集成电路技术的发展趋势研究

吴相盈

摘要：以集成电路为基础的电子产业大肆发展，集成电路技术的发展不仅关系到国家经济发展，同时还关系到社会的进步和国家安全。本文简要分析了集成电路技术及其工艺水平指标，并展望了集成电路技术的未来发展趋势，旨在为相关研究与实践提供参考。

关键词：集成电路;发展趋势;工艺技术

中图分类号：TN40 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）11-0059-02

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。我国正处于经濟转型的关键时期，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，最后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[1]。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、可靠性、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[2]。

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[3]。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时代发展到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，锗是最先投入使用的，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標进行了梳理和归纳，最后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。

参考文献

[1]魏语航.集成电路技术的发展趋势研究[J].科技与创新，2018，（1）：99-100.

[2]王龙兴.全球集成电路技术发展趋势研究[J].集成电路应用，2017，（11）：13-16.

[3]张晨龙.超低功耗集成电路技术研究[J].现代工业经济和信息化，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