陳世杰 肖堯

摘 要：當(dāng)前我國(guó)混合集成電路發(fā)展較為緩慢，引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的制造技術(shù)，并將其轉(zhuǎn)化為我國(guó)只有的技術(shù)，但是由于我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)受到國(guó)外的技術(shù)壁壘，使得我國(guó)混合集成電路的發(fā)展并不十分順利，本文重點(diǎn)介紹了混合HIC國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r，并對(duì)HIC的關(guān)鍵技術(shù)的研究狀況進(jìn)行了介紹，對(duì)我國(guó)混合集成電路的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了詳細(xì)描述，并指出了不足之處，提出了如何提高我國(guó)混合集成電路發(fā)展水平的幾個(gè)方法，并制定了我國(guó)混合集成電路未來(lái)的發(fā)展方向，同時(shí)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)提出了技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：混合集成電路;MCM;SIP

混合電路又稱為HIC，它是微電子技術(shù)一個(gè)分支，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，集成電路發(fā)展和半導(dǎo)體的發(fā)展過(guò)程相類似，都是由軍用產(chǎn)品轉(zhuǎn)向民用產(chǎn)品。由于軍事化裝備的要求，使得軍方需要有一種性能優(yōu)越、功能齊全、可靠性高的的設(shè)備而傳統(tǒng)電子設(shè)備體積龐大、功能單一，已經(jīng)完全無(wú)法滿足軍隊(duì)的使用要求，再加上計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度每?jī)赡昃鸵岣咭槐?，因此就使得科學(xué)家不得不將電子元件進(jìn)行小型化、微型化。由于軍方對(duì)于計(jì)算機(jī)需求越來(lái)越高，迫切需要將電路進(jìn)行集成，于是就出現(xiàn)混合電路集成。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，到了上個(gè)世紀(jì)八十年代末期，電子管等相關(guān)元器件已經(jīng)得到廣泛發(fā)展，使得混合集成電路逐漸成為家電業(yè)、汽車(chē)業(yè)、通訊業(yè)以及其他行業(yè)的寵兒，尤其是當(dāng)HIC-MIC的研制成功，該產(chǎn)品不僅僅是電路的集成，已經(jīng)初步具備了系統(tǒng)功能，其功能十分強(qiáng)大。通常HIC有兩種形式，一種是厚膜混合集成電路，另外一種是薄膜混合集成電路。兩種HIC的出現(xiàn)，這是混合集成電路的兩個(gè)主要發(fā)展方向。

1 國(guó)內(nèi)外混合集成電路的發(fā)展?fàn)顩r

由于國(guó)外在集成電路方面起步較早，因而其發(fā)展更為迅速現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)新的歷史發(fā)展時(shí)期。隨著越來(lái)越多智能化設(shè)備的出現(xiàn)，如智能手機(jī)、智能手表、智能機(jī)器人等，這些只能胡設(shè)備都離不開(kāi)大規(guī)模的混合集成電路，有了HIC，使得電路板越來(lái)越小，從而在很小的設(shè)備上，制造出高度智能化的產(chǎn)品。隨著摩爾定律不斷向前發(fā)展是，使得HIC 也在不斷的發(fā)展著，從而使得混合電路朝著MCM和SIP方向發(fā)展，這樣就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)封裝。

MCM就是將不同的LSI芯片和VLSI芯片通過(guò)特殊的組裝工藝，從而將其安裝在多層互連的基板上，并將MCM直接封裝再同一個(gè)外殼上，通過(guò)這種方式制作出來(lái)的電子產(chǎn)品，其具有性能高、穩(wěn)定性好、可靠性高的特點(diǎn)。從MCM和HIC相比較而言，就可以得到當(dāng)前MCM已經(jīng)大大縮短了互聯(lián)的長(zhǎng)度，提高了信號(hào)的強(qiáng)度，同時(shí)體積也大幅度的縮小了，MCM的可靠性和穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于HIC，從世界范圍內(nèi)來(lái)看，MCM已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的混合集成電路，它已經(jīng)充分發(fā)揮了混合電路的功能，從而使得電子產(chǎn)品的小信號(hào)，同時(shí)大大提高產(chǎn)品的性能，正是這些特點(diǎn)，使其成為系統(tǒng)封裝的基本條件。

