集成電路技術的發展趨勢研究

吳相盈

摘要：以集成電路為基礎的電子產業大肆發展，集成電路技術的發展不僅關系到國家經濟發展，同時還關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及其工藝水平指標，并展望了集成電路技術的未來發展趨勢，旨在為相關研究與實踐提供參考。

關鍵詞：集成電路;發展趨勢;工藝技術

中圖分類號：TN40 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0059-02

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，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構就是集成電路[1]。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、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?；a，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[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[3]。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時代發展到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，最后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。

參考文獻

[1]魏語航.集成電路技術的發展趨勢研究[J].科技與創新，2018，（1）：99-100.

[2]王龍興.全球集成電路技術發展趨勢研究[J].集成電路應用，2017，（11）：13-16.

[3]張晨龍.超低功耗集成電路技術研究[J].現代工業經濟和信息化，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