(chǎn)工藝對應的布圖規(guī)格（designrule）為設計的電路布圖；

·掩膜版制作業(yè)者依據(jù)布圖制作掩膜版；

·有時晶圓生產(chǎn)者會配合客戶需要，特別修改、增減原來選定的生產(chǎn)工藝，是為客戶定制工藝；

·晶圓生產(chǎn)業(yè)者依據(jù)確定的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工程試驗批（engineeringlot），供電路設計者對產(chǎn)品的電路設計規(guī)格做認證。必要時對電路設計、掩膜版、生產(chǎn)工藝等環(huán)節(jié)加以修改，以優(yōu)化產(chǎn)品的良品率（yield）；

·工程試驗批的良品率和可靠性達標后，開始小批量生產(chǎn)給客戶組裝整機樣品，做產(chǎn)品應用的認證，必要時對上述環(huán)節(jié)加以修改，以優(yōu)化良品率和可靠性（reliability）；

·整機樣品的應用認證達標后，晶圓生產(chǎn)者開始大批量生產(chǎn)，通過標準的品質(zhì)檢驗程序后出貨給整機組裝廠組裝整機，銷售給市場的終端用戶；

·從市場大量使用過程中得到真正的可靠性的反饋，必要時對上述環(huán)節(jié)加以修改，以優(yōu)化集成電路的可靠性；

·新產(chǎn)品出現(xiàn)，原來產(chǎn)品逐漸退出市場。

這其中產(chǎn)品設計和客戶定制工藝的開發(fā)和生產(chǎn)過程就是集成電路技術(shù)最核心的研發(fā)作業(yè)。一塊集成電路要能合格地被用來組裝整機在市場上流通，其研發(fā)成果都須要經(jīng)過不斷的認證，修改及優(yōu)化，這些過程非常復雜、牽涉到的專業(yè)非常多、使用的工具非常精密和昂貴、全部花的時間合起來短則數(shù)月長則數(shù)年。其中工程試驗批主要用來驗證產(chǎn)品是否符合電路設計規(guī)格；小批量生產(chǎn)主要用來驗證可靠性是否達標。在這兩個時期產(chǎn)品都還在驗證過程中，嚴格說來都還不是真正意義上的商品。只有可靠性通過完整的標準檢驗程序后，才能成為可以銷售的商品。

這個過程和其他制造業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品是一樣的——在成為商品大批量生產(chǎn)前，也同樣必須經(jīng)過產(chǎn)品設計、生產(chǎn)樣品、認證、生產(chǎn)、出貨、客訴處理等過程，只是內(nèi)容的繁簡和技術(shù)專業(yè)因產(chǎn)品不同而異。

集成電路制造生產(chǎn)設備與科技

在整個集成電路產(chǎn)業(yè)中，資金投入最多的是晶圓生產(chǎn)工廠的生產(chǎn)設備。一座裝備齊全有經(jīng)濟規(guī)模的先進生產(chǎn)工廠，大概包含有四、五十種用途不同上千臺的精密昂貴設備。這些設備牽涉到很多非常專業(yè)深奧的科技，下面僅對涉及到的類別做簡單介紹，具體細節(jié)暫不一一闡述：

·原子擴散、離子注入退火、和薄膜沉積及生長的高溫爐管；

·薄膜沉積、刻蝕及去除的氣態(tài)化學反應設備；

·表面除污、薄膜刻蝕及去除的液態(tài)化學反應槽；

·薄膜沉積的固態(tài)物理濺射設備；

·高真空、高電壓的離子注入機；

·精密光學成像的曝光機；

·精密拋光的化學機械研磨機；

·成像、成形后的檢驗機臺；

·器件和產(chǎn)品的電性量測機臺等。

一塊集成電路“一生”從無到有，就是在這些設備之間來回反復操作數(shù)百多次的結(jié)果。這些生產(chǎn)技術(shù)的科學原理都很深奧，設備的設計都很復雜精密，因此負責的工程師都必須學有專精，加上在專業(yè)上以“工匠精神”經(jīng)年累月積累經(jīng)驗，才能做到專業(yè)能力與時俱進不掉隊，合格地執(zhí)行制造任務。

