集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢研究

　　摘要：以集成電路為基礎(chǔ)的電子產(chǎn)業(yè)大肆發(fā)展，集成電路技術(shù)的發(fā)展不僅關(guān)系到國家經(jīng)濟發(fā)展，同時還關(guān)系到社會的進步和國家安全。本文簡要分析了集成電路技術(shù)及其工藝水平指標，并展望了集成電路技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，旨在為相關(guān)研究與實踐提供參考。

　　關(guān)鍵詞：集成電路;發(fā)展趨勢;工藝技術(shù)

　　近年來，信息技術(shù)、軟件技術(shù)等高新技術(shù)發(fā)展快速，這與集成電路技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有著密不可分的關(guān)系。集成電路技術(shù)不僅是信息技術(shù)的發(fā)展基石，同時也是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要發(fā)展方向，被認為是二十世紀最偉大的工程技術(shù)之一。我國正處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，集成電路技術(shù)的發(fā)展關(guān)系到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和國家經(jīng)濟、社會的發(fā)展，是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和科技發(fā)展的重中之重。基于此，本文簡要研究了集成電路技術(shù)的基本各項指標和發(fā)展趨勢。

　　1 集成電路工藝水平的指標

　　所謂集成電路，顧名思義，是采用半導體工藝技術(shù)，將二極管、晶體管、電阻、電容、電感元件等電路所需元器件，在一塊或幾塊很小的半導體晶片或介質(zhì)基片上集成制作，并形成完整的電路，最后在管殼中將制作成的電路封裝起來，由此形成的具有電路功能的微型結(jié)構(gòu)就是集成電路[1]。集成電路是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其工藝技術(shù)水平在一定程度上決定著集成電路的產(chǎn)業(yè)水平，下面就簡要介紹衡量集成電路工藝水平的幾個主要指標。

　　1.1 集成度

　　集成電路的集成度是指一個IC芯片上所包含的晶體管的數(shù)量，在芯片面積相同的情況下，集成度越高，意味著集成的元件數(shù)量越多，電路功能也就越強大，芯片速度、可靠性、功耗等性能都有著明顯的提升，同時芯片的成本大大下降，占用重量和體積也有所減小。由此可見，集成度是衡量IC技術(shù)先進性的重要指標。

　　1.2 特征尺寸

　　對于電子元器件來說，其特征尺寸是指半導體器件中的最小尺寸。通過減小特征尺寸，能夠有效提升IC芯片的集成度，優(yōu)化其性能。光刻技術(shù)的發(fā)展是集成電路特征尺寸減小的前提所在，近年來光刻技術(shù)日漸進步，集成電路特征尺寸也越來越小，就目前來看，0.18μm、0.15μm、0.13μm級別的集成電路都已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)�；�生產(chǎn)，而在市場中，65nm和90nm級別的集成芯片也已經(jīng)有了成熟的產(chǎn)品[2]。

　　1.3 晶片直徑

　　為了提升集成電路的集成度，往往需要適當增大芯片面積，但需要注意的是，芯片面積的增大，會導致每個圓片內(nèi)包含的芯片數(shù)量有所減少，從而降低生產(chǎn)效率，導致成本增加。而增加晶片直徑則能夠有效解決這一問題，就目前來看，集成電路主流晶元尺寸為8英寸和12英寸，而14英寸及以上晶元尺寸的研發(fā)和應(yīng)用也是大勢所趨。

　　1.4 封裝

　　IC封裝最早采用插孔封裝方式，為了適應(yīng)電子設(shè)備高密度組裝的需要，表面安裝封裝技術(shù)已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)插孔封裝方式。在一些電子設(shè)備中，采用表面封裝方式能夠有效節(jié)約空間，優(yōu)化性能，降低封裝成本。相較于傳統(tǒng)插孔封裝方式來說，表面封裝下的電路板費用降幅達到了60%之多[3]。此外，近年來系統(tǒng)級封裝技術(shù)的發(fā)展也比較迅速，系統(tǒng)級封裝技術(shù)有利于優(yōu)化系統(tǒng)性能，縮短開發(fā)周期，對于提升封裝效率和降低成本也有著積極的作用。尤其在藍牙模塊、記憶卡、功放器等低成本、小面積、短周期、便攜式的電子產(chǎn)品上，系統(tǒng)封裝技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢十分明顯。