當(dāng)前國(guó)外對(duì)于MCM的研究已經(jīng)上升到很高的高度，已經(jīng)使其從實(shí)驗(yàn)室，逐漸進(jìn)入大眾消費(fèi)市場(chǎng)，由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展十分迅速，從而促使了MCM的發(fā)展，現(xiàn)在國(guó)外已經(jīng)將科研力量逐漸轉(zhuǎn)向到三維MCM的研發(fā)，這種三維MCM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的組裝技術(shù)要求，通過(guò)更高的組裝密度，因此使得三維MCM具有較高的運(yùn)行速度，配置了更多的功能，而功耗則較低，這也是當(dāng)前混合電路的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，二維MCM的組裝率就已經(jīng)接近了85%，而如果采用時(shí)三維進(jìn)行組裝測(cè)試的話，則組裝率已經(jīng)超過(guò)200%。不僅如此，三維MCM的體積 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于二維MCM，而且大大降低了MCM的質(zhì)量。從三維MCM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)大大算短了總線的長(zhǎng)度，提高了信息的傳輸速度。通過(guò)縮短引線之后，就能大大減少了電容、電阻、以以及電感的使用量，從而降低了功耗，這樣就使得信號(hào)不受到能好的約束，從而降低了MCM的制作成本。由此可以看出這種三維MCM技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前混合集成電路的發(fā)展趨勢(shì)，從國(guó)外MCM的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，其已經(jīng)廣泛使用三維MCM，現(xiàn)在主要用在火箭、衛(wèi)星、超級(jí)計(jì)算機(jī)等，成為當(dāng)前微電子領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

對(duì)于系統(tǒng)級(jí)封裝，又被稱之為SIP，該產(chǎn)品已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是通過(guò)混合集成電路使得SIP得到更為廣泛的關(guān)注。換句話說(shuō)，使用了SIP則肯定是更高等級(jí)的混合集成電路。但是高級(jí)的混合集成電路并不一定是通過(guò)SIP進(jìn)行封裝。

SIP就是通過(guò)在同一個(gè)基板上，然后采用先進(jìn)的互聯(lián)技術(shù)，并采用了特殊的工藝經(jīng)營(yíng)在在基片上制造出具有系統(tǒng)功能的微型組件，這樣就滿足當(dāng)前計(jì)算機(jī)、微電子、航空、航空對(duì)于混合集成電路的需求。實(shí)際上SIP并沒(méi)有一個(gè)具體的狀態(tài)，其能夠采用多種排列形式進(jìn)行封裝，不僅可以而對(duì)于二維混合集成電路進(jìn)行封裝，還可以對(duì)三維混合集成電路進(jìn)行封裝，從而體現(xiàn)了SIP高效的封裝技術(shù)。對(duì)于SIP內(nèi)部來(lái)說(shuō)，不僅可以采用引線鍵合，又可以采用倒裝焊。當(dāng)然也可以將兩者混合使用。因此可以看出SIP具有下列技術(shù)特點(diǎn)：

它可以將不同的封裝混合成一個(gè)封裝，從而減小了封裝次數(shù)，使得SIP向有輕量化發(fā)展的趨勢(shì)，不僅如此，還可降低使用引腳的數(shù)量，當(dāng)需要將多個(gè)芯片都封裝在一起的時(shí)候，就要讓這些芯片疊加起來(lái)，這樣就可以充分利用垂直空間，從而大大降低了封裝提及。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)需要將三層芯片進(jìn)行疊加的時(shí)候，那么其面積將達(dá)到250%。美日等國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了五層芯片進(jìn)行疊加，然后僅僅使用厚度為1mm 的薄膜進(jìn)行封裝，擇好業(yè)有效降低了SIP的功耗?，F(xiàn)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)研究出來(lái)三維電路的建設(shè)方法。

從國(guó)內(nèi)混合集成電路的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，由于我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)受到西方發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)壁壘，使得我國(guó)混合集成電路的發(fā)展一直較為緩慢，為了加快我國(guó)混合集成電路的發(fā)展速度，因此我國(guó)大力引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，采取了引進(jìn)、吸收、防制、創(chuàng)造的發(fā)展思路?，F(xiàn)在在混合電路方面的技術(shù)主要有基本制造技術(shù)、微連技術(shù)等，我國(guó)已經(jīng)掌握了HIC的關(guān)鍵技術(shù)。

