我国混合集成电路行业技术现状及发展对策研究

陈世杰 肖尧

摘 要：当前我国混合集成电路发展较为缓慢，引进了国外先进的制造技术，并将其转化为我国只有的技术，但是由于我国长期以来受到国外的技术壁垒，使得我国混合集成电路的发展并不十分顺利，本文重点介绍了混合HIC国外发展状况，并对HIC的关键技术的研究状况进行了介绍，对我国混合集成电路的发展状况进行了详细描述，并指出了不足之处，提出了如何提高我国混合集成电路发展水平的几个方法，并制定了我国混合集成电路未来的发展方向，同时对关键技术提出了技术要求。

关键词：混合集成电路;MCM;SIP

混合电路又称为HIC，它是微电子技术一个分支，伴随着我国经济建设的不断发展，集成电路发展和半导体的发展过程相类似，都是由军用产品转向民用产品。由于军事化装备的要求，使得军方需要有一种性能优越、功能齐全、可靠性高的的设备而传统电子设备体积庞大、功能单一，已经完全无法满足军队的使用要求，再加上计算机运行速度每两年就要提高一倍，因此就使得科学家不得不将电子元件进行小型化、微型化。由于军方对于计算机需求越来越高，迫切需要将电路进行集成，于是就出现混合电路集成。随着科学技术的进步，到了上个世纪八十年代末期，电子管等相关元器件已经得到广泛发展，使得混合集成电路逐渐成为家电业、汽车业、通讯业以及其他行业的宠儿，尤其是当HIC-MIC的研制成功，该产品不仅仅是电路的集成，已经初步具备了系统功能，其功能十分强大。通常HIC有两种形式，一种是厚膜混合集成电路，另外一种是薄膜混合集成电路。两种HIC的出现，这是混合集成电路的两个主要发展方向。

1 国内外混合集成电路的发展状况

由于国外在集成电路方面起步较早，因而其发展更为迅速现在已经进入到一个新的历史发展时期。随着越来越多智能化设备的出现，如智能手机、智能手表、智能机器人等，这些只能胡设备都离不开大规模的混合集成电路，有了HIC，使得电路板越来越小，从而在很小的设备上，制造出高度智能化的产品。随着摩尔定律不断向前发展是，使得HIC 也在不断的发展着，从而使得混合电路朝着MCM和SIP方向发展，这样就实现了系统封装。

MCM就是将不同的LSI芯片和VLSI芯片通过特殊的组装工艺，从而将其安装在多层互连的基板上，并将MCM直接封装再同一个外壳上，通过这种方式制作出来的电子产品，其具有性能高、稳定性好、可靠性高的特点。从MCM和HIC相比较而言，就可以得到当前MCM已经大大缩短了互联的长度，提高了信号的强度，同时体积也大幅度的缩小了，MCM的可靠性和稳定性远远高于HIC，从世界范围内来看，MCM已经成为应用最为广泛的混合集成电路，它已经充分发挥了混合电路的功能，从而使得电子产品的小信号，同时大大提高产品的性能，正是这些特点，使其成为系统封装的基本条件。

当前国外对于MCM的研究已经上升到很高的高度，已经使其从实验室，逐渐进入大众消费市场，由于计算机的发展十分迅速，从而促使了MCM的发展，现在国外已经将科研力量逐渐转向到三维MCM的研发，这种三维MCM技术能够实现对系统的组装技术要求，通过更高的组装密度，因此使得三维MCM具有较高的运行速度，配置了更多的功能，而功耗则较低，这也是当前混合电路的一个发展趋势。通过实验表明，二维MCM的组装率就已经接近了85%，而如果采用时三维进行组装测试的话，则组装率已经超过200%。不仅如此，三维MCM的体积 远远小于二维MCM，而且大大降低了MCM的质量。从三维MCM的内部结构来说，其结构大大算短了总线的长度，提高了信息的传输速度。通过缩短引线之后，就能大大减少了电容、电阻、以以及电感的使用量，从而降低了功耗，这样就使得信号不受到能好的约束，从而降低了MCM的制作成本。由此可以看出这种三维MCM技术已经成为当前混合集成电路的发展趋势，从国外MCM的发展状况来看，其已经广泛使用三维MCM，现在主要用在火箭、卫星、超级计算机等，成为当前微电子领域的研究重点。

对于系统级封装，又被称之为SIP，该产品已经得到广泛应用，但是通过混合集成电路使得SIP得到更为广泛的关注。换句话说，使用了SIP则肯定是更高等级的混合集成电路。但是高级的混合集成电路并不一定是通过SIP进行封装。