技術(shù)取得：自力更生為主，技轉(zhuǎn)、并購為輔

由于歷史的緣故，長期以來多數(shù)國人在心理上和現(xiàn)實上默認為技術(shù)的取得是依賴技術(shù)移轉(zhuǎn)（技轉(zhuǎn)）或并購，造成疏于自行開發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品經(jīng)驗的累積。

技轉(zhuǎn)和并購確實可以比較快得到技術(shù)和市場，這對于應用周期長的技術(shù)或產(chǎn)品或許值得，但是對于變化快的技術(shù)或產(chǎn)品，技轉(zhuǎn)則意味著落后。因為為了保證技轉(zhuǎn)成功量產(chǎn)，技術(shù)來源者提供的技術(shù)或產(chǎn)品一定是已經(jīng)成熟量產(chǎn)有些時候了的，而不是還在優(yōu)化并即將推出的下一代。如果技術(shù)接受方不能很快地接受、吸收、消化、創(chuàng)新、迎頭趕上，來源者將繼續(xù)維持領先的地位，要得到未來新的技術(shù)和產(chǎn)品都必須重新再談。

進一步講，技轉(zhuǎn)或并購的機會并不常有，更何況現(xiàn)在西方國家對中國技轉(zhuǎn)和并購的管控越來越嚴格，要靠技轉(zhuǎn)先拉近差距再圖趕上的機會已越來越不容易。因此，技術(shù)取得必須“以自力更生為主，技轉(zhuǎn)、并購為輔”！

產(chǎn)品推銷：要有過往記錄（trackrecord）證明

集成電路主要的使用者有兩類：一類是用它來組裝通用產(chǎn)品的整機生產(chǎn)廠，另外一類是有特殊應用的專業(yè)客戶。前者的產(chǎn)品要面對廣大的群眾，使用量龐大，發(fā)生差錯的機會大增；后者的使用量雖然小，但是產(chǎn)品很貴重，可靠性很關(guān)鍵。兩者都容不得差錯，否則后果都不堪設想，業(yè)界已經(jīng)有很多教訓。這就是為什么即便是國內(nèi)的整機生產(chǎn)廠，對采用新上市的國產(chǎn)元器件因為還沒有長期大量在市場流通，積累足夠可信的過往記錄（trackrecord），仍然非常保守。然而，沒有被大量采用就無法積累可信的過往記錄，就更加不容易得到訂單！這是典型的“先有雞還是先有蛋”的矛盾！

同樣的矛盾也發(fā)生在國產(chǎn)的集成電路生產(chǎn)設備及材料的供應者商和集成電路生產(chǎn)廠之間，他們也因為同樣的原因難以得到訂單，成長緩慢。

舉國力集眾智共促中國集成電路產(chǎn)業(yè)全方位成長

●腹背受敵，中國集成電路產(chǎn)業(yè)砥礪前行

材料/生產(chǎn)設備、集成電路、整機產(chǎn)品，是由上到下互為上下游的三個層面。材料/生產(chǎn)設備是支持集成電路生產(chǎn)的兩大基礎產(chǎn)業(yè)，而集成電路是整機產(chǎn)品的核心器件。中國是整機生產(chǎn)大國，但卻是材料、生產(chǎn)設備和集成電路三者的生產(chǎn)小國。

