光在集成电路中的应用
一、集成光电子的概念及研究意义
21 世纪，人们将迈入一个高度信息化的社会。信息时代的特征是：信息大爆炸、信息传递非常快捷、信息处理十分迅速。其量化的标志是三“ T”：信息传输速度将达到每秒万亿比特
（Tb/s ）；基于网络高速互联的计算机在人类活动中发挥着无与伦比的巨大贡献，单个计算机的数据处理速度将要达到每秒万亿次（T/s ）的量级；超高密度的光存储技术将把海量信息浓缩在一片片小小的存储介质之中，单片存储器的存储容量将达到万亿字节（Tb）。由Tb/s信息传输、T/s信息处理、Tb信息存储所构成的三“T”模式将成为人类数字化生存最显著的标志。
由此可见，光电子技术在未来的信息社会中必将扮演重要的角色，将成为21 世纪科技发展的基石和支柱之一。而这些都离不开集成光电子学的发展。
我们说20 世纪是电子世纪。电是由电子传导的，电子带有电荷，电子的运动及电信号易受电磁场干扰；电子具有有限的质量和惯性，因而电子传输信号的速率也受到限制。而光波是波长非常短、频率极高的电磁波，光子的静止质量为零，因而光传输的速率为光速，非常高；光子又是一种电中性粒子，因此光子的运动及光信号不受电磁场干扰。而电子学的发展又为我们更好地控制和使用光波奠定了基础。第一，利用微电子学中的半导体p-n 结和谐振腔相关技术产生激光，而且这种激光易于用电的方法控制；第二，利用电子学中的电磁波传输原理，发展包括光纤在的光波导，实现光信号的传输包括远距离传输；第三，电子学在发展过程中所发展起来的整套电子学技术，包括真空电子技术、半导体技术和光电-电光转换技术，架起了电子和光信息技术的桥梁。凡此种种使得光电子技术在信息领域的应用中迅速发展且有独特的优势。
集成光电子学集中并发展了光学和微电子学的固有技术优势，将传统的由分立器件构成的庞大的光电子系统变革为集成光电子系统。由光电子学材料、光电子器件以及光电子器件集成化这三部分容构成的集成光电子学系统具有宽带、高速、高可靠、抗电磁干扰、体积小、
重量轻等优点，可以被广泛用于光纤通信、信息处理、传感技术、自动控制、电子对抗、光子计算机等高技术领域。集成光电子学已成为现代光电子学的一个重要分支，各国从事光电子、光信息系统研究的专家、学者都意识到了集成光电子学系统的重要性。
采用光纤连接可带来如下的优点：
（1）电磁干扰小。这是因为在光导纤维中传输的光信号通常不会与在其附近出现的电信号相互作用。在彼此邻近的两根光纤之间也不会有显著的耦合。
（2）因为在光纤中没有电流流动，不存在电的短路或接地问题。
（3）在易燃区安全，不像电线或同轴电缆那样有发热及产生花火问题。
（4）传输损耗小。光纤的损耗在一个相当宽的波长围非常小。而双绞线电缆及同轴电缆的损耗随频率增加而迅速增加。
（5）性好，难以窃听。
（6）尺寸小，重量轻。
（7）价格低廉，原材料丰富。制造光导纤维所用的SiO2 是一种低廉而富的材料，而产生电线所用的铜则是日益稀缺的材料，其成本不断增加。
（8）带宽很宽。同样的传输长度，光纤的传输带宽为10GHz甚至更高，而同轴电缆只有
50MHz左右。因此，光纤的整个带宽可以用来同时传输许多信号。而且光纤很细，这就意味着，即使不考虑其他方面的改善，经过相同横截面的传输通路，利用光纤可以传输的信号大约为用同轴电缆的104倍。
集成光电回路和集成光电子体系比集成电子体系具有更大的优越性。虽然计算机已经进
入大规模和超大规模集成电路的时代，但计算速率始终局限在电子学所能达到的围，而光子计算机的理论计算速率可高达1010次/秒至1011次/秒，存储容量达到1018Kb。它比目前计算速率最快的电子计算机高一百倍到一千倍，存储容量大一百万倍。如果用集成光电回路来
实现光信号的逻辑运算、传送和处理，则可制成体积小、速度快、容量大的“全光计算机”。光子计算机比电子计算机有着并行处理、信号互补干扰、开关速度快、光速传递、宽带以及
信息容量极大的优点。
集成光电回路具有同光纤类似的特征带宽，而且两种情形中的载体都是光波而不是电流，这样就避免了导线固有的电容和电感导致的频率限制效应。在集成光电回路中可以方便
有效地实现将许多信号耦合进一个光波导。除了能把许多信号耦合到一个光波导之外，集成光电回路还可以用调制功能方便地把光信号从某个波导通到另一个波导。这能够用电光、声
光或热光调制等多种方式来实现。
目前，集成光电子学已初具规模，并在光通信及光信息处理方面显示出电子学无法比拟
的优越性。不单是比分立光学元器件系统具有巨大优越性，作为一种信息的处理与传输系统，
与微电子系统相比，集成光电子学系统也具有其固有的巨大优越性。其优点可以分为两个方面：其一是与用集成光电回路代替集成电路有关；其二则与用光导纤维代替电线或者同轴电
缆有关。
集成光电子学是在光电子学和微电子学发展的基础上，采用集成方法研究和发展光电子
学器件和复合光电子学器件系统的一门新的学科。集成光电子学的出现是光电子器件和电子
器件本身发展的必然结果，它的发展受到了微电子集成电路技术的启发和促进。
传统的光学系统体积大、稳定性差、调整和光束的准直困难，不能适应现代光电子技术
发展的需求。现代的光电子技术中，对于信号的产生与处理的方式与微电子学不同，这里有两个重要的改变：首先是用光导纤维代替通常的电线或者同轴电缆进行信息的传输；其次是使用集成光路取代通常的集成电路。在集成光路上，各光电子学元件成型在一个衬底上，用衬底部或表面上形成的光波导连接起来。采用类似于半导体集成电路的方法，把光学元件和
电子元件以薄膜的形式集成在同一衬底上的集成光电子回路。这样的集成器件具有体积小、性能稳定可靠、效率高、功耗低、使用方便等优点。
集成光电子学是当今光电子学领域的发展前沿之一，它主要研究集成在一个平面上的光
电子学器件和光电子系统的理论、技术与应用，是光子学发展的必由之路和高级阶段。集成光电子学以半导体激光器等光电子元件为核心集成起来，并以具有一定功能的体系为标志。目前，主要是研究和开发光通信、光传感、光学信息处理和光子计算机所需的多功能、稳定、可靠的光集成体系和光电子集成体系(OEIC: optical-electro nic in tegrated circuit) ；把激光器、调制器、探测器等有源器件集成在同一衬底上，并用光波导、隔离器、耦合器等无源器件连接起来构成的微型光学系统称为集成光路，以实现光学系统的薄膜化、微型化和
集成化。如果同时与电子器件集成，则构成复合光电子集成体系。集成光电子学的理论基础
是光学和光电子学，涉及波动光学与信息光学、非线性光学和、半导体光电子学、晶体光学、薄膜光学、导波光学、耦合模与参量作用理论、薄膜光波导器件和体系等多方面的现代光学和光电子学容；其工艺基础则主要是薄膜技术和微电子工艺技术。集成光电子学的应用领域
非常广泛，除了光纤通信、光纤传感技术、光学信息处理、光计算机与光存储等之外，还在向其他领域，如材料科学研究、光学仪器、光谱研究等方面渗透。
提到“集成”，人们首先想到集成电路(IC: integrated circuit) 。毫无疑问，现在和
将来的信息化社会，在很大程度上依赖以硅技术为基础的微电子学技术。现代微电子学起源
于1947年发明的晶体管。在晶体管诞生10年后，德克萨斯仪器公司的基尔毕(Kriby)发明了集成电路。最早的集成电路，只不过是把一个晶体管用导线与几个电阻等元件连接。被集成的晶体管个数，到1997年已经达到了1G-DRAM（约106个元器件）。现在，集成电路仍然以每 3 年增加10 倍集成度的速度发展。微电子学的集成电路之所以取得如此爆炸性的进展，是由于充分发挥了集成化的优越性，从最早的去掉焊点提高可靠性开始，经过成品率和小型化的提高，从量的扩大引起质的变化“集成” 成为了一种潜力难以估量的技术手段。目前集成光电子新技术自然还难以和微电子学集成技术相比较，后者已达到了很成熟的阶段。但是，从集成电路的飞速发展历程看来，我们有理由期望。在不久的将来，集成光电子学也会以迅速的速度实现高集成度、小型化、多功能化的目标。
