我國混合集成電路行業技術現狀及發展對策研究

陳世杰 肖堯

摘 要：當前我國混合集成電路發展較為緩慢，引進了國外先進的制造技術，并將其轉化為我國只有的技術，但是由于我國長期以來受到國外的技術壁壘，使得我國混合集成電路的發展并不十分順利，本文重點介紹了混合HIC國外發展狀況，并對HIC的關鍵技術的研究狀況進行了介紹，對我國混合集成電路的發展狀況進行了詳細描述，并指出了不足之處，提出了如何提高我國混合集成電路發展水平的幾個方法，并制定了我國混合集成電路未來的發展方向，同時對關鍵技術提出了技術要求。

關鍵詞：混合集成電路;MCM;SIP

混合電路又稱為HIC，它是微電子技術一個分支，伴隨著我國經濟建設的不斷發展，集成電路發展和半導體的發展過程相類似，都是由軍用產品轉向民用產品。由于軍事化裝備的要求，使得軍方需要有一種性能優越、功能齊全、可靠性高的的設備而傳統電子設備體積龐大、功能單一，已經完全無法滿足軍隊的使用要求，再加上計算機運行速度每兩年就要提高一倍，因此就使得科學家不得不將電子元件進行小型化、微型化。由于軍方對于計算機需求越來越高，迫切需要將電路進行集成，于是就出現混合電路集成。隨著科學技術的進步，到了上個世紀八十年代末期，電子管等相關元器件已經得到廣泛發展，使得混合集成電路逐漸成為家電業、汽車業、通訊業以及其他行業的寵兒，尤其是當HIC-MIC的研制成功，該產品不僅僅是電路的集成，已經初步具備了系統功能，其功能十分強大。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，這是混合集成電路的兩個主要發展方向。

1 國內外混合集成電路的發展狀況

由于國外在集成電路方面起步較早，因而其發展更為迅速現在已經進入到一個新的歷史發展時期。隨著越來越多智能化設備的出現，如智能手機、智能手表、智能機器人等，這些只能胡設備都離不開大規模的混合集成電路，有了HIC，使得電路板越來越小，從而在很小的設備上，制造出高度智能化的產品。隨著摩爾定律不斷向前發展是，使得HIC 也在不斷的發展著，從而使得混合電路朝著MCM和SIP方向發展，這樣就實現了系統封裝。

MCM就是將不同的LSI芯片和VLSI芯片通過特殊的組裝工藝，從而將其安裝在多層互連的基板上，并將MCM直接封裝再同一個外殼上，通過這種方式制作出來的電子產品，其具有性能高、穩定性好、可靠性高的特點。從MCM和HIC相比較而言，就可以得到當前MCM已經大大縮短了互聯的長度，提高了信號的強度，同時體積也大幅度的縮小了，MCM的可靠性和穩定性遠遠高于HIC，從世界范圍內來看，MCM已經成為應用最為廣泛的混合集成電路，它已經充分發揮了混合電路的功能，從而使得電子產品的小信號，同時大大提高產品的性能，正是這些特點，使其成為系統封裝的基本條件。

當前國外對于MCM的研究已經上升到很高的高度，已經使其從實驗室，逐漸進入大眾消費市場，由于計算機的發展十分迅速，從而促使了MCM的發展，現在國外已經將科研力量逐漸轉向到三維MCM的研發，這種三維MCM技術能夠實現對系統的組裝技術要求，通過更高的組裝密度，因此使得三維MCM具有較高的運行速度，配置了更多的功能，而功耗則較低，這也是當前混合電路的一個發展趨勢。通過實驗表明，二維MCM的組裝率就已經接近了85%，而如果采用時三維進行組裝測試的話，則組裝率已經超過200%。不僅如此，三維MCM的體積 遠遠小于二維MCM，而且大大降低了MCM的質量。從三維MCM的內部結構來說，其結構大大算短了總線的長度，提高了信息的傳輸速度。通過縮短引線之后，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技術已經成為當前混合集成電路的發展趨勢，從國外MCM的發展狀況來看，其已經廣泛使用三維MCM，現在主要用在火箭、衛星、超級計算機等，成為當前微電子領域的研究重點。

對于系統級封裝，又被稱之為SIP，該產品已經得到廣泛應用，但是通過混合集成電路使得SIP得到更為廣泛的關注。換句話說，使用了SIP則肯定是更高等級的混合集成電路。但是高級的混合集成電路并不一定是通過SIP進行封裝。

SIP就是通過在同一個基板上，然后采用先進的互聯技術，并采用了特殊的工藝經營在在基片上制造出具有系統功能的微型組件，這樣就滿足當前計算機、微電子、航空、航空對于混合集成電路的需求。實際上SIP并沒有一個具體的狀態，其能夠采用多種排列形式進行封裝，不僅可以而對于二維混合集成電路進行封裝，還可以對三維混合集成電路進行封裝，從而體現了SIP高效的封裝技術。對于SIP內部來說，不僅可以采用引線鍵合，又可以采用倒裝焊。當然也可以將兩者混合使用。因此可以看出SIP具有下列技術特點：