　　2 集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　2.1 特征尺寸逐步縮小

　　從縱向上來看，隨著各種新技術(shù)的發(fā)展，集成電路芯片集成度逐年提高，基本上每三年就能夠提高4倍，而加工特征尺寸不斷縮小，這就是著名的摩爾定律，由Intel公司創(chuàng)始人之一的摩爾博士提出。近年來，集成電路芯片市場競爭日益激烈，積極提升產(chǎn)品性能和性價比是長遠發(fā)展的關(guān)鍵，同時也是IC技術(shù)發(fā)展的推動力。而縮小特征尺寸則有利于提升集成度，從而提升產(chǎn)品性能和性價比。就目前來看，特征尺寸在22nm以下的電路已經(jīng)被生產(chǎn)出來，集成電路正在逐漸接近物理極限。需要注意的是，受到工藝技術(shù)和經(jīng)濟承受力的限制，需要對尺度極限進行界定，雖然現(xiàn)在還沒有明確的定論，但微型化發(fā)展仍然是主要趨勢，集成電路的特征尺寸仍然在按照摩爾定律發(fā)展。尤其隨著IC設(shè)計與工藝技術(shù)的提高，IC規(guī)模主機擴大，復雜度也越來越高，在一個芯片中，集成的晶體管數(shù)量越來越多，集成電路技術(shù)逐漸從3G時代發(fā)展到3T時代，存儲量進一步增大。而集成電路的速度也越來越快，數(shù)據(jù)傳輸速度從Gbps發(fā)展到Tbps。在近50年內(nèi)，IC技術(shù)發(fā)展快速，IC技術(shù)設(shè)計規(guī)則越來越小，而晶體管價格也逐步降低，這也是集成電路的發(fā)展趨勢。

　　2.2 系統(tǒng)集成芯片

　　系統(tǒng)集成芯片也稱為SOC，其能夠?qū)⑽⑻幚砥鳌⒛�擬IP核、數(shù)字IP核及片外存儲器控制結(jié)構(gòu)等各種功能結(jié)合在一起，以此來提升電路系統(tǒng)設(shè)計的穩(wěn)定性，還有利于降低功耗，從而有效解決傳統(tǒng)集成電路能耗高、穩(wěn)定性差的問題，在未來發(fā)展的過程中，必將引起以芯片為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命。

　　2.3 新材料、新技術(shù)的涌現(xiàn)

　　在集成電路所有材料中，鍺是最先投入使用的，之后是硅。對于光電器件等特種集成電路來說，一般會使用一些化合物半導體材料，如硫化鎘、砷化鎵等。相較于其他材料來說，硅材料在電學、物理等性能及成本方面有著較大的優(yōu)越性，這也使得其成為當前集成電路的主流材料。硅單晶材料也處于不斷發(fā)展中，硅圓片直徑逐漸增大，目前已經(jīng)達到了16和18英寸的水平。

　　2.4 新領(lǐng)域的應(yīng)用

　　當今時代是信息時代，而集成電路也在信息時代下迎來了新的發(fā)展高峰，尤其隨著集成電路各種關(guān)鍵技術(shù)的成熟，其在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越廣泛，在智能手機、智能汽車、聯(lián)動安防等各個新領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展也值得期待。隨著智能手機的不斷發(fā)展，新的手機芯片設(shè)計技術(shù)也越來越受到關(guān)注，其中的關(guān)鍵在于適應(yīng)計算，采用適應(yīng)計算技術(shù)能有效刷新芯片實線電路，相較于當前固定不變的芯片來說，單個芯片即可實現(xiàn)幾個芯片的功能，同時有利于提升芯片速度，降低成本和功耗。此外，在視覺修復、火車站安防系統(tǒng)、人臉識別、汽車智能等領(lǐng)域，集成電路技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，已經(jīng)逐步深入到人們生活的各個方面。

　　推薦閱讀：《中國集成電路》(月刊)創(chuàng)刊于1992年，是由中國信息產(chǎn)業(yè)部主管，中國半導體行業(yè)協(xié)會/集成電路設(shè)計分會主辦的全國性專業(yè)電子刊物。

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