混合集成電路步入SOP階段 我國應(yīng)加快研發(fā)

現(xiàn)在，國際上混合集成電路正在步入將系統(tǒng)級芯片、微傳感器、微執(zhí)行器和外圍薄膜無源元件集成在一起，集微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、MEMS(微電機系統(tǒng))技術(shù)和納米技術(shù)于一體的系統(tǒng)封裝(SoP)階段。

　　電子產(chǎn)品的發(fā)展大趨勢是高集成、高性能和高可靠性，而隨著技術(shù)的提高將產(chǎn)品的“輕、薄、短，小”不斷推向新的水平。有源器件經(jīng)歷了由電子管、晶體管、小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路階段，現(xiàn)在實現(xiàn)了系統(tǒng)級芯片(SoC)，驗證了摩爾定律“每18個月集成電路芯片上的晶體管數(shù)目增加1倍”的預(yù)言。無源元件也正在實現(xiàn)從有引線插裝元件的形式向無引線表面貼裝的小型化形式發(fā)展。

　　系統(tǒng)封裝實現(xiàn)真正小型化

　　混合集成電路是一種小型化、高性能和高可靠的互連封裝手段。我們國內(nèi)將其稱為二次集成，意指在半導(dǎo)體單片集成電路的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)包括外圍無源元件在內(nèi)的混合集成。混合集成電路是隨著半導(dǎo)體和集成電路的發(fā)展而發(fā)展起來的。它經(jīng)歷了和半導(dǎo)體類似的發(fā)展歷程。隨著半導(dǎo)體集成電路規(guī)模的擴大，混合集成電路經(jīng)歷集成了中小規(guī)模IC(集成電路)的混合電路、集成了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的多芯片組件(MCM)、集成了系統(tǒng)級芯片實現(xiàn)3D堆疊組裝的封裝內(nèi)系統(tǒng)(SIP)等階段?，F(xiàn)在，國際上混合集成電路正在步入將系統(tǒng)級芯片、微傳感器、微執(zhí)行器和外圍薄膜無源元件集成在一起，集微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù)和納米技術(shù)于一體的系統(tǒng)封裝(SoP)階段。

　　在許多情況下，遵循摩爾定律發(fā)展的IC僅占一個系統(tǒng)的10%，其余90%是組裝在一兩個印制電路板上的諸如電阻、電容、電感、天線、濾波器和開關(guān)這類分立無源元件，它們?nèi)耘f留在那里。要實現(xiàn)真正的小型化需要再前進一步，即用系統(tǒng)封裝(SoP)來實現(xiàn)真正意義上的小型化。SoP超越了摩爾定律，它將IC與微米量級的薄膜型分立元件結(jié)合，將各種元器件內(nèi)埋在一種非常小的新型封裝里，以至于使手持系統(tǒng)成為具有從多功能到兆功能的設(shè)備。SoP不僅被開發(fā)用于無線通信、計算和娛樂裝置，配上傳感器，它還可以用來檢測各種物質(zhì)(有毒的和無毒的)，包括周圍環(huán)境中、食物里以及人體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)。該技術(shù)解決了系統(tǒng)中90%沒有被集成化部分的體積問題(即所謂的90%問題)。

　　SoP技術(shù)代表了一種截然不同的系統(tǒng)構(gòu)建方法。它縮小了笨拙的印制電路板體積并節(jié)省了許多元件，使它們幾乎消失。實際上，SoP建立了系統(tǒng)集成的新定律。有人將其稱為電子學(xué)第二定律。這個新定律是：隨著元件尺寸縮小和印制電路板的消失，在一個SoP里元件密度每年大約增加1倍，而封裝內(nèi)系統(tǒng)功能的數(shù)量將以同樣的比例增加。這樣，SoP技術(shù)在系統(tǒng)小型化方面將比僅僅處理IC芯片上晶體管數(shù)目的摩爾定律產(chǎn)生更大的作用和影響。

　　自從1993年美國佐治亞理工學(xué)院提出SoP的概念后，他們與美國、日本、韓國和歐洲的100多家電子公司在這方面開展合作，包括AMD、Asahi、愛立信、Ford、日立、IBM，英特爾、Matsushita、摩托羅拉、NEC、諾基亞、三星、索尼和TI等公司。此外，70多位研究人員作為訪問工程師來到他們的封裝研究中心研究SoP及其應(yīng)用。

　　迄今為止，至少有50家公司參與了SoP技術(shù)研究，將其應(yīng)用到汽車、計算機、消費電子、軍事電子和無線通信領(lǐng)域。該研究中心還為許多公司建造許多試驗樣機，將模擬、數(shù)字、射頻、光學(xué)和傳感元件做進單一封裝，形成不同的組合。

    我國應(yīng)盡快開展SoP研究

　　我國的混合集成電路行業(yè)從20世紀(jì)60年代中期起步，經(jīng)過40多年的發(fā)展，從無到有，從小到大，至今，已具備了一定的研究、開發(fā)和生產(chǎn)能力，產(chǎn)品已經(jīng)在航空、航天、艦船、兵器、通信、雷達、電子對抗及電力電子、汽車電子、醫(yī)療電子和其他消費類電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。

