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近年来,信息技术、软件技术等高新技术发展快速,这与集成电路技术的发展和应用有着密不可分的关系。集成电路技术不仅是信息技术的发展基石,同时也是计算机网络技术的主要发展方向,被认为是二十世纪最伟大的工程技术之一。我国正处于经济转型的关键时期,集成电路技术的发展关系到传统产业转型升级和国家经济、社会的发展,是现代产业和科技发展的重中之重。基于此,本文简要研究了集成电路技术的基本各项指标和发展趋势。
1.集成电路工艺水平的指标
所谓集成电路,顾名思义,是采用半导体工艺技术,将二极管、晶体管、电阻、电容、电感元件等电路所需元器件,在一块或几块很小的半导体晶片或介质基片上集成制作,并形成完整的电路,在管壳中将制作成的电路封装起来,由此形成的具有电路功能的微型结构就是集成电路。集成电路是国家经济发展的重要基础产业,其工艺技术水平在一定程度上决定着集成电路的产业水平,下面就简要介绍衡量集成电路工艺水平的几个主要指标。
1.1集成度
集成电路的集成度是指一个IC芯片上所包含的晶体管的数量,在芯片面积相同的情况下,集成度越高,意味着集成的元件数量越多,电路功能也就越强大,芯片速度、性、功耗等性能都有着明显的提升,同时芯片的成本大大下降,占用重量和体积也有所减小。由此可见,集成度是衡量IC技术先进性的重要指标。
1.2特征尺寸
对于电子元器件来说,其特征尺寸是指半导体器件中的最小尺寸。通过减小特征尺寸,能够有效提升IC芯片的集成度,优化其性能。光刻技术的发展是集成电路特征尺寸减小的前提所在,近年来光刻技术日渐进步,集成电路特征尺寸也越来越小,就目前来看,0.18μm、0.15μm、0.13μm级别的集成电路都已经实现了规模化生产,而在市场中,65nm和90nm级别的集成芯片也已经有了成熟的产品。
1.3晶片直径
为了提升集成电路的集成度,往往需要适当增大芯片面积,但需要注意的是,芯片面积的增大,会导致每个圆片内包含的芯片数量有所减少,从而降低生产效率,导致成本增加。而增加晶片直径则能够有效解决这一问题,就目前来看,集成电路主流晶元尺寸为8英寸和12英寸,而14英寸及以上晶元尺寸的研发和应用也是大势所趋。
1.4封装
IC封装最早采用插孔封装方式,为了适应电子设备高密度组装的需要,表面安装封装技术已经逐步取代传统插孔封装方式。在一些电子设备中,采用表面封装方式能够有效节约空间,优化性能,降低封装成本。相较于传统插孔封装方式来说,表面封装下的电路板费用降幅达到了60%之多。此外,近年来系统级封装技术的发展也比较迅速,系统级封装技术有利于优化系统性能,缩短开发周期,对于提升封装效率和降低成本也有着积极的作用。尤其在蓝牙模块、记忆卡、功放器等低成本、小面积、短周期、便携式的电子产品上,系统封装技术的应用优势十分明显。
2.集成电路技术的发展趋势
2.1特征尺寸逐步缩小
从纵向上来看,随着各种新技术的发展,集成电路芯片集成度逐年提高,基本上每三年就能够提高4倍,而加工特征尺寸不断缩小,这就是著名的摩尔定律,由Intel公司创始人之一的摩尔博士提出。近年来,集成电路芯片市场竞争日益激烈,积极提升产品性能和性价比是长远发展的关键,同时也是IC技术发展的推动力。而缩小特征尺寸则有利于提升集成度,从而提升产品性能和性价比。就目前来看,特征尺寸在22nm以下的电路已经被生产出来,集成电路正在逐渐接近物理极限。需要注意的是,受到工艺技术和经济承受力的限制,需要对尺度极限进行界定,虽然现在还没有明确的定论,但微型化发展仍然是主要趋势,集成电路的特征尺寸仍然在按照摩尔定律发展。尤其随着IC设计与工艺技术的提高,IC规模主机扩大,复杂度也越来越高,在一个芯片中,集成的晶体管数量越来越多,集成电路技术逐渐从3G时展到3T时代,存储量进一步增大。而集成电路的速度也越来越快,数据传输速度从Gbps发展到Tbps。在近50年内,IC技术发展快速,IC技术设计规则越来越小,而晶体管价格也逐步降低,这也是集成电路的发展趋势。
2.2系统集成芯片
系统集成芯片也称为SOC,其能够将微处理器、模拟IP核、数字IP核及片外存储器控制结构等各种功能结合在一起,以此来提升电路系统设计的稳定性,还有利于降低功耗,从而有效解决传统集成电路能耗高、稳定性差的问题,在未来发展的过程中,必将引起以芯片为核心的电子信息产业的技术革命。
2.3新材料、新技术的涌现
在集成电路所有材料中,锗是投入使用的,之后是硅。对于光电器件等特种集成电路来说,一般会使用一些化合物半导体材料,如硫化镉、砷化镓等。相较于其他材料来说,硅材料在电学、物理等性能及成本方面有着较大的优越性,这也使得其成为当前集成电路的主流材料。硅单晶材料也处于不断发展中,硅圆片直径逐渐增大,目前已经达到了16和18英寸的水平。
2.4新领域的应用
当今时代是信息时代,而集成电路也在信息时代下迎来了新的发展高峰,尤其随着集成电路各种关键技术的成熟,其在各个领域中的应用也越来越广泛,在智能手机、智能汽车、联动安防等各个新领域中的应用和发展也值得期待。随着智能手机的不断发展,新的手机芯片设计技术也越来越受到关注,其中的关键在于适应计算,采用适应计算技术能有效刷新芯片实线电路,相较于当前固定不变的芯片来说,单个芯片即可实现几个芯片的功能,同时有利于提升芯片速度,降低成本和功耗。此外,在视觉修复、火车站安防系统、人脸识别、汽车智能等领域,集成电路技术的应用也越来越广泛,已经逐步深入到人们生活的各个方面。
3.结语
综上所述,纵观近年来世界电子信息新兴技术和产业的发展历史我们可以发现,集成电路是当代电子信息技术的核心和发展基础,关系到国家国民经济和社会的发展,是典型的基础性、战略性和先导性产业。本文简要介绍了集成电路的概念,对集成电路工艺技术水平指标进行了梳理和归纳,展望了其未来发展趋势,旨在进一步促进集成电路技术的发展。