目前集成光电子学也正以其独特的优点进入了迅速发展的阶段。所谓光电子器件，广义上讲是指通过以光电互相转换为主要形式的光效应完成信息或能量转换的功能性器件，它是光电系统及其应用的基础，它是光学和光电子学与其应用之间以及与其它学科之间联系的重
要纽带，因此它对光学和光电子以及相关学科的发展起着关键性促进作用。器件尺寸较大和集成度不高度一是困扰集成光电子学发展的一个重要问题。器、纳米光波导等新技术原理的出现为实现小尺寸和高集成度提供了理论基础，电子学进入了高速发展的新阶段。集成光电子学的近来，微腔激光
使得集成光
二、集成光电子的集成方式
目前已经研制成了很多对应于体分立光学元件的各种薄膜波导元件，如薄膜介质光波导、薄膜激光器、光耦合光调制器、光学双稳态器件、存储器等。包含多个元件的集成也已经实现，例如在同一个衬底上。实现激光器、光波导、探测器这三种典型元件的集成，多个分布反馈激光器的集成，多个探测器的集成，注入式激光器和场效应晶体管的集成等。集成光电子器件目前的集成规模，按集成的元件个数大约为几个到几百个。虽然不能和集成了上亿个晶体管的微电子器件相比较，但是和光学分立器件相比已经实现了小型化、低成本等技术飞跃。在光电子学的目前阶段，集成光电子学的重要性并不一定在于集成的规模。而且，集成光电子学不一定需要在一个衬底上集成所有光学元件；很多应用是有限几种元件的集成，甚至在一个衬底上做同种元件的集成。
集成光电子学器件的集成方式有两种：器件个数的集成和功能的集成。
1、功能集成
对于光电子学，所谓功能集成的发展方向就是通过把不同功能的元件集成在一起，制造出具有新的功能，或者功能强、性能高的器件。在集成电子学里，集成器件的最初目的是消除因元器件间连接引起的可靠性及其他问题。在光电子学集成特别是功能集成里，解决连接问题而引起的可靠性问题也是集成化的最初动机。和电子学中一样，伴随着“连接”问题的解决，可靠性问题也得以解决。分立元器件间的光连接主要用光纤、光波导等传输连接方式，以及直接向自由空间辐射光束连接等方法。无论采用哪种连接方法，都需要微米或亚微米级的空间连接精度。这种耦合调节需要花费大量的时间，而且难以保证连接精度，并使得制作成本加大。采用光电子集成，各光、电元器件间的连接，是通过微电子工艺的光刻技术及其后续工艺来实现并能够保证其连接精度的，这就可以将有关连接或耦合调节的工作时间大幅度地减少。这不仅可以降低成本，而且能够实现可靠性的提高。
利用功能集成实现的集成光电子器件或系统和分立元器件的单纯组合相比，集成化更容易实现小型化，低成本化以及高可靠性的目标。此外，光学系统的对准和对震动的敏感性等特有问题，在分立器件的光学系统中是很困难的问题，在集成光电子学中却可以很方便得到控制。在同
一衬底上集成了半导体激光器和光调制器的带有调制器的集成光源就是功能集成的典型实例。
以带有调制器的集成光源（如图1.1所示）和激光器与隔离器集成（如图1.2所示）为例，在10Gb/s以上的高速光信号光纤传输里，由电流直接调制引起的半导体激光器的波长不稳定即波长啁啾是限制传输距离的重要因素。为例解决这个问题，采用外部光调制器，用
光调制器打开和关闭直流驱动的半导体激光器的输出光。在分立器件的组合中，取单独封装的半导体激光器和光调制器，把它们用光纤连接在一起（如图 1.1 （a）所示）。图1.1（b）
是封装好的带有调制器的集成光源的实例示意图。通过图 1.1 （a）和图1.1（b）的对比可
以看出，封装后，对于同一功能，集成的器件尺寸比分立元器件组合要小得多，紧凑的多。
另外，对于光电子集成来说，比小型化更重要的可能是低成本化和高可靠性。由于图 1.3所示的激光器与隔离器集成可以隔离半导体激光器中反向传输的光，提高了半导体激光器的性能，实现了工作的高可靠性。
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图1.1 高速光通信的光源及其形成示例
图1.2 半导体激光器一光隔离器集成示意图
由于现代通信对通信系统的容量和速率的要求越来越高，为实现全光波长转换、波长路
由等功能，多波长光源和波长可调谐光源必不可少。多波长激光器可以利用波导光栅路由器
和半导体激光放大器阵列进行功能集成实现。波长可调谐光源可以使用半导体激光器与光纤
光栅结合而产生波长调谐功能。另外，将半导体激光器、光接收器及输出光信号和接收光信
号的分波器集成在一起的光收发信号器也是功能集成的重要例子。在本书的后面章节中，很
多器件是利用功能集成实现了新的功能。
2、个数集成
除了功能集成外，还有把多个同样的光电子元器件集成的所谓个数集成。作为典型例子，
有集成多个半导体激光器或光接收等器件的阵列器件（这称之为光互联），同时并联连接到
计算机或者交换机等，作为并联光输出的光源或者光接收器使用。在一列上集成十至数十个
元器件时，称为一维阵列器件；而在一个平面上纵横集成十至数十个元器件的，称为二维阵列器件。图1.3是阵列器件的示意图。图 1.3（a）为一维阵列器件，图 1.3 （b）为二维阵
列器件。图1.4是一种个数集成矩阵式光开关的原理图。这是把多个输入光转换成多个输出
光的路由光开关，是光信息网络里不可缺少的器件。在这种矩阵式光开关里，只是简单地集
成多个转换光通道的元器件，根据路由光开关的光路构成法则由光波导进行各个光开关间的
连接，来实现多通道的转换。例如，在8通道矩阵式开关里要集成64个开关元件并需要用
光波导来连接。
图1.3 阵列集成光器件示意图
“个数集成”的最大优点是，把多个同样的器件集成在同一个基片上，实现了大幅度的小型化。例如，对于16通道并联传输用的光发射器，比较下列二种情况就可以看出上面的优点。一种方法是把图 1.2（a）所示的封装好的半导体激光器组件排列16个；另一种方法是在集成了半导体激光器的半导体激光器阵列芯片上阵列光纤的并列传输光源。另外，制作阵列芯片上连接阵列光纤的组件的成本远低于制作16个单个组件所需要的成本。所以集成
化的低成本也是一大优点。“功能集成”的高可靠性来着减少了连接点而导致的高可靠性。
在“个数集成”中，在光集成器件含有多个半导体激光器及光接收器等，所以芯片的自身可
靠性比单个器件的可靠性要求更苛刻，因此，这种情况下不能一概而说由集成化带来高可靠
性。在这种并联传输中，作为光收/发信号器用的阵列器件，在同一衬底上还集成了驱动半导体激光器的驱动电路和放大接收信号的放大器，所以小型化的优点更明显。这些都是光电
子集成体系的重要指标。
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图1.4 矩阵式光开关示意图
三、光电子集成的途径
在高度信息化的时代，数据流量不断增长，对于处理庞大数据流的先进的光通信系统的要求也在不断增加。这些系统要求成本低、功能强的光学体系；要将传统的光学体系建立在由大量组件组成的，含有激光二极管，透镜，反射镜、棱镜与光纤等光学元器件的基础上。这些元器件还需要有特殊设计的光具座或者载体以构成模块；其组件要通过精密的对准步骤
进行监控。这个步骤虽然确保了微米或亚微米级的对准精度，却复杂而又耗费时间，所以就
很难使常规的光学体系减少成本。此外，使用微型光纤体系作为高功能器件，如多通道的波
长或者频率选择器件等，是非常难以实现的。
为了克服以上问题，必须开发一种新的光学体系技术，要求符合以下要求：第一，新的
技术应减少光学体系组装成本，并适用于大批量生产；第二，应用围广泛；第三，通常还希望光学体系的外形适合于电子组装工艺，因为目前多数光学体系都与电子电路组装到一起使
用。
在微电子学领域，已经成功地提供了功能强大且成本低廉的大规模集成电路(LSI: large scale integrated circuit )。借鉴微电子学的经验，光电子集成也把无源或有源光学元件
与电子元件一起集成在衬底或芯片上。
光电子集成有两个途径。一种是在半导体衬底或光学晶体衬底上，只经过制作工艺，把所有元器件集成在一起的“单片集成”。另一种是用不同的制作工艺制作各部分元器件以后，
组装在半导体衬底或光学晶体衬底上的“混合集成”。混合光电子集成，广义上也包括把小