先進國家一直以管制對中國輸出上述三者（材料、生產(chǎn)設備和集成電路）的松緊為手段，來限制中國整個集成電路乃至高科技產(chǎn)業(yè)的成長：有時候放松一點，讓中國比較容易取得，以弱化自行發(fā)展的意志和動力，繼續(xù)拉大能力的差距；有時候調(diào)節(jié)銷售數(shù)量，即控制產(chǎn)業(yè)成長的速度又維持使用者采購的渴望。這種外在的管制，使中國整個集成電路制造業(yè)（包括材料、生產(chǎn)設備、集成電路）在不知不覺中被削弱了！雪上加霜地，上述來自內(nèi)部的“雞/蛋”矛盾使削弱又進一步加重！所以說中國整個集成電路產(chǎn)業(yè)的成長長期以來受困于腹背受敵！

●異軍突起，新能源產(chǎn)業(yè)開啟雙贏模式

幸運的是，最近幾年來因為同是半導體的太陽能和LED照明的生產(chǎn)工廠在全國各地遍地開花。這兩個新能源產(chǎn)業(yè)對原材料和生產(chǎn)設備的需求量很大，而規(guī)格要求比集成電路制造相對寬松，使得國產(chǎn)材料和生產(chǎn)設備產(chǎn)業(yè)不但得到很多意想不到的生意，企業(yè)營業(yè)額大幅度成長，量和質(zhì)都得到很大的提升，更因此有機會能夠積累大量的量產(chǎn)過往記錄，增加集成電路生產(chǎn)者采購的信心。

雖然大家都知道太陽能和LED照明兩產(chǎn)業(yè)本身目前的經(jīng)營都還很慘淡，卻帶動了周邊的配套產(chǎn)業(yè)，也間接對集成電路制造的兩大基礎產(chǎn)業(yè)的成長產(chǎn)生了良性“副作用”。這是因為中國市場的體量天生巨大，不但有能力吸收新進產(chǎn)業(yè)本身的成長成本，更可以善用其新需求，讓其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)受惠。

●創(chuàng)新思維：建設“共享”示范工廠

就生產(chǎn)半導體芯片的材料和設備對技術(shù)要求的嚴格程度而言，生產(chǎn)太陽能和LED照明芯片的要求最寬松，然后要求越來越嚴格的順序依次是集成電路產(chǎn)業(yè)的六英寸，再來是八英寸，再其次是早期的十二英寸生產(chǎn)，最后是最先進的十二英寸生產(chǎn)最嚴格。

中國集成電路兩大基礎產(chǎn)業(yè)，材料和設備產(chǎn)業(yè)，固然因為兩個新能源產(chǎn)業(yè)過去的蓬勃發(fā)展，初步舒緩了取得量產(chǎn)過往記錄和銷售的矛盾。但是兩者技術(shù)層次比較低，因此必須考慮到建立在技術(shù)層次更高的各種尺寸的集成電路生產(chǎn)廠，以從中積累真正屬于集成電路的量產(chǎn)過往記錄——踏踏實實地補上我們和世界先進公司相比落下的功課。

過去就是因為太陽能和LED照明企業(yè)在全國各地遍地開花，大量的建設才能有機會積累大量的量產(chǎn)過往記錄。要從真正使用生產(chǎn)集成電路的設備和材料的工廠中得到充分的過往記錄，也必須有大量的集成電路生產(chǎn)工廠。

為達到這個目的，而且不影響正在生產(chǎn)的現(xiàn)成工廠，作者提出由政府或業(yè)界共同投資建設一些以使用各種尺寸的國產(chǎn)設備和材料為原則的產(chǎn)業(yè)示范工廠的想法。在這些工廠里，國內(nèi)所有設備和材料企業(yè)可以把自己開發(fā)中的、試用中的、銷售中的設備產(chǎn)品都集中到這里來，從市場上補以國產(chǎn)還沒有的二手設備，組成一條完整的生產(chǎn)線。在這里，靈活安排并同時進行這些設備和材料的開發(fā)、改良、生產(chǎn)、認證、展示、銷售于集成電路生產(chǎn)之中，同時也利用這些設備做代工生產(chǎn)業(yè)務，實際使用這些設備。這是一個產(chǎn)業(yè)資源整合的，兼具生產(chǎn)與示范功能的量產(chǎn)工廠?？蛻艨勺杂蓞⒂^工廠，根據(jù)自身實際生產(chǎn)情況來從線上進行設備的評估采購。這個工廠既能夠收集大量產(chǎn)品廠內(nèi)國產(chǎn)設備的過往記錄，又節(jié)省了設備引入使用企業(yè)前的現(xiàn)場驗證過程，間接減少了彼此的經(jīng)營成本。在這個共享經(jīng)濟時代，集成電路行業(yè)的發(fā)展理念也應該與時俱進，這樣的一種發(fā)展模式也可以理解為此行業(yè)的“共享”發(fā)展模式，具體細節(jié)將會在后續(xù)文章中詳細闡述。

