半導體產業鏈的上中下游，各在做什麼？

半導體產業鏈（也叫半導體供應鏈）是一顆晶片從無到有，一路經過的一長串公司：從材料和機台、設計軟體、晶片設計、光罩、晶圓廠、封裝測試，一直到把晶片裝進產品的公司。新聞說的「上中下游」，就是把這一串切成三段；怎麼切，各地的說法不太一樣，後面兩種都會講。

「半導體入門」用一張表帶過這幾段；這篇一站一站走完，每站講三件事：做什麼、為什麼常是別家做、少了會怎樣。

一顆晶片從無到有，要經過哪些公司？

第 1 站：材料和機台

• 做什麼：晶圓廠要用空白的晶圓（由專做矽晶圓的公司把矽長成晶棒、切片、拋光）、各種氣體和化學藥液、塗在晶圓上怕光的光阻、磨平用的研磨液；封測廠要承載晶片的基板、接線用的細金屬線、包在外面的塑膠。機台由設備商做。
• 為什麼是別家做：把一種氣體做到極純、做出一台曝光機，都是一門專業；一家供應商賣給很多座廠，才攤得開。
• 少了會怎樣：少了一種常用的氣體或藥液，用到它的那幾步就得停，後面的晶圓全卡住。

第 2 站：設計軟體和矽智財

• 做什麼：設計晶片要用專門的軟體，叫 EDA（EDA 是什麼？）；很多晶片裡也放了別人設計好、買來直接用的電路區塊，叫矽智財，英文 IP（矽智財（IP）是什麼？）。像蓋房子：圖用買來的軟體畫，門窗買現成的。
• 為什麼是別家做：同一套軟體、同一個區塊，可以賣給很多家設計公司，不用每一家都從頭寫。
• 少了會怎樣：沒有設計軟體，晶片裡那麼多開關畫不出來，也沒辦法檢查。

第 3 站：IC 設計

• 做什麼：決定晶片要做什麼，在電腦上設計電路、檢查很多遍，再把最後的設計圖交出去，這叫下線（下線（tape-out）是什麼？、晶片是怎麼設計出來的？）。
• 為什麼是別家做：設計靠的是人和軟體，不用蓋廠，小公司也做得來；很多設計公司自己沒有晶圓廠，英文叫 fabless。
• 少了會怎樣：檢查不夠，下線之後才發現設計錯了，就得改設計、重做光罩，又貴、又要多等好幾個月。

第 4 站：光罩

• 做什麼：把設計圖做成一套光罩，也就是曝光用的「底片」。晶片每一層圖案至少一片，一套常有幾十片（光罩是什麼？）。
• 為什麼是別家做：光罩要用電子束或雷射一筆一筆寫，再檢查、修補，用的是另一套機台和本事，所以在專門的光罩廠做：有的是晶圓廠自己的，有的專門替別人做。
• 少了會怎樣：光罩沒到，晶圓廠就沒辦法開工；光罩上多一個缺陷，每一格的同一個位置都會跟著出錯。

第 5 站：晶圓製造

• 做什麼：晶圓廠照著光罩，讓晶圓走幾百道步驟，一層一層做出電路，要幾週到幾個月（晶片是怎麼做出來的？）。
• 為什麼是別家做：這是整條鏈裡最花錢的一段，蓋一座先進的晶圓廠要以年來算。一家公司的晶片常填不滿一座廠，所以有替很多家做的代工廠，也有自己設計、自己做的 IDM（新聞說的 IC 設計、晶圓代工、IDM 差在哪？）。
• 少了會怎樣：一座廠停下來，裡面每一家客戶的晶片都會晚；想多做也急不來，要從投片重新走（一片晶圓要做多久？）。

第 6 站：封裝和測試

• 做什麼：做好的晶圓先用針測把每一顆測過，再切開、裝進外殼，包好再測一次；有的會連同電阻、電容這些小零件，包成一個小模組（SiP，見「SiP 是什麼？」）。這一段叫封測，常在專門的封測廠做（OSAT 是什麼？）。
• 為什麼是別家做：用的機台、材料跟晶圓廠很不一樣，封裝的種類又多；一家封測廠接很多客戶，機台才用得滿。
• 少了會怎樣：沒有機台包、沒有基板可用，做好的晶圓只能等；測試要是省掉，壞的晶片就會跑到客戶手上。

第 7 站：裝進產品，到你手上

• 做什麼：包好的晶片或模組焊到電路板上，再裝進手機、電腦、車子。組裝常交給專門的電子代工廠。
• 為什麼是別家做：一個產品裡的晶片來自很多家，組裝又是另一套工廠。
• 少了會怎樣：一台車裡有很多顆晶片，少了一顆不貴的，整台車就做不完。

合起來看：每一段要的錢差很多（設計花的多半是人和軟體，晶圓廠最燒錢），本事也完全不同；一家專做一段、服務很多客戶，才攤得開。這些公司怎麼接起來，可以讀「IC 設計公司怎麼跟晶圓廠合作？」。

上中下游怎麼分？兩種常見的說法

「上游」「下游」是拿河流來比：晶片從設計、製造一路流到產品。從哪裡切成三段，各地說法不太一樣，常見的有兩種：

	上游	中游	下游
第一種：照一顆晶片怎麼做出來分	IC 設計（有的把矽智財也算進來）	晶圓製造	封裝測試
第二種：照整個產業分	材料、機台、設計軟體、矽智財	做出晶片：設計、製造、封測	把晶片用進產品：手機、電腦、車子

第一種在有些地方的新聞上很常見，只看做出一顆晶片的三段；材料和機台有的另外算，有的併進上游。第二種站得比較遠：做出晶片的幾段都在中間，供東西給它們的是上游，用晶片的是下游。所以看到「上游」，先看作者用的是哪一種：可能是設計公司，也可能是材料商。

斷了一環，為什麼整條都會慢？

這條鏈一段接一段：前一段沒交出來，後一段就沒東西做，最慢的那一段決定產品什麼時候做得完。斷了也很難馬上補回來：

• 不能說換就換：材料、機台、封測廠，換之前都要先小量試做，確認做出來一樣（晶圓廠的變更管理是什麼？）。
• 補回來要很久：晶圓從投片到做完要幾週到幾個月，蓋新的廠要以年來算。
• 少一顆就卡住：幾年前晶片缺貨的時候，各地都有車廠因為缺晶片而減產（新聞說的「成熟製程」是什麼？）。

在 fab24hr 裡

主線「晶片的一生」跟著一顆虛構的助聽器晶片「螢火」，走過這條鏈的好幾站：序章「下線」，一家小公司把設計交給晶圓廠，做成一套光罩；第一幕在研發線試產，第二幕在量產廠，第三幕在封測廠測過、裝進比指甲還小的模組，終章裝進一副助聽器，交到沈爸爸手上。圖鑑裡的晶片履歷，也照這五段排。

研發線還有一個位子是設備商的駐廠工程師，顧一台新的蝕刻機，從驗機顧到客戶簽驗收：按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「研發線」，左右滑到這個工作。在量產廠當黃光或 CMP 的製程工程師、當廠務，有時會碰到供應商送來的東西出狀況，例如新一批光阻、一瓶氣體的分析證明對不上。遊戲裡的公司、晶片和人物都是虛構的；產業鏈怎麼分工，照公開的一般資料寫，每家公司的做法都不一樣。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。