的单个光学与电学元件用光学粘接剂固定在一起的光电子器件/回路。
表1.1对单片集成和混合集成作出了比较。混合集成可以实现作为基础体系的光波导和
有源器件较自由的结合，所以很有可能成为实现各种功能的光电子集成器件。相反，因为单片集成用生产工艺来决定一切，所以一旦技术确定下来以后，可以大幅度地减低成本，与芯片的小型化结合会有广泛的应用。通常，我们希望能较好地结合两种集成形式的优点、特点，制作出在光电子学发展中起重要作用的器件。
表1.1单片集成与混合集成的比较
1、单片集成
所有的光电子器件或系统，一般均要经过晶体生长、光刻、刻蚀及成膜等制作工艺而制
成。一旦制作工艺技术确定，便可进行大批量生产以实现低成本，是很有前途的集成形式。单片集成的有关工艺在硅系微电子学里已经很成熟。在光电子学里，根据将来的发展趋势，对单片集成已进行了广泛的研究与开发工作。
单片集成的一般优点由于集成电路和大规模集成电路而变得众所周知。集成电路已经经历了几十年的连接技术开发和工业生产。单片光电子集成曾一度被认为可以效仿集成电路的
开发与制作。然而，在纯的电子集成与光电集成之间，有根本的不同。对于电子集成，绝大多数功能都可以在硅芯片上实现；电子集成的关键部件是晶体管，且集成密度越来越高。而
光学功能的实现则使用各种不同的材料如半导体，石英玻璃、LiNbO 3等。因为大多数集成
光电回路需要一个电源，所以很多单片集成光电回路只能制作在有源半导体材料上。虽然可以采用石英或LiNbO 3等无源材料作为衬底，但这时必须设法用光学或机械方法把外部光源
（半导体激光器）耦合在衬底上。光电子集成有源材料或材料组分的不同，会表现出不同的能级间隙和不同的折射率。很多情况下光电子集成还要求还要求同时达到光学的、光电的、电学的各种性能。所以，与集成电路和大规模集成电路相比较，光电子器件的集成显得更为
复杂。目前单片集成可以达到的元件个数、密度也受到限制，这是因为光路元件通常要求一
定的尺寸。例如，波导的横向尺度必须大得足以形成传播模；某些光路元件（如Y分支或定
向耦合器等）要求具有足够的长度；输入与输出波导的间隔应大于所连接的光纤的直径等。此外，光组件最终通常需要采用光纤连接，以便信号输入输出。这就要求光纤到单片集成体
系的对准精度很高。
因此，鉴于光电子器件在工作原理、所用材料、元器件间连接及应用市场规模等与电子
器件说的不同，需要采用与电子器件不同的方法和对策。现在，集成光电子学器件多数处于
研究开发阶段，部分单片集成器件研究开始实用化。
与混合集成相比，单片集成性能更稳定，这相当于提高可靠性与降低成本。但单片集成需要注意的是，不同的组件安置得相互很靠近的话，需要考虑相互之间的串扰（电的、光的、热的）。
2、混合集成
在器件制作、装配技术基本成熟的条件下，光电混合集成技术能够提供各种光体系。当今，光通信系统要求各种类型的光体系，它们不仅成本低廉而且功能强大。目前已经提出的几种光接入网方式，它们正随着实现所谓的光纤到层( FTTF：fiber to the floor )、光纤到办公室(FTTQ fiber to the office )或光纤到户(FTTH fiber to the home )的光通信网的目标而发展。成功普及利用这些网络的关键，是找到减少成本建设的方法。其障碍之
一，就是常规光体系成本较高。此外，随着多媒体技术的发展，通信流量的增长要求有高性
能的光传输、连接与开关系统。这些系统使用波分复用( WDM wavelength division multiplexer )和时分复用(TDM time division multiplexer )来使其运行流量扩展到每
秒万亿比特围。所以，它们需要功能很强的光体系或者光电体系，能用波分复用和时分复用
处理光信号。这些体系必须提供多方面的功能(如提供光路由开关与波长选择，多波长光信号之间的变换)。
人们期待混合集成技术对这些光系统提供微光组件。不仅是较简单的传输体系，而且还
有用于光信号处理的多功能的体系，都可以通过混合集成技术来实现。图1.5是混合集成的一个典型例子。这是在硅衬底上形成的，石英系光波导上安装芯片的双向光通信用收发器的
论集成电路发展的挑战与机遇 摘要：集成电路的发展史就是微电子技术生成史，从晶体管到微处理器和光刻技术等,集成电路技术以尺寸缩小、集成度提高为发展路径,必然受到材料、工艺和物理理论等挑战。但集成电路正面临产业调整与市场的双重机遇。 关键词：集成电路；挑战；机遇 目前，以数字化和网络化为特征的信息技术正渗透和改造着各产业和行业,深刻改变着人类生产生活方式以及经济、社会、政治、文化各领域。信息技术根源于集成电路技术的巨大发展，把人类社会在21世纪定格为信息社会。 一、集成电路与摩尔预测 集成电路就是将晶体管等有源元件和电阻、电容等无源元件,按电路”集成”,完成特定电路或功能的系统，集成电路体积不断减小,制造工艺技术日益精细，可一次加工完成。集成电路的学科基础是微电子学，微电子学脱胎于电子学和固体物理学的交叉技术学科,主要研究在半导体材料上构成微型电子电路、子系统及系统。以微电子学发展起来集成电路技术，包括半导体材料及器件物理,集成电路及系统设计原理和技术,芯片加工工艺、功能和特性测试技术等。当下，集成电路技术已成信息社会发展基石,集成电路将信息获取、传递、处理、存储、交换等功能集成于芯片,芯片可低成本大批量生产,且功耗低体积小,迅速成为各产业、国防的技术基础。摩尔于1964年总结集成电路发展历程,对未来集成电路发展趋势
做出预测。即：集成电路单个芯片上集成元件数,一般称为集成电路的集成度,每18个月增加一倍,即集成度每三年翻两番,尺寸缩小2倍,集成电路芯片需求量也以相同速度增加,集成电路性能提高，价格下降。几十年来,集成电路技术居然一直按摩尔定律指数增长规律发展壮大。 二、集成电路高速发展 集成电路技术伴随物理、材料和技术成果而实现各阶段的飞速发展。晶体管之前,电子管和电阻、电容等元件靠焊装构成电路系统。第一台计算机连线和焊接点很多,电路系统体积大,可靠性差。电子装备可靠性和小型化使”集成”成为需求。人们开始将电阻、电容等无源元件和有源元件制做在同一块半导体材料上。1958年9月实现第一个集成电路震荡器演示实验,标志着集成电路诞生，当时该实验在锗晶体管基础上完成。第一块集成电路发明是一个技术创新,对物理学发展产生很大影响。平面技术发明是推动集成电路产业化的关键。包括氧化、扩散、薄膜生长和光刻刻蚀等在内的平面技术，论重要性首推二氧化硅绝缘层的发现。早期晶体管基区宽度不好控制,不易做薄,频率提高受限制。1956年,科学家发现二氧化硅不仅具掩蔽作用,还是高频损耗小、击穿电场强度高的良好绝缘体。直到今天,二氧化硅仍是集成电路主要绝缘层材料。金属-氧化物-半导体场效应晶体管(mos.fet)器件是目前超大规模集成电路基本电路形式。平面工艺的光刻技术是另一关键，光刻是一种精密表面加工技术。1957年首次引入到半导体工艺技术，将光刻技术和二氧化