現(xiàn)在我國(guó)的厚膜HIC技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了6層，而最小線寬僅為150μm，最小間距為200μm，從主要技術(shù)指標(biāo)上來(lái)看，我國(guó)混合集成電路方面的技術(shù)，已經(jīng)逐漸縮短了與國(guó)外先進(jìn)水平之間的差距。中科院微電子所為例，通過(guò)十五、十一五、十二五計(jì)劃，已經(jīng)掌握了三維混合集成電路封裝技術(shù)，其組裝密度已經(jīng)達(dá)到了110%，該技術(shù)指標(biāo)處于我國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。

現(xiàn)在混合集成電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域，比如當(dāng)前的長(zhǎng)征五號(hào)火箭就離不開(kāi)混合集成電路，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用在冰箱、洗衣機(jī)、電視、智能手機(jī)等等。在軍事上，主要用于雷達(dá)、航空母艦等相關(guān)產(chǎn)品。隨著混合集成電路的普及，從而大大提高了民用設(shè)備的性能，降低了民用電器的功耗。采用三維混合集成電路，從而大大降低了機(jī)械結(jié)構(gòu)體積。當(dāng)前我國(guó)一部分產(chǎn)品已經(jīng)打入到國(guó)際市場(chǎng)，成為暢銷商品。

從我國(guó)當(dāng)前硬件發(fā)展水平來(lái)說(shuō)，我國(guó)硬件的更新速度較快，但是由于我國(guó)實(shí)驗(yàn)條件有限，使得我國(guó)公司生產(chǎn)的HIC市場(chǎng)容量受到排擠，為了提升我國(guó)HIC的水平，就要不斷提升我國(guó)混合集成電路的發(fā)展速度，主要從下列幾個(gè)方面進(jìn)行研究。首先是在選擇HIC支撐材料的時(shí)候，首先選擇合適的材料，為了保證支撐材料的準(zhǔn)確性、可靠性，因此要選擇國(guó)外同類產(chǎn)品。其次，當(dāng)前我國(guó)自動(dòng)化水平較低，而缺乏制作大規(guī)模集成電路的設(shè)備。第三，由于我國(guó)國(guó)內(nèi)技術(shù)水平有限，使得軍方不得不采購(gòu)國(guó)外先進(jìn)的新品，從而導(dǎo)致我國(guó)HIC技術(shù)的發(fā)展受限。第四，雖然我國(guó)一部分多芯片組件投入了實(shí)驗(yàn)，但是和國(guó)外同類產(chǎn)品相比，差距十分明顯。第五，由于我國(guó)SIP技術(shù)水平不高，導(dǎo)致企業(yè)無(wú)法全力進(jìn)行生產(chǎn)，也就是說(shuō)，當(dāng)前我國(guó)并沒(méi)有真正意義上的SIP產(chǎn)品。第六，我國(guó)還針對(duì)混合集成電路制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2 主要發(fā)展對(duì)策

隨著HIC產(chǎn)品，隨著新技術(shù)、新材料的出現(xiàn)，使得HIC得到快速發(fā)展，從目前HIC的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，主要有以下特點(diǎn)：體積小、可靠性高、穩(wěn)定性好、性能優(yōu)越等。

從混合集成電路的應(yīng)用來(lái)看，現(xiàn)在HIC行業(yè)已經(jīng)朝著多元化的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)進(jìn)行。其已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制設(shè)備、計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、智能家居、智能醫(yī)療等方面。為了提升我國(guó)HIC的競(jìng)爭(zhēng)力，我國(guó)應(yīng)該在移動(dòng)通信、交換機(jī)等，從這幾個(gè)方面進(jìn)行突破，從而提升我國(guó)HIC的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此國(guó)家應(yīng)該對(duì)混合集成電路進(jìn)行大規(guī)模投資，同時(shí)重點(diǎn)扶持國(guó)內(nèi)HIC的骨干企業(yè)，以下是我國(guó)在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展目標(biāo)：全面提升我國(guó)HIC開(kāi)發(fā)水平，工藝水平，使得我國(guó)HIC產(chǎn)品達(dá)到國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平，大幅度提升我國(guó)HIC的質(zhì)量，滿足我國(guó)軍隊(duì)對(duì)HIC的需求。