　　但是在技術(shù)水平上，國內(nèi)的混合集成電路基本還處在對中小規(guī)模集成電路進行二次集成的混合集成電路發(fā)展的初中級階段。從上世紀(jì)90年代開始，在國家科研項目的支持下，一些研究所和工廠開展了多芯片組件的研究，取得了初步的成果，在一些重點工程項目中獲得了初步應(yīng)用。但是技術(shù)水平上和國外先進水平還有一定的差距。迄今為止，對于混合集成電路的最新發(fā)展階段SIP和SoP產(chǎn)品，國內(nèi)混合集成電路行業(yè)尚沒有對其進行系統(tǒng)地規(guī)劃和研究。

　　但是，作為SoP基礎(chǔ)技術(shù)的微電子技術(shù)、MEMS技術(shù)、納米電子技術(shù)、材料技術(shù)，在其他項目的規(guī)劃下國內(nèi)已經(jīng)有一些單位開展研究，并取得了一定的成果。微系統(tǒng)技術(shù)在國內(nèi)一些從事微系統(tǒng)研究的研究所已經(jīng)開始進行研究，但是和混合集成電路行業(yè)沒有太多聯(lián)系。這對于集中國內(nèi)的資源，盡快推動微系統(tǒng)封裝行業(yè)的發(fā)展，趕超世界先進水平是不利的。[!--empirenews.page--]

　　對于混合集成電路行業(yè)自身來說，我們的優(yōu)勢在于集合現(xiàn)有的不同技術(shù)優(yōu)勢于一體，進行混合集成，實現(xiàn)最優(yōu)的性能和可靠性。如果缺乏前瞻性，看不到在微系統(tǒng)封裝方面我們混合集成電路行業(yè)的責(zé)任和采取行動的急迫性，將來必然又要落后于國際先進水平。因此，行業(yè)中相關(guān)企業(yè)和研究所應(yīng)即刻開始展開在SoP領(lǐng)域的研發(fā)和探索。

　　專家觀點

　　發(fā)展我國SoP思考和建議

　　混合集成電路技術(shù)本質(zhì)上是一種高集成度、高性能和高可靠的互連封裝技術(shù)。它在電子產(chǎn)品微小型化的進程中扮演著極為重要的角色。半導(dǎo)體單片集成電路的集成度沿著摩爾定律指出的路線圖迅速進步。但是，摩爾定律只是對單片集成電路晶體管密度作出預(yù)言，雖然非常重要，但用佐治亞理工學(xué)院Tummala教授的話說，它只解決了系統(tǒng)中10%的問題。占系統(tǒng)體積90%的大型無源元件和電路板的小型化要靠混合集成技術(shù)解決，這就是我們今天所說的SoP技術(shù)。

　　隨著技術(shù)的進步，必然的結(jié)果是系統(tǒng)與元器件的融合，各種技術(shù)的融合。要實現(xiàn)系統(tǒng)集成的SoP封裝，推動電子產(chǎn)品的不斷小型化，使系統(tǒng)封裝領(lǐng)域的“超摩爾定律”成為現(xiàn)實，光靠一個單位的實力是不夠的。需要國家綜合實力的支撐，需要各個行業(yè)協(xié)同作戰(zhàn)。

　　為了推動SoP技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用，建議如下：

　　1.由國家對系統(tǒng)封裝行業(yè)作出規(guī)劃，設(shè)立重大專項，給予足夠的資金支持，協(xié)調(diào)國內(nèi)混合集成電路研制單位、整機單位、微系統(tǒng)研制單位和材料研究單位組成協(xié)作攻關(guān)隊伍。

　　2.國內(nèi)混合集成電路行業(yè)的廠所把微系統(tǒng)封裝的實現(xiàn)作為自己的戰(zhàn)略目標(biāo)之一，對

科研、人才和設(shè)備作出規(guī)劃，主動與系統(tǒng)單位、MEMS和納米技術(shù)研制單位協(xié)作，組成產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的攻關(guān)隊伍。力爭有所突破，成為微系統(tǒng)封裝的主力軍。

　　3.中電元協(xié)和中國電子學(xué)會定期組織混合集成電路研制單位、微系統(tǒng)研制單位、MEMS和納米技術(shù)研制單位的技術(shù)交流，打破行業(yè)壁壘，促進行業(yè)融合和合作。

　　4.加速國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)、材料行業(yè)和設(shè)備行業(yè)的發(fā)展。混合集成電路技術(shù)是二次集成的手段，是建立在半導(dǎo)體集成技術(shù)、材料技術(shù)基礎(chǔ)上的，依賴于設(shè)備進行生產(chǎn)和試驗，只有國內(nèi)的半導(dǎo)體集成電路行業(yè)、材料行業(yè)和設(shè)備行業(yè)獲得了長足的進步，混合集成電路行業(yè)才可能立足于國內(nèi)雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)，獲得更大更快的發(fā)展。