集成电路的现状与发展趋势 1、国内外技术现状及发展趋势 目前，以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。1999年全球集成电路的销售额为1250亿美元，而以集成电路为核心的电子信息产业的世界贸易总额约占世界GNP的3%，现代经济发展的数据表明，每l~2元的集成电路产值，带动了10元左右电子工业产值的形成，进而带动了100元GDP的增长。目前，发达国家国民经济总产值增长部分的65%与集成电路相关；美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山（2001年为43.6%）。预计未来10年内，世界集成电路销售额将以年平均15%的速度增长，2010年将达到6000~8000亿美元。作为当今世界经济竞争的焦点，拥有自主版权的集成电路已曰益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码和国家安全的保障。 集成电路的集成度和产品性能每18个月增加一倍。据专家预测，今后20年左右，集成电路技术及其产品仍将遵循这一规律发展。集成电路最重要的生产过程包括：开发EDA（电子设计自动化）工具，利用EDA进行集成电路设计，根据设计结果在硅圆片上加工芯片（主要流程为薄膜制造、曝光和刻蚀），对加工完毕的芯片进行测试，为芯片进行封装，最后经应用开发将其装备到整机系统上与最终消费者见面。 20世纪80年代中期我国集成电路的加工水平为5微米，其后，经历了3、1、0.8、0.5、0.35微米的发展，目前达到了0.18 微米的水平，而当前国际水平为0.09微米（90纳米），我国与之相差约为2-3代。 （1）设计工具与设计方法。随着集成电路复杂程度的不断提高，单个芯片容纳器件的数量急剧增加，其设计工具也由最初的手工绘制转为计算机辅助设计（CAD），相应的设计工具根据市场需求迅速发展，出现了专门的EDA工具供应商。目前，EDA主要市场份额为美国的Cadence、Synopsys和Mentor等少数企业所垄断。中国华大集成电路设计中心是国内唯一一家EDA开发和产品供应商。 由于整机系统不断向轻、薄、小的方向发展，集成电路结构也由简单功能转向具备更多和更为复杂的功能，如彩电由5片机到3片机直到现在的单片机，手机用集成电路也经历了由多片到单片的变化。目前，SoC作为系统级集成电路，能在单一硅芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O等功能，将数字电路、存储器、MPU、MCU、DSP等集成在一块芯片上实现一个完整系统的功能。它的制造主要涉及深亚微米技术，特殊电路的工艺兼容技术，设计方法的研究，嵌入式IP核设计技术，测试策略和可测性技术，软硬件协同设计技术和安全保密技术。SoC以IP复用为基础，把已有优化的子系统甚至系统级模块纳入到新的系统设计之中，实现了集成电路设计能力的第4次飞跃。
集成电路封装的发展现 状及趋势 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
序号：39 集成电路封装的发展现状及趋势 姓名：张荣辰 学号： 班级：电科本1303 科目：微电子学概论 二〇一五年 12 月13 日
集成电路封装的发展现状及趋势 摘要： 随着全球集成电路行业的不断发展，集成度越来越高，芯片的尺寸不断缩小，集成电路封装技术也在不断地向前发展，封装产业也在不断更新换代。 我国集成电路行业起步较晚，国家大力促进科学技术和人才培养，重点扶持科学技术改革和创新，集成电路行业发展迅猛。而集成电路芯片的封装作为集成电路制造的重要环节，集成电路芯片封装业同样发展迅猛。得益于我国的地缘和成本优势，依靠广大市场潜力和人才发展，集成电路封装在我国拥有得天独厚的发展条件，已成为我国集成电路行业重要的组成部分，我国优先发展的就是集成电路封装。近年来国外半导体公司也向中国转移封装测试产能，我国的集成电路封装发展具有巨大的潜力。下面就集成电路封装的发展现状及未来的发展趋势进行论述。 关键词：集成电路封装、封装产业发展现状、集成电路封装发展趋势。 一、引言 晶体管的问世和集成电路芯片的出现，改写了电子工程的历史。这些半导体元器件的性能高，并且多功能、多规格。但是这些元器件也有细小易碎的缺点。为了充分发挥半导体元器件的功能，需要对其进行密封、扩大，以实现与外电路可靠的电气连接并得到有效的机械、绝缘等
方面的保护，防止外力或环境因素导致的破坏。“封装”的概念正事在此基础上出现的。 二、集成电路封装的概述 集成电路芯片封装（Packaging，PKG）是指利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连线，引出接线端并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。此概念称为狭义的封装。 集成电路封装的目的，在于保护芯片不受或少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能。封装为芯片提供了一种保护，人们平时所看到的电子设备如计算机、家用电器、通信设备等中的集成电路芯片都是封装好的，没有封装的集成电路芯片一般是不能直接使用的。 集成电路封装的种类按照外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、贴片型和高级封装。 引脚插入型有DIP、SIP、S-DIP、SK-DIP、PGA DIP：双列直插式封装；引脚在芯片两侧排列，引脚节距，有利于散热，电气性好。 SIP：单列直插式封装；引脚在芯片单侧排列，引脚节距等特征与DIP基本相同。
集成电路技术及其发展趋势 摘要目前，以集成电路为核心的电子产业已超过以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。作为当今世界竞争的焦点，拥有自主知识产权的集成电路已日益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码和国家安全的保障。 关键词集成电路系统集成晶体管数字技术
第一章绪论 1947年12月16日，基于John Bardeen提出的表面态理论、Willianm Shockley给出的放大器基本设想以及Walter Brattain设计的实验，美国贝尔实验室第一次观测到具有放大作用的晶体管。1958年12月12日，美国德州仪器公司的Jack 发明了全世界第一片集成电路。这两项发明为微电子技术奠定了重要的里程碑，使人类社会进入到一个以微电子技术为基础、以集成电路为根本的信息时代。50多年来，集成电路已经广泛地应用于军事、民用各行各业、各个领域的各种电子设备中，如计算机、手机、DVD、电视、汽车、医疗设备、办公电器、太空飞船、武器装备等。集成电路的发展水平已经成为衡量一个国家现代化水平和综合实力的重要标志[1]。 现代社会是高度电子化的社会。在日常生活中，小到电视机、计算机、手机等电子产品，大到航空航天、星际飞行、医疗卫生、交通运输等行业的大型设备，几乎都离不开电路系统的应用。构成电路系统的基本元素为电阻、电容、晶体管等元器件。早期的电路系统是将分立的元器件按照电路要求，在印刷电路板上通过导线连接实现的。由于分立元件的尺寸限制，在一块印刷电路板上可容纳的元器件数量有限。因此，由分立元器件在印刷电路板上构成的电路系统的规模受到限制。同时，这种电路还存在体积大、可靠性低及功耗高等问题。 半导体集成电路是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路规则，互连“集成”在一块半导体单晶片上。封装在一个外壳内，执行特定的电路或系统功能。与印刷电路板上电路系统的集成不同，在半导体集成电路中，构成电路系统的所有元器件及其连线是制作在同一块半导体材料上的，材料、工艺、器件、电路、系统、算法等知识的有机“集成”，使得电路系统在规模、速度、可靠性和功耗等性能上具有不可比拟的优点，已经广泛的应用于日常生活中。半导体集成电路技术推动了电子产品的小型化、信息化和智能化进程。它彻底改变了人类的生活方式，成为支撑现代化发展的基石[2]。 1959年，英特尔(Intel)的始创人，Jean Hoerni 和Robert Noyce，在Fairchild Semiconductor开发出一种崭新的平面科技，令人们能在硅威化表面铺上不同的物料来制作晶体管，以及在连接处铺上一层氧化物作保护。这项技术上的突破取代了以往的人手焊接。而以硅取代锗使集成电路的成本大为下降，令