SIP就是通过在同一个基板上，然后采用先进的互联技术，并采用了特殊的工艺经营在在基片上制造出具有系统功能的微型组件，这样就满足当前计算机、微电子、航空、航空对于混合集成电路的需求。实际上SIP并没有一个具体的状态，其能够采用多种排列形式进行封装，不仅可以而对于二维混合集成电路进行封装，还可以对三维混合集成电路进行封装，从而体现了SIP高效的封装技术。对于SIP内部来说，不仅可以采用引线键合，又可以采用倒装焊。当然也可以将两者混合使用。因此可以看出SIP具有下列技术特点：

它可以将不同的封装混合成一个封装，从而减小了封装次数，使得SIP向有轻量化发展的趋势，不仅如此，还可降低使用引脚的数量，当需要将多个芯片都封装在一起的时候，就要让这些芯片叠加起来，这样就可以充分利用垂直空间，从而大大降低了封装提及。随着科学技术的进步，当需要将三层芯片进行叠加的时候，那么其面积将达到250%。美日等国已经实现了五层芯片进行叠加，然后仅仅使用厚度为1mm 的薄膜进行封装，择好业有效降低了SIP的功耗。现在西方发达国家已经研究出来三维电路的建设方法。

从国内混合集成电路的发展状况来看，由于我国长期以来受到西方发达国家的技术壁垒，使得我国混合集成电路的发展一直较为缓慢，为了加快我国混合集成电路的发展速度，因此我国大力引进国外先进的技术，采取了引进、吸收、防制、创造的发展思路。现在在混合电路方面的技术主要有基本制造技术、微连技术等，我国已经掌握了HIC的关键技术。

现在我国的厚膜HIC技术已经达到了6层，而最小线宽仅为150μm，最小间距为200μm，从主要技术指标上来看，我国混合集成电路方面的技术，已经逐渐缩短了与国外先进水平之间的差距。中科院微电子所为例，通过十五、十一五、十二五计划，已经掌握了三维混合集成电路封装技术，其组装密度已经达到了110%，该技术指标处于我国内领先地位。

现在混合集成电路已经广泛应用我国各个领域，比如当前的长征五号火箭就离不开混合集成电路，现在已经广泛应用在冰箱、洗衣机、电视、智能手机等等。在军事上，主要用于雷达、航空母舰等相关产品。随着混合集成电路的普及，从而大大提高了民用设备的性能，降低了民用电器的功耗。采用三维混合集成电路，从而大大降低了机械结构体积。当前我国一部分产品已经打入到国际市场，成为畅销商品。

从我国当前硬件发展水平来说，我国硬件的更新速度较快，但是由于我国实验条件有限，使得我国公司生产的HIC市场容量受到排挤，为了提升我国HIC的水平，就要不断提升我国混合集成电路的发展速度，主要从下列几个方面进行研究。首先是在选择HIC支撑材料的时候，首先选择合适的材料，为了保证支撑材料的准确性、可靠性，因此要选择国外同类产品。其次，当前我国自动化水平较低，而缺乏制作大规模集成电路的设备。第三，由于我国国内技术水平有限，使得军方不得不采购国外先进的新品，从而导致我国HIC技术的发展受限。第四，虽然我国一部分多芯片组件投入了实验，但是和国外同类产品相比，差距十分明显。第五，由于我国SIP技术水平不高，导致企业无法全力进行生产，也就是说，当前我国并没有真正意义上的SIP产品。第六，我国还针对混合集成电路制定相应的标准。

2 主要发展对策

随着HIC产品，随着新技术、新材料的出现，使得HIC得到快速发展，从目前HIC的发展趋势来看，主要有以下特点：体积小、可靠性高、稳定性好、性能优越等。

从混合集成电路的应用来看，现在HIC行业已经朝着多元化的发展趋势来进行。其已经广泛应用在工业控制设备、计算机、智能手机、智能家居、智能医疗等方面。为了提升我国HIC的竞争力，我国应该在移动通信、交换机等，从这几个方面进行突破，从而提升我国HIC的市场竞争力。因此国家应该对混合集成电路进行大规模投资，同时重点扶持国内HIC的骨干企业，以下是我国在未来相当长的一段时间内的发展目标：全面提升我国HIC开发水平，工艺水平，使得我国HIC产品达到国外先进技术水平，大幅度提升我国HIC的质量，满足我国军队对HIC的需求。

在高端芯片，特别是军用HIC电路设计水平、工艺水平都要达到国际先进水平，逐渐追上欧美HIC的技术水平，同时建立完整的评价体系，保证国产的HIC具有可靠性高、稳定性好，达到国际一流的水平。军方使用的HIC产品，将逐渐采用国产HIC替代，将从目前的国产率20%提高到80%以上。对于从事混合集成电路研究的单位，要加大扶持力度。

3 结语

当前混合集成电路已经成为我国信息产业发展的重点，成为具有战略意义的一项重大工程，它在我国信息产业当中具有十分重要的地位，目前我国混合集成电路的发展较为迅速，我国要抓住集成电路发展的历史机遇，大力发展混合集成电路，是我国成为混合集成电路的新兴地区，成为混合集成电路的主要制造国家。

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