在高端芯片，特別是軍用HIC電路設(shè)計(jì)水平、工藝水平都要達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，逐漸追上歐美HIC的技術(shù)水平，同時(shí)建立完整的評(píng)價(jià)體系，保證國(guó)產(chǎn)的HIC具有可靠性高、穩(wěn)定性好，達(dá)到國(guó)際一流的水平。軍方使用的HIC產(chǎn)品，將逐漸采用國(guó)產(chǎn)HIC替代，將從目前的國(guó)產(chǎn)率20%提高到80%以上。對(duì)于從事混合集成電路研究的單位，要加大扶持力度。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前混合集成電路已經(jīng)成為我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，成為具有戰(zhàn)略意義的一項(xiàng)重大工程，它在我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)當(dāng)中具有十分重要的地位，目前我國(guó)混合集成電路的發(fā)展較為迅速，我國(guó)要抓住集成電路發(fā)展的歷史機(jī)遇，大力發(fā)展混合集成電路，是我國(guó)成為混合集成電路的新興地區(qū)，成為混合集成電路的主要制造國(guó)家。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱恒靜，戴銀濤.國(guó)內(nèi)外混合集成電路生產(chǎn)與選用要求對(duì)比分析[J].質(zhì)量與可靠性.2009（01）：52-55.

[2] 李振亞，趙鈺.混合集成電路技術(shù)發(fā)展與展望[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào).2009（02）：119-124.

[3] 吳瑞生.日本混合集成電路的產(chǎn)值產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)[J].電子元件與材料.

1986（01）：65.

[4] 劉紅斌.混合集成電路推廣應(yīng)用的探討[J].電子元件與材料.1987

（02）：56-57.

[5] 梁忠民.混合集成電路專業(yè)協(xié)會(huì)簡(jiǎn)介[J].電子元件與材料.1988（03）：64.

[6] 王毅.國(guó)外混合集成電路的發(fā)展概況及特點(diǎn)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備.

1992（01）：26-29.

[7] 袁同力.軍用陀螺專用混合集成電路[J].電子元件與材料.2000（01）：

28-29.

[8] 胡睿，張素娟，許桂芳.混合集成電路“單向泄漏”問(wèn)題分析[J].微電子學(xué).2005（03）：301-304.

[9] 肖玲，徐學(xué)良，李偉.混合集成電路內(nèi)部氣氛研究[J].微電子學(xué).

2005（02）：157-160.

[10] 俞忠鈺.信息產(chǎn)業(yè)呼喚我國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)加速發(fā)展[J].中國(guó)集成電路.

2003（12）：1-4.

[11] 翁壽松.加速發(fā)展Foundry是我國(guó)實(shí)現(xiàn)IC強(qiáng)國(guó)的一條重要途徑[J].集成電路應(yīng)用.2003（07）：24-27.

[12] 張琪.我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)要加速先行——為國(guó)務(wù)院18號(hào)文件頒布三周年而作[J].中國(guó)集成電路.2003（07）：1-7.

[13] 羽成.展望2003年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)[J].集成電路應(yīng)用.2003（06）：

13-16.

[14] 魏少軍.中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J].中國(guó)科學(xué)院院刊.

2006（06）：486-493.

[15] 金麗，黃士明.淺談WBS和網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)及其應(yīng)用[J].洪都科技.

2005（02）：46-52.

[16] 黃颋，王志功，李連鳴.超高速激光驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)計(jì)與研制[J].半導(dǎo)體學(xué)報(bào).2005（03）：576-579.

[17] 丁香乾，石碩.層次分析法在項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版.2004（01）：97-102.

[18] 于宗光，江惠蓉.集成電路項(xiàng)目管理[J].微電子技術(shù).2003（06）：1-4.

[19] 張珞玲，李師賢.軟件項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理方法比較和研究[J].計(jì)算機(jī)工程.2003（03）：91-94.