粉体（1）班学号：1003011020 集成电路技术的发展与应用 摘要: 集成电路（Integrated Circuit,简称IC）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，这样，整个电路的体积大大缩小，且引出线和焊接点的数目也大为减少，从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”（也有用文字符号“N”等）表示。 关键词：集成电路模拟集成电路电子元件晶体管发展应用集成电路对一般人来说也许会有陌生感，但其实我们和它打交道的机会很多。计算机、电视机、手机、网站、取款机等等，数不胜数。除此之外在航空航天、星际飞行、医疗卫生、交通运输、武器装备等许多领域，几乎都离不开集成电路的应用，当今世界，说它无孔不入并不过分。 在当今这信息化的社会中,集成电路已成为各行各业实现信息化、智能化的基础。无论是在军事还是民用上,它已起着不可替代的作用。 一、集成电路的定义、特点及分类介绍 1、什么是集成电路：所谓集成电路（IC），就是在一块极小的硅单晶片上，利用半导体 工艺制作上许多晶体二极管、三极管及电阻、电容等元件，并连接成完成特定电子技术功能的电子电路。从外观上看，它已成为一个不可分割的完整器件，集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性及电性能方面远远优于晶体管元件组成的电路，目前为止已广泛应用于电子设备、仪器仪表及电视机、录像机等电子设备中。[1] 2、集成电路的特点：集成电路或称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、 芯片（chip）在电子学中是一种把电路（主要包括半导体装置，也包括被动元件等）小型化的方式，并通常制造在半导体晶圆表面上。前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜（thin-film）集成电路。另有一种厚膜（thick-film）混成集成电路（hybrid integrated circuit）是由独立半导体设备和被动元件，集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。 3、集成电路的分类： （1）按功能结构分类：集成电路，又称为IC，按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大系。
集成电路产业发展现状与未来趋势分析 一、概念介绍 集成电路，英文为Integrated Circuit，缩写为IC；顾名思义，就是把一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。 为什么会产生集成电路？我们知道任何发明创造背后都是有驱动力的，而驱动力往往来源于问题。那么集成电路产生之前的问题是什么呢？我们看一下1942年在美国诞生的世界上第一台电子计算机，它是一个占地150平方米、重达30吨的庞然大物，里面的电路使用了17468只电子管、7200只电阻、10000只电容、50万条线，耗电量150千瓦。 显然，占用面积大、无法移动是它最直观和突出的问题；如果能把这些电子元件和连线集成在一小块载体上该有多好！我们相信，有很多人思考过这个问题，也提出过各种想法。典型的如英国雷达研究所的科学家达默，他在1952年的一次会议上提出：可以把电子线路中的分立元器件，集中制作在一块半导体晶片上，一小块晶片就是一个完整电路，这样一来，电子线路的体积就可大大缩小，可靠性大幅提高。 这就是初期集成电路的构想，晶体管的发明使这种想法成为了可能，1947年在美国贝尔实验室制造出来了第一个晶体管，而在此之前要实现电流放大功能只能依靠体积大、耗电量大、结构脆弱的电子管。晶体管具有电子管的主要功能，并且克服了电子管的上述缺点，因此在晶体管发明后，很快就出现了基于半导体的集成电路的构想，也就很快发明出来了集成电路。杰克·基尔比（Jack Kilby）和罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）在1958~1959期间分别发明了锗集成电路和硅集成电路。 集成电路又称芯片，是工业生产的“心脏”，其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一。 二、集成电路产业分类 集成电路，又称为IC，按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。 集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和膜集成电路，膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。 集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。
我国集成电路发展状况 摘要 集成电路产业是知识密集、技术密集和资金密集型产业，世界集成电路产业发展异常迅速，技术进步门新月异。虽然目前中国集成电路产业无论从质还是从量来说都不算发达，但伴随着全球产业东移的大潮，中国的经济稳定增长，巨大的内需市场，以及充裕的各类人才和丰富的自然资源，可以说中国集成电路产业的发展尽得天时、地利、人和之势，将会崛起成为新的世界集成电路制造中心。 首先，本文介绍了集成电路产业的相关概念，并对集成电路产业的重要特点进行了分析。其次，在介绍世界集成电路产业发展趋势的基础上本文对我国集成电路产业发展的现状进行了分析和论述, 并给出了发展我国集成电路的策略。 集成电路产业是信息产业和现代制造业的核心战略产业，其已成为一些国家信息产业发展中的重中之重。相比于其它地区，中国是集成电路产业的后来者，但新世纪集成电路产业的变迁为中国集成电路产业的蚓起带来了机遇，如果我们能抓住这一有利时机，中国不仅能成为集成电路产业的新兴地区，更能成为世界集成电路产业强国。 关键词：集成电路产业；发展现状；发展趋势 ABSTRACT
Integrated circuit(IC) industry is of a knowledge，technology and capital concentrated nature. IC industry in the world develops extremely fast and the technology improves everyday．Although currently China’s IC industry is not fully developed，taking into consideration of either quality or quantity of the products．with the shifting of the global industry centre to the east and with the stable economic growth，enormous market demands and abundant human and nature resources available in China，the development of China’s IC industry has favourable conditions in all aspects．