本文摘要：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(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)還關(guān)系到社會(huì)的進(jìn)步和國(guó)家安全。本文簡(jiǎn)要分析了集成電路技術(shù)及其工藝水平指標(biāo)，并展望了集成電路技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，旨在為相關(guān)研究與實(shí)踐提供參考。 關(guān)鍵詞：集
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(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)還關(guān)系到社會(huì)的進(jìn)步和國(guó)家安全。本文簡(jiǎn)要分析了集成電路技術(shù)及其工藝水平指標(biāo)，并展望了集成電路技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，旨在為相關(guān)研究與實(shí)踐提供參考。
關(guān)鍵詞：集成電路;發(fā)展趨勢(shì);工藝技術(shù)
近年來(lái)，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(shí)也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要發(fā)展方向，被認(rèn)為是二十世紀(jì)最偉大的工程技術(shù)之一。我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)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(jí)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和科技發(fā)展的重中之重�；诖�，本文簡(jiǎn)要研究了集成電路技術(shù)的基本各項(xiàng)指標(biāo)和發(fā)展趨勢(shì)。
1 集成電路工藝水平的指標(biāo)
所謂集成電路，顧名思義，是采用半導(dǎo)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(dǎo)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(lái)，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(guó)家經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)要介紹衡量集成電路工藝水平的幾個(gè)主要指標(biāo)。
1.1 集成度
集成電路的集成度是指一個(gè)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(qiáng)大，芯片速度、可靠性、功耗等性能都有著明顯的提升，同時(shí)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(jìn)性的重要指標(biāo)。
1.2 特征尺寸
對(duì)于電子元器件來(lái)說(shuō)，其特征尺寸是指半導(dǎo)體器件中的最小尺寸。通過(guò)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(lái)光刻技術(shù)日漸進(jìn)步，集成電路特征尺寸也越來(lái)越小，就目前來(lái)看，0.18μm、0.15μm、0.13μm級(jí)別的集成電路都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)�；a(chǎn)，而在市場(chǎng)中，65nm和90nm級(jí)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(dāng)增大芯片面積，但需要注意的是，芯片面積的增大，會(huì)導(dǎo)致每個(gè)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(dǎo)致成本增加。而增加晶片直徑則能夠有效解決這一問(wèn)題，就目前來(lái)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(shì)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(lái)說(shuō)，表面封裝下的電路板費(fèi)用降幅達(dá)到了60%之多[3]。此外，近年來(lái)系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)的發(fā)展也比較迅速，系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)有利于優(yōu)化系統(tǒng)性能，縮短開發(fā)周期，對(duì)于提升封裝效率和降低成本也有著積極的作用。尤其在藍(lán)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(shì)十分明顯。
2 集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
2.1 特征尺寸逐步縮小
從縱向上來(lái)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(lái)，集成電路芯片市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，積極提升產(chǎn)品性能和性價(jià)比是長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵，同時(shí)也是IC技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)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(jià)比。就目前來(lái)看，特征尺寸在22nm以下的電路已經(jīng)被生產(chǎn)出來(lái)，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(jì)承受力的限制，需要對(duì)尺度極限進(jìn)行界定，雖然現(xiàn)在還沒(méi)有明確的定論，但微型化發(fā)展仍然是主要趨勢(shì)，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(jì)與工藝技術(shù)的提高，IC規(guī)模主機(jī)擴(kuò)大，復(fù)雜度也越來(lái)越高，在一個(gè)芯片中，集成的晶體管數(shù)量越來(lái)越多，集成電路技術(shù)逐漸從3G時(shí)代發(fā)展到3T時(shí)代，存儲(chǔ)量進(jìn)一步增大。而集成電路的速度也越來(lái)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(jì)規(guī)則越來(lái)越小，而晶體管價(jià)格也逐步降低，這也是集成電路的發(fā)展趨勢(shì)。
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�、模擬IP核、數(shù)字IP核及片外存儲(chǔ)器控制結(jié)構(gòu)等各種功能結(jié)合在一起，以此來(lái)提升電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(wèn)題，在未來(lái)發(fā)展的過(guò)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(duì)于光電器件等特種集成電路來(lái)說(shuō)，一般會(huì)使用一些化合物半導(dǎo)體材料，如硫化鎘、砷化鎵等。相較于其他材料來(lái)說(shuō)，硅材料在電學(xué)、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(dāng)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(dá)到了16和18英寸的水平。
2.4 新領(lǐng)域的應(yīng)用
當(dāng)今時(shí)代是信息時(shí)代，而集成電路也在信息時(shí)代下迎來(lái)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(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在智能手機(jī)、智能汽車、聯(lián)動(dòng)安防等各個(gè)新領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展也值得期待。隨著智能手機(jī)的不斷發(fā)展，新的手機(jī)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)也越來(lái)越受到關(guān)注，其中的關(guān)鍵在于適應(yīng)計(jì)算，采用適應(yīng)計(jì)算技術(shù)能有效刷新芯片實(shí)線電路，相較于當(dāng)前固定不變的芯片來(lái)說(shuō)，單個(gè)芯片即可實(shí)現(xiàn)幾個(gè)芯片的功能，同時(shí)有利于提升芯片速度，降低成本和功耗。此外，在視覺(jué)修復(fù)、火車站安防系統(tǒng)、人臉識(shí)別、汽車智能等領(lǐng)域，集成電路技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，已經(jīng)逐步深入到人們生活的各個(gè)方面。
推薦閱讀：《中國(guó)集成電路》(月刊)創(chuàng)刊于1992年，是由中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部主管，中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)/集成電路設(shè)計(jì)分會(huì)主辦的全國(guó)性專業(yè)電子刊物。
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