市場是考驗研發(fā)成果實用性的唯一標準

常常在媒體上看到部分專業(yè)人員急功近利，弄虛作假，其成果不真或無法商業(yè)化，貽誤產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程。所幸經(jīng)過這幾年來中國產(chǎn)業(yè)逐漸升級，產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)的管控也日趨嚴謹，雖然有些不必經(jīng)過市場考驗的專業(yè)的研發(fā)成果仍然存在抄襲作假的事實，幸好為商業(yè)用途而完成的開發(fā)成果，因為不但在開發(fā)過程中要經(jīng)過前述的層層認證，而且最后更要受到市場接受創(chuàng)造業(yè)績的考驗，能通過的必然是貨真價實的。

總而言之，集成電路產(chǎn)業(yè)雖然涉及的專業(yè)廣泛且復雜，但是開發(fā)新產(chǎn)品和經(jīng)營與一般制造業(yè)并無二致，都要經(jīng)過規(guī)格制定、產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、認證等環(huán)節(jié)，有經(jīng)驗的制造業(yè)者，在學有專精的專業(yè)人才協(xié)助下都能經(jīng)營。

為了趕超全球先進的材料和生產(chǎn)設備企業(yè)，本文斗膽拋磚引玉，倡議建設以“共享”模式的示范工廠整合產(chǎn)業(yè)資源，兼具量產(chǎn)與示范功能，來快速積累產(chǎn)品的量產(chǎn)過往記錄，增強使用者有采用國產(chǎn)新產(chǎn)品的信心。

作者簡介：蔡南雄博士曾經(jīng)在美國矽谷Intel和Fairchild擔任IC工藝開發(fā)工程師。從1983年起，蔡博士先后合伙創(chuàng)辦了臺灣茂矽電子公司、江蘇無錫華晶上華半導體公司、臺灣合晶材料有限公司、浙江寧波中緯集成電路以及長沙創(chuàng)芯集成電路有限公司，負責各項專業(yè)工作，以及擔任總經(jīng)理和董事長職務；也曾擔任過香港華智半導體公司、臺灣茂德電子公司、上海宏力半導體公司、及上海北車永電電子科技有限公司總經(jīng)理。

蔡博士曾經(jīng)直接參與五座IC生產(chǎn)工廠及一座矽片生產(chǎn)工廠的興建。并且從事Memory、Logic、IGBT等產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝的研究開發(fā)、工廠管理和產(chǎn)品銷售等企業(yè)管理工作。在國際交流方面，蔡博士曾經(jīng)親自執(zhí)行技術(shù)移轉(zhuǎn)給臺灣/日本/韓國合作伙伴，也曾經(jīng)從德國/日本/美國合作伙伴接受技術(shù)移轉(zhuǎn)。

蔡博士曾獲得臺灣新竹交通大學杰出校友及臺灣十大杰出工程師的榮譽。蔡博士亦曾任職多間港臺上市公司高層，包括臺灣茂矽電子（臺灣上市）、臺灣茂德科技（臺灣上市）、上海宏力半導體廠（香港上市）、寧波中緯、長沙創(chuàng)芯集成電路、臺灣合晶材料有限公司（臺灣上市）、北車永電。

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