and it is expected that in the near future China will become tire new IC manufacturing centre in the world． Firstly, this paper introduce the concept of IC , and analysis the important points of it. Secondly, this paper introduces the developments of IC in the word especially in China. In the end, this paper gives some advices of the developments of IC in our country. The IC is the core of information industry and modern manufacturing strategic industries. IT has become some national top priority in the development of information industry. Compared with other regions, the latter of the China's integrated circuit industry, but the changes of the IC industry in the new century for China's integrated circuit industry vermis creates opportunity, if we can seize the favorable opportunity, China can not only a new region of the integrated circuit industry, more can become the integrated circuit industry in the world powers. Key words: IC current situations tendency 前言
集成电路技术在医疗健康领域的应用 随着社会的发展和科学技术的不断进步,人们对医疗健康、生活质量、疾病护理等方面提出了越来越高的要求。同时,依托于高新领域电子技术的各种治疗和监护手段越来越先进,也使得医疗产品突破了以往观念的约束和限制,在信息化、微型化、实用化等方面得到了长足发展。本文从医疗健康领域的需求分析入手,从集成电路技术的角度对医疗健康领域的应用的关键技术(现状和前景)做了大致的分析探讨。 1医疗健康领域的需求现状 在医疗健康领域,关注的热点正在渐渐从最基本的疾病产业向保健产业转变。这二者都是以健康服务为最终目的,但是前者主要是有针对性的“对症下药”,而后者则更倾向于为一般消费者提供更全面的保健解决方案。 美国著名经济学家保罗?皮尔泽(Paul Zane Pilzer)曾是花旗银行最年轻的副总裁并出任布什、克林顿两任总统的经济顾问,在他的《财富第五波》一书中指出:二十一世纪人类面临严重饮食失衡,却人人希望更健康、抗老化,预防胜于治疗,
从而开启保健产业的兆亿商机。这是继第四波网络革命后的明星产业,相比疾病产业的被动性,保健事业是主动积极的产业。 世界卫生组织(WHO)在2008年10月公开的一份档案中提到:人口老龄化助长癌症和心脏病病例上升;心血管疾病是全世界主要的死亡原因,听力丧失、视力问题和精神障碍是最常见的残疾原因。 庞大的老龄化群体和慢性疾病患者等群体的现状(换言之,是社会需求和市场需求的现状)使得疾病产业、保健产业中亟需发展应用新的技术和产品。 2.1 世界人口老龄化,对医疗护理产品提出了更高的要求。 随着医疗水平的提高,世界平均人口寿命增加,世界和中国都面临着人口结构老龄化的问题。如根据联合国经济社会部的研究数据(如图1),到2050年世界60岁以上的老年人将达20亿,约占世界总人口的1/3,其中有79%生活在发展中国家;而中国国家人口发展战略研究报告也指出,我国在2007年老龄人口为1.43亿,占人口比重的11%,但是在2040年左右,这个数字将达到4.3亿,占全国人口的30%。这些数字意味着届时每4个人中将有1~2名老年人,同时也表明针对老年人护理的配套设施将会有很大需求。
集成电路的发展以及对社会生活的影响 集成电路(integrated circuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电容和电感等元件以及连线互连在一起，制作在一小块或几块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳中，成为具有所需电路功能的微型结构。集成电路具有体积小、重量轻、引出线和焊接点少、寿命长、可靠性高、性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。集成电路广泛的运用于工、民用电子设备如收音机、电视机、计算机等等，同时在军事、通信、遥感等方面也有广泛的应用。 早在1830年，科学家就已经展开对半导体的研究。不过最初的研究对象是一些加热后电阻值会增加的元素和化合物。这些物质有个共同点，就是当他们被光照射时，会允许电流单向通过，这使科学家有了二极管单向导电的概念，这个现象也就是光电导效应。德国的Ferdinand Braun利用半导体方铅矿，制作了世上第一台整流侦测器，后被称为猫胡子的侦测器，在无线电接收器中，负责侦测讯息的整流器。 到了1874年，电报机、电话和无线电的发明，使店里在日常生活中所扮演的角色从单单的能源一种，开始步入信息传播的领域，称为传递信息的一种媒介。而此时电报机、电话和无线电的面世也造就了一项新兴的工业---电子工业的诞生。但是在二十实际的前半段，电子业的发展一直受到真空管的约束，难以有更大的突破。 真空管，顾名思义就是抽走了空气的玻璃管，内有阴、阳两极，电子会由阴极流向阳极。为了增加电流，我们将阴极加热至高温(摄氏数百度)，令电子更活跃而“跳”出，再加上另一个比阴极电势略低的电极—栅极，我们通过控制栅极的电势以控制电流的目的。真空管本身具有许多缺点：脆而易碎、体积庞大、可靠性差、功耗大、效率低和运作时释放大量热量。与真空管相比，晶体管体积细小、可靠、耐用、耗电量少而且效率高。晶体管的出现，令工程师能设计出更多更复杂的电路，这些电路包括了成千上万件不同的组件：晶体管、二极管、整流器和电容。但是，体积细小的电子零件却带来另一个问题：就是需要花费大量时间和金钱以人手焊接把这些组件接驳起，但人手焊接始终不是绝对可靠，令电路中成千上万的焊接点都有机会出现问题。因此，电子业接下来所面对的问题，就是要找出一种既可靠又合乎成本效益的方法以生产和焊接电子零件。 这些问题的出现，也使集成电路的出现有了动力。美国军方为了解决这些问题，首先尝试解决的方法。其中有项计划就是将所有不同类型的电子零件制成划一的大小和形状，并在生产时加上电线。这样，在组装零件时，便可将大小划一的电阻、电容和晶体管等像砌积木般组装成设计的电路，免去焊接的烦恼。 1958年9月德州仪器的工程师Kilby成功的将一组电路安装在一片半导体上，并且在高层职员面前启动了该电路，产生了一条正弦曲线，实现了一个简单的振荡电路功能。他的成功将电子业一直以来的所面对的问题解决了，电子业从此踏上了一个新的领域。Jack Kilby 因此获得了2000年诺贝尔物理学奖。在Kilby的集成电路面世初期，没有人能想象到这一片微细的芯片能对社会做成多大的冲击。可是，如果没有了集成电路的发明，今时今日许多的电子产品根本没有可能面世。集成电路衍生出整个现代计算机工业，四、五十年代那些动辄用上整个房间的计算机已被现今的桌面计算机、电子手账所淘汰；集成电路亦将通讯科技重新定位，为人与人、公司与公司、国与国之间的通讯提供全新的实时数据传送方法。事实上，若缺少了集成电路，人类今天可能还未能冲出地球去探索太空和登陆月球。集成电路的应用层面已达至教育、运输、生产及娱乐，可谓现今社会不可或缺的一环。 1959年，英特尔(Intel)的始创人，Jean Hoerni 和Robert Noyce，在Fairchild Semiconductor 开发出一种崭新的平面科技，令人们能在硅威化表面铺上不同的物料来制作晶体管，与及在连接处铺上一层氧化物作保护。这项技术上的突破取代了以往的人手焊接。而以硅取代锗使
