吳相盈

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)

中圖分類號(hào)：TN40 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）11-0059-02

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(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，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)于電子元器件來說，其特征尺寸是指半導(dǎo)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(jìn)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(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(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)插孔封裝方式來說，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(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(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)雜度也越來越高，在一個(gè)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(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(duì)于光電器件等特種集成電路來說，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。相較于其他材料來說，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說，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)用也越來越廣泛，已經(jīng)逐步深入到人們生活的各個(gè)方面。

3 結(jié)語

綜上所述，縱觀近年來世界電子信息新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史我們可以發(fā)現(xiàn)，集成電路是當(dāng)代電子信息技術(shù)的核心和發(fā)展基礎(chǔ)，關(guān)系到國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，是典型的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。本文簡(jiǎn)要介紹了集成電路的概念，對(duì)集成電路工藝技術(shù)水平指標(biāo)進(jìn)行了梳理和歸納，最后展望了其未來發(fā)展趨勢(shì)，旨在進(jìn)一步促進(jìn)集成電路技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]魏語航.集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)研究[J].科技與創(chuàng)新，2018，（1）：99-100.

[2]王龍興.全球集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究[J].集成電路應(yīng)用，2017，（11）：13-16.

[3]張晨龍.超低功耗集成電路技術(shù)研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2016，（16）：27-28+44.

Research on the Development Trend of Integrated Circuit Technology

WU Xiang-ying

（Dongying Shengli No.1 Middle School ， Dongying Shandong? 257051）

Abstract：The electronic industry based on integrated circuits is developing rapidly， The development of integrated circuit technology is not only related to national economic development， but also to social progress and national security. In this paper the integrated circuit technology and its technological level indicators are briefly analyzed， and the future development trend of integrated circuit technology is prospected， in order to provide reference for related research and practice.

Key words：integrated circuit; development trend; process technology