晶片是什麼？跟晶圓、積體電路、半導體差在哪

晶片，就是在一小片矽上，做出很多電晶體和連接它們的導線，連成一整個電路。它的正式名字叫「積體電路」，英文是 integrated circuit，縮寫 IC。晶圓是做晶片用的那一大片圓形矽片：一片晶圓上，同時做幾十顆到上萬顆晶片，切開之後才是一顆一顆。至於半導體，是做晶片的材料，也是整個產業的名字。

四個詞的關係，可以用一整張郵票來想：印好的一整張是晶圓，上面一格一格排著同一個圖案，每一格就是一顆晶片，沿著齒孔撕下來，才是一張一張。郵票印在紙上，晶片做在半導體上，大多是矽。

晶片裡面到底有什麼？

晶片裡最多的東西是電晶體。它是一個用電控制的小開關：通了是 1，斷了是 0（怎麼開關，可以讀「電晶體是什麼？」）。一個開關能做的事很少，要很多個照設計接在一起，才算得出東西、記得住資料。

所以晶片裡另一樣重要的東西，是導線。電晶體做在最底下，上面一層一層疊著很細的金屬導線，把開關接起來。像一棟大樓：一樓排滿了開關，樓上好幾層都是走廊和樓梯；最先進的晶片，導線可以疊到十層以上。另外還有一些小電阻、小電容，也一起做在同一片上。

這些全部擠在一小塊矽上。一顆晶片的大小，從比一粒米還小，到跟指甲差不多、甚至更大都有；一顆手機的處理器晶片上，現在有上百億個電晶體，最細的導線比頭髮細上千倍。

為什麼叫「積體」電路？

「積體」的意思，是把很多東西集中成一體。

在積體電路出現以前，電路是用一顆一顆分開的零件做的：電晶體一顆、電阻一顆、電容一顆，再用導線一個一個焊在板子上。零件一多，焊點就多；只要一個焊點沒接好，整台機器就可能不動。

1950 年代末，有工程師想到一個辦法：把所有零件和它們之間的導線，一起做在同一片半導體上。不用再一顆一顆焊，而是在整片上一次做出來。這就是積體電路。後來零件越做越小，一片上從只有幾個，變成現在的上百億個。

同一件事，中國大陸叫「集成電路」，日文叫「集積回路」，意思都一樣。

晶片和晶圓差在哪？

晶圓是一片圓形的薄矽片，現在最常見的直徑是 30 公分（12 吋）。它為什麼是圓的，可以讀「晶圓為什麼是圓的？」。

晶片不是一顆一顆分開做的。晶圓廠把同一個晶片的設計，像棋盤一樣排滿整片晶圓，所有晶片一起做、一起做完。一片放得下幾顆，看晶片多大：指甲大小的，一片大約幾百顆；只有一兩公釐見方的很小的晶片，一片可以有上萬顆；很大的晶片，一片只放得下幾十顆。

晶片和晶片之間，留著一條條很細的縫。做完之後，先在晶圓上把每一顆測過，再沿著這些縫切開，才變成一顆一顆。切下來、還沒包起來的那一小片，業界叫它 die，中文叫晶粒或裸晶。最後再裝進外殼保護起來，就是封裝（封裝是什麼？）。

一句話：晶圓是一整張，晶片是其中一格。

晶片、芯片、IC、die，是同一個東西嗎？

大致上是同一個東西，只是用的地方不一樣：

• 晶片：台灣的說法。英文 chip 原本的意思是「碎片、一小片」，說的就是這一小片矽。
• 芯片：中國大陸的說法，跟晶片是同一個東西。
• 積體電路、IC：正式的名字。它說的比較是「做法」：所有零件和導線一起做在同一片上。業界和新聞常用，例如「IC 設計」。
• die（晶粒、裸晶）：從晶圓切下來、還沒封裝的那一小片。

還有一個常見的混用：日常說的「晶片」，有時是指那一小片矽，有時是指電路板上那顆黑色的小方塊。嚴格說，黑色小方塊是包好的晶片，真正的晶片在裡面。

晶片和半導體是同一件事嗎？

不是。半導體是一種材料：導電能力在導體和絕緣體中間，而且導不導電可以控制，最常用的是矽（為什麼叫「半」導體，可以讀「半導體是什麼？」）。晶片，是用這種材料做出來的東西。新聞上說的「半導體」，常常是在說整個做晶片的產業。

晶片有哪幾種？

很多種，粗分幾類：負責算的處理器（也叫邏輯晶片）、負責記的記憶體、把電池的電分成各部分要用的電壓的電源管理晶片、把光和聲音變成電訊號的感測器，還有收發無線訊號的通訊晶片。一支手機裡，這幾種都有。處理器和記憶體差在哪，之後會另外寫一篇。

一顆晶片是怎麼做出來的？

大致分四步：

1. 設計：工程師用電腦設計電路，決定要放哪些開關、怎麼接，在電腦上模擬、檢查很多遍。確定了，就把設計圖交出去，做成光罩（印電路用的底片，每一層圖案一片），這叫下線。下線之後再改，就得重做光罩。
2. 晶圓廠製造：投片之後，晶圓在廠裡走上百道步驟：印圖案、照著刻、長一層膜、磨平，一層一層做出電晶體和導線，要幾週到幾個月（晶圓廠七個製程區各在做什麼？）。
3. 封裝測試（封測）：先在晶圓上把每一顆都測過（針測），再切開、封裝，封好再測一次（成品測試），好的才出貨。
4. 裝進產品：焊到電路板上，裝進手機、電腦、車子和家電。

這四步常常是不同的公司做：有的公司只設計晶片、不自己蓋廠；有的晶圓廠專門幫別人做晶片；封裝測試也有專門的工廠。

在 fab24hr 裡

fab24hr 的主線「晶片的一生」，跟著一顆虛構的助聽器晶片「螢火」走完這整條路。它是一家做助聽器的小公司自己設計的。第一次玩主線，會先看到序章「下線」：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，急件 H-2417 那一盒晶圓上，做的就是它；第三幕在封測廠，測過、切開、封好、再測一次；終章，它裝進一副助聽器，交到沈爸爸手上。圖鑑「晶片的一生」那一頁有它的晶片履歷，標著它現在走到哪一段。

遊戲裡的晶圓直徑 30 公分，一盒 25 片。公司、晶片、人物和數字都是虛構的；晶片是什麼、怎麼做出來，照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。