集成电路对计算机技术发展的影响 集成电路对计算机技术的发展起决定性的作用。计算机性能的提高、功耗的降低、计算方法的进步,都是集成电路发展的结果。 因为超大规模集成电路出现，才导致 计算机的体积逐渐缩小，性能得到飞跃， 随后才是网络的普及，多媒体的需求，人 工智能方面。超大规模集成电路 (VLSI) 在芯片上容纳了几十万个元件，后来的甚 大规模集成电路(ULSI)上将数量扩充到 百万级。计算机的逻辑元件和主存储器都 采用了大规模集成电路(LSI)，因而可以 在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元 件使得计算机的体积和价格不断下降。。 这使得计算机发展到了微型化、耗电极少、 可靠性很高的阶段。大规模集成电路使军事工业、空间技术、原子能技术得到发展，这些领域的蓬勃发展对计算机提出了更高的要求，有力地促进了计算机工业的空前大发展。 随着大规模集成电路技术的迅速发展，计算机除了向巨型机方向发展外，还朝着超小型机和微型机方向飞越前进。1971年末，世界上第一台微处理器和微型计算机在美国旧金山南部的硅谷应运而生，它开创了微型计算机的新时代。此后各种各样的微处理器和微型计算机如雨后春笋般地研制出来，潮水般地涌向市场，成为当时首屈一指的畅销品。这种势头直至今天仍然方兴未艾。特别是IBM-PC系列机诞生以后，几乎一统世 界微型机市场，各种各样的兼容机也 相继问世。第四代计算机的另一个重 要分支是以大规模、超大规模集成电 路为基础发展起来的微处理器和微型 计算机。 20世纪70年代以后，计算机用集 成电路的集成度迅速从中小规模发展 到大规模、超大规模的水平，微处理 器和微型计算机应运而生，各类计算 机的性能迅速提高。随着字长4位、8 位、16位、32位和64位的微型计算 机相继问世和广泛应用，对小型计算机、通用计算机和专用计算机的需求量也相应增长了。 总而言之，集成电路是计算机技术发展的基石、助推器，正是在硬件上的改进使得计算机技术发展的越来越好。
集成电路产业现状及发展趋势 付靖国家无线电监测中心监测中心 关键词：集成电路集成电路产业发展与现状 摘要：1958年美国德克萨斯仪器公司发明全球第一块集成电路后，随着硅平面技术的发展，20世纪60年代先后发明双极型和MOS型两种重要电路，创造了一个前所未有的具有极强渗透力和旺盛生命力的新兴产业——集成电路产业。 一、什么是集成电路产业 1、集成电路 集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或隧道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路，通常用“IC”（Integrated Circuit）。 与集成电路相关的几个概念： 晶圆：多指单晶硅圆片,由普通硅沙拉制提炼而成,是最常用的半导体材料,按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格,近来发展出12英寸甚至更大规格。晶圆越大,同一圆片上可生产的IC就多,可降低成本，但要求材料技术和生产技术更高。 光刻:IC生产的主要工艺手段,指用光技术在晶圆上刻蚀电
路。 前、后工序:IC制造过程中,晶圆光刻的工艺(即所谓流片),被称为前工序,这是IC制造的最要害技术;晶圆流片后,其切割、封装等工序被称为后工序。 线宽:4微米/1微米/0.6微米/0.35微米/90纳米等,是指IC 生产工艺可达到的最小导线宽度,是IC工艺先进水平的主要指标。线宽越小,集成度就高,在同一面积上就集成更多电路单元。 封装:指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接。 2、集成电路产品分类 集成电路产品一般是以内含晶体管等电子组件的数量即集成度来分类，即分成：①小型集成电路（SSI），晶体管数10~100；②中型集成电路（MSI），晶体管数100~1000；③大规模集成电路（LSI），晶体管数1000~10,0000；④超大规模集成电路（VLSI）,晶体管数10,0000以上。 3、集成电路产业链 一条完整的集成电路产业链除了包括设计、芯片制造和封装测试三个分支产业外，还包括集成电路设备制造、关键材料生产等相关支撑产业。如果按照集成电路产业链上下游产业划分，可简单的划分为集成电路设计业和制造业，其中制造业又衍生出代工业。目前美国仍是集成电路产品设计和
集成电路设计方法的发展历史 、发展现状、及未来主流设 计方法报告 集成电路是一种微型电子器件或部件，为杰克·基尔比发明，它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。 一、集成电路的发展历史： 1947年：贝尔实验室肖克莱等人发明了晶体管，这是微电子技术发展中第一个里程碑； 1950年：结型晶体管诞生； 1950年： R Ohl和肖特莱发明了离子注入工艺； 1951
年：场效应晶体管发明； 1956年：C S Fuller发明了扩散工艺； 1958年：仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史； 1960年：H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺；1962年：美国RCA公司研制出MOS场效应晶体管； 1963年：和首次提出CMOS技术，今天，95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺； 1964年：Intel摩尔提出摩尔定律，预测晶体管集成度将会每18个月增加1倍； 1966年：美国RCA公司研制出CMOS集成电路，并研制出第一块门阵列； 1967年：应用材料公司成立，现已成为全球最大的半导体设备制造公司； 1971年：Intel推出1kb动态随机存储器，标志着大规模集成电路出现； 1971年：全球第一个微处理器4004Intel公司推出，采用的是MOS工艺，这是一个里程碑式的发明； 1974年：RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802； 1976年：16kb DRAM和4kb SRAM问世； 1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足平方厘米的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路时
集成电路技术已经进入纳米时代，世界上多条90nm／12英寸的生产线已进入规模化生产； 65nm的生产技术已经基本成型，采用65nm技术的产品已经出产。 集成电路设计技术中，EDA工具已成为必备基础手段，一系列设计方法学的研究成果在其中得以体现并在产品设计过程中发挥作用，IP核复用技术已被广泛应用，相关产业即将成熟，系统级芯片(SOC)的设计思想在实际应用中得到广泛应用，并处于逐渐丰富和完善之中：芯片制造技术得益于光刻技术、SOI(Silicon on Insulator)技术、铜互连等技术的突破，目前已经达到90nm的水平并且正向65nm工艺节点前进I封装技术中，封装形式的主流已经转变，新型封装技术的应用正在增多，以Sp(System in Package)封装为代表的下一代封装形式已经出现，封装与组装的界限已经变得模糊：测试技术从相关领域中的分离已经成为定局，测试系统向高速、多管脚、多器件并行同测、SOC测试的方向发展明确。 集成电路设计技术 随着工艺技术水平的不断提高，早期的人工设计已逐步被计算机辅助设计(CAD)所取代，目前已进入超超大规模集成电路设计和SOC设计阶段。在集成电路设计技术中最重要的设计方法、EDA工具及IP核三个方面都有新的发展： 半定制正向设计成为世界集成电路设计的主流技术，而全定制一般应用在CPU(Central Process Unit)等设计要求较高的产品中，逆向设计多应用于特定的集成电路设计过程中，当今世界领先的EDA工具基本掌握在世界专业EDA公司手中，如益华计算机(Cadence)、新思科技(Synopsys)、明导科技(Mentor Graphics)和近年发展迅猛的迈格玛(Magma)，它们的世界市场占有率高达60%以上，世界上IP专营公司日见增多，目前自主开发和经营IP核的公司有英国的ARM和美国的DeSOC等，世界IP核产业已经初具规模。 