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近年來,信息技術、軟件技術等高新技術發展快速,這與集成電路技術的發展和應用有著密不可分的關系。集成電路技術不僅是信息技術的發展基石,同時也是計算機網絡技術的主要發展方向,被認為是二十世紀最偉大的工程技術之一。我國正處于經濟轉型的關鍵時期,集成電路技術的發展關系到傳統產業轉型升級和國家經濟、社會的發展,是現代產業和科技發展的重中之重。基于此,本文簡要研究了集成電路技術的基本各項指標和發展趨勢。
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,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基片上集成制作,并形成完整的電路,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構就是集成電路。集成電路是國家經濟發展的重要基礎產業,其工藝技術水平在一定程度上決定著集成電路的產業水平,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量越多,電路功能也就越強大,芯片速度、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,優化其性能。光刻技術的發展是集成電路特征尺寸減小的前提所在,近年來光刻技術日漸進步,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實現了規模化生產,而在市場中,65nm和90nm級別的集成芯片也已經有了成熟的產品。
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,會導致每個圓片內包含的芯片數量有所減少,從而降低生產效率,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和應用也是大勢所趨。
1.4封裝
IC封裝最早采用插孔封裝方式,為了適應電子設備高密度組裝的需要,表面安裝封裝技術已經逐步取代傳統插孔封裝方式。在一些電子設備中,采用表面封裝方式能夠有效節約空間,優化性能,降低封裝成本。相較于傳統插孔封裝方式來說,表面封裝下的電路板費用降幅達到了60%之多。此外,近年來系統級封裝技術的發展也比較迅速,系統級封裝技術有利于優化系統性能,縮短開發周期,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、便攜式的電子產品上,系統封裝技術的應用優勢十分明顯。
2.集成電路技術的發展趨勢
2.1特征尺寸逐步縮小
從縱向上來看,隨著各種新技術的發展,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,積極提升產品性能和性價比是長遠發展的關鍵,同時也是IC技術發展的推動力。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以下的電路已經被生產出來,集成電路正在逐漸接近物理極限。需要注意的是,受到工藝技術和經濟承受力的限制,需要對尺度極限進行界定,雖然現在還沒有明確的定論,但微型化發展仍然是主要趨勢,集成電路的特征尺寸仍然在按照摩爾定律發展。尤其隨著IC設計與工藝技術的提高,IC規模主機擴大,復雜度也越來越高,在一個芯片中,集成的晶體管數量越來越多,集成電路技術逐漸從3G時展到3T時代,存儲量進一步增大。而集成電路的速度也越來越快,數據傳輸速度從Gbps發展到Tbps。在近50年內,IC技術發展快速,IC技術設計規則越來越小,而晶體管價格也逐步降低,這也是集成電路的發展趨勢。
2.2系統集成芯片
系統集成芯片也稱為SOC,其能夠將微處理器、模擬IP核、數字IP核及片外存儲器控制結構等各種功能結合在一起,以此來提升電路系統設計的穩定性,還有利于降低功耗,從而有效解決傳統集成電路能耗高、穩定性差的問題,在未來發展的過程中,必將引起以芯片為核心的電子信息產業的技術革命。
2.3新材料、新技術的涌現
在集成電路所有材料中,鍺是投入使用的,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展中,硅圓片直徑逐漸增大,目前已經達到了16和18英寸的水平。
2.4新領域的應用
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展高峰,尤其隨著集成電路各種關鍵技術的成熟,其在各個領域中的應用也越來越廣泛,在智能手機、智能汽車、聯動安防等各個新領域中的應用和發展也值得期待。隨著智能手機的不斷發展,新的手機芯片設計技術也越來越受到關注,其中的關鍵在于適應計算,采用適應計算技術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、人臉識別、汽車智能等領域,集成電路技術的應用也越來越廣泛,已經逐步深入到人們生活的各個方面。
3.結語
綜上所述,縱觀近年來世界電子信息新興技術和產業的發展歷史我們可以發現,集成電路是當代電子信息技術的核心和發展基礎,關系到國家國民經濟和社會的發展,是典型的基礎性、戰略性和先導性產業。本文簡要介紹了集成電路的概念,對集成電路工藝技術水平指標進行了梳理和歸納,展望了其未來發展趨勢,旨在進一步促進集成電路技術的發展。