在我国，近年来集成电路设计业得到了长足发展，大唐微电子、杭州士兰、珠海炬力、华大等专业设计公司已经崭露头角，年销售额已经达到几亿元人民币。其设计能力达到 0.25-0.18μm，高端设计达到0.13μm。我国集成电路设计已从逆向设计过渡到正向设计， 全定制的设计方法也在某些电路设计中得到体现。但值得指出的是，我国集成电路设计公司基本上都是依赖国际先进的设计工具。 在EDA工具方面，华大集成电路设计中心足我国大陆唯一研发EDA工具的科研机构。 该设计中心已经成功开发出全套EDA工具软件包——熊猫九天系列(Zeni系列)。虽然我国在EDA工具研发方面取得了一定的成绩，但产品仍未达到普及的水平，还不能与世界顶尖厂家在高层次、高水平上竞争。 在IP核方面，我国IP核技术的发展相对落后，研发总量不大，未能形成规模市场，而且还存在着接口标准不统一、复用机制不健全以及知识产权保护力度不够等问题，加之国际大型IP公司纷纷以各种合作的方式向国内企业以低价甚至免费方式授权使用其IP核产品，对我国IP核产品的市场化形成非常大的阻力。 集成电路芯片制造技术
序号：39 集成电路封装的发展现状及趋势 姓名：张荣辰 学号： 班级：电科本1303 科目：微电子学概论 二〇一五年 12 月13 日
集成电路封装的发展现状及趋势 摘要： 随着全球集成电路行业的不断发展，集成度越来越高，芯片的尺寸不断缩小，集成电路封装技术也在不断地向前发展，封装产业也在不断更新换代。 我国集成电路行业起步较晚，国家大力促进科学技术和人才培养，重点扶持科学技术改革和创新，集成电路行业发展迅猛。而集成电路芯片的封装作为集成电路制造的重要环节，集成电路芯片封装业同样发展迅猛。得益于我国的地缘和成本优势，依靠广大市场潜力和人才发展，集成电路封装在我国拥有得天独厚的发展条件，已成为我国集成电路行业重要的组成部分，我国优先发展的就是集成电路封装。近年来国外半导体公司也向中国转移封装测试产能，我国的集成电路封装发展具有巨大的潜力。下面就集成电路封装的发展现状及未来的发展趋势进行论述。 关键词：集成电路封装、封装产业发展现状、集成电路封装发展趋势。 一、引言 晶体管的问世和集成电路芯片的出现，改写了电子工程的历史。这些半导体元器件的性能高，并且多功能、多规格。但是这些元器件也有细小易碎的缺点。为了充分发挥半导体元器件的功能，需要对其进行密封、扩大，以实现与外电路可靠的电气连接并得到有效的机械、绝缘等方面的保护，防止外力或环境因素导致的破坏。“封装”的概念正事在此基础上出现的。 二、集成电路封装的概述 集成电路芯片封装（Packaging，PKG）是指利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连线，引出接线端并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。此概念称为狭义的封装。 集成电路封装的目的，在于保护芯片不受或少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能。封装为芯片提供
记分 衡阳师范学院 《电子信息学科概论》课程学习报告学号：11360210 班级：11电工2班 姓名：何小冬 物理与电子信息科学系 二Ｏ一一年十二月
【摘要】随着科学技术的发展，以集成电路为代表的微电子技术是电子信息技术的基石，而集成电路产业有代表了一个国家的科学技术和工业水平，它是材料、精密机械、化学、光学、电子学、控制、系统集成等多学科联合协同的产品。所以有必要了解它的发展及应用。 【关键词】集成电路的概述；发展史；发展趋势；应用 集成电路发展与应用 1.集成电路概述 集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。 2.集成电路的发展史 集成电路的发展经历了一个漫长的过程， 1906年，第一个电子管诞生；1912年前后，电子管的制作日趋成熟引发了无线电技术的发展；1918年前后，逐步发现了半导体材料；1920年，发现半导体材料所具有的光敏特性；1932年前后，运用量子学说建立了能带理论研究半导体现象；1947年发明了晶体管（微电子技术发展中第一个里程碑）；1950年管诞生（结型晶体）；1956年，硅台面晶体管问世；1960年12月，世界上第一块硅集成电路制造成功；1966年，美国贝尔实验室使用比较完善的硅外延平面工艺制造成第一块公认的大规模集成电路。1988年：16M DRAM 问世（标志着进入超大规模集成电路阶段的更高阶段）；1997年：300MHz奔腾Ⅱ问世；2009年：intel酷睿i系列全新推出，创纪录采用了领先的32纳米工艺，并且下一代22纳米工艺正在研发。由此集成电路从产生到成熟大致经历了如下过程：电子管——晶体管——集成电路——超大规模集成电路。 我国集成电路的发展史：我国集成电路产业诞生于六十年代，共经历了三个发展阶段：1965年-1978年：以计算机和军工配套为目标，以开发逻辑电路为主要产品，初步建立集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件；
摘要:集成电路是信息社会经济发展的基石。通过对集成电路发展规律的分析，从集成电路的设计、制造、新产品研发和市场动态等方面，描述了集成电路的最新动态；探讨了集成电路的发展趋势；指出集成电路与其它学科、技术的结合，不断形成新的研究方向；新材料、新结构、新器件不断涌现，特征尺寸继续缩小，摩尔定律仍然起作用。 关键词:集成电路；微电子技术；摩尔定律；标准加工线；系统集成芯片中Abstract:Integrated circuit is the base of economic development of an informati on society. By analyzing the development law of IC’s, recent progresses in t he design and fabrication of IC’s are described, as well as the R & D ofnew products and market trends. The latest development trend of IC’s is discussed. It is pointed out that, by combining with other subjects and technologies, new research topics are emerging. With the advent of novel materialsstructures and devices, the feature size of integrated circuits ke eps scaling down, and the Moore’s law still works. Key words: Integrated c ircuit; Microelectronics; Moore’s law; Foundry; SOC 1 引言 集成电路和软件是信息社会经济发展的基石和核心。正如美国工程技术界最近评出20世纪世界20项最伟大工程技术成就中第五项电子技术时提到，/从真空管到半导体、集成电路，已成为当代各行各业智能工作的基石。集成电路是最能体现知识经济特征的典型产品之一。目前，以集成电路为基础的电子信息产业已成为世界第一大产业。随着集成电路技术的发展，整机与元器件之间的明确界限被突破，集成电路不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正创造着代表信息时代的硅文化[1]。