它可以將不同的封裝混合成一個封裝，從而減小了封裝次數，使得SIP向有輕量化發展的趨勢，不僅如此，還可降低使用引腳的數量，當需要將多個芯片都封裝在一起的時候，就要讓這些芯片疊加起來，這樣就可以充分利用垂直空間，從而大大降低了封裝提及。隨著科學技術的進步，當需要將三層芯片進行疊加的時候，那么其面積將達到250%。美日等國已經實現了五層芯片進行疊加，然后僅僅使用厚度為1mm 的薄膜進行封裝，擇好業有效降低了SIP的功耗。現在西方發達國家已經研究出來三維電路的建設方法。

從國內混合集成電路的發展狀況來看，由于我國長期以來受到西方發達國家的技術壁壘，使得我國混合集成電路的發展一直較為緩慢，為了加快我國混合集成電路的發展速度，因此我國大力引進國外先進的技術，采取了引進、吸收、防制、創造的發展思路。現在在混合電路方面的技術主要有基本制造技術、微連技術等，我國已經掌握了HIC的關鍵技術。

現在我國的厚膜HIC技術已經達到了6層，而最小線寬僅為150μm，最小間距為200μm，從主要技術指標上來看，我國混合集成電路方面的技術，已經逐漸縮短了與國外先進水平之間的差距。中科院微電子所為例，通過十五、十一五、十二五計劃，已經掌握了三維混合集成電路封裝技術，其組裝密度已經達到了110%，該技術指標處于我國內領先地位。

現在混合集成電路已經廣泛應用我國各個領域，比如當前的長征五號火箭就離不開混合集成電路，現在已經廣泛應用在冰箱、洗衣機、電視、智能手機等等。在軍事上，主要用于雷達、航空母艦等相關產品。隨著混合集成電路的普及，從而大大提高了民用設備的性能，降低了民用電器的功耗。采用三維混合集成電路，從而大大降低了機械結構體積。當前我國一部分產品已經打入到國際市場，成為暢銷商品。

從我國當前硬件發展水平來說，我國硬件的更新速度較快，但是由于我國實驗條件有限，使得我國公司生產的HIC市場容量受到排擠，為了提升我國HIC的水平，就要不斷提升我國混合集成電路的發展速度，主要從下列幾個方面進行研究。首先是在選擇HIC支撐材料的時候，首先選擇合適的材料，為了保證支撐材料的準確性、可靠性，因此要選擇國外同類產品。其次，當前我國自動化水平較低，而缺乏制作大規模集成電路的設備。第三，由于我國國內技術水平有限，使得軍方不得不采購國外先進的新品，從而導致我國HIC技術的發展受限。第四，雖然我國一部分多芯片組件投入了實驗，但是和國外同類產品相比，差距十分明顯。第五，由于我國SIP技術水平不高，導致企業無法全力進行生產，也就是說，當前我國并沒有真正意義上的SIP產品。第六，我國還針對混合集成電路制定相應的標準。

2 主要發展對策

隨著HIC產品，隨著新技術、新材料的出現，使得HIC得到快速發展，從目前HIC的發展趨勢來看，主要有以下特點：體積小、可靠性高、穩定性好、性能優越等。

從混合集成電路的應用來看，現在HIC行業已經朝著多元化的發展趨勢來進行。其已經廣泛應用在工業控制設備、計算機、智能手機、智能家居、智能醫療等方面。為了提升我國HIC的競爭力，我國應該在移動通信、交換機等，從這幾個方面進行突破，從而提升我國HIC的市場競爭力。因此國家應該對混合集成電路進行大規模投資，同時重點扶持國內HIC的骨干企業，以下是我國在未來相當長的一段時間內的發展目標：全面提升我國HIC開發水平，工藝水平，使得我國HIC產品達到國外先進技術水平，大幅度提升我國HIC的質量，滿足我國軍隊對HIC的需求。

在高端芯片，特別是軍用HIC電路設計水平、工藝水平都要達到國際先進水平，逐漸追上歐美HIC的技術水平，同時建立完整的評價體系，保證國產的HIC具有可靠性高、穩定性好，達到國際一流的水平。軍方使用的HIC產品，將逐漸采用國產HIC替代，將從目前的國產率20%提高到80%以上。對于從事混合集成電路研究的單位，要加大扶持力度。

3 結語

當前混合集成電路已經成為我國信息產業發展的重點，成為具有戰略意義的一項重大工程，它在我國信息產業當中具有十分重要的地位，目前我國混合集成電路的發展較為迅速，我國要抓住集成電路發展的歷史機遇，大力發展混合集成電路，是我國成為混合集成電路的新興地區，成為混合集成電路的主要制造國家。

參考文獻：

[1] 朱恒靜，戴銀濤.國內外混合集成電路生產與選用要求對比分析[J].質量與可靠性.2009（01）：52-55.

[2] 李振亞，趙鈺.混合集成電路技術發展與展望[J].中國電子科學研究院學報.2009（02）：119-124.

[3] 吳瑞生.日本混合集成電路的產值產量統計[J].電子元件與材料.

1986（01）：65.

[4] 劉紅斌.混合集成電路推廣應用的探討[J].電子元件與材料.1987

（02）：56-57.

[5] 梁忠民.混合集成電路專業協會簡介[J].電子元件與材料.1988（03）：64.

[6] 王毅.國外混合集成電路的發展概況及特點[J].電子工業專用設備.

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”問題分析[J].微電子學.2005（03）：301-304.

[9] 肖玲，徐學良，李偉.混合集成電路內部氣氛研究[J].微電子學.

2005（02）：157-160.

[10] 俞忠鈺.信息產業呼喚我國IC設計業加速發展[J].中國集成電路.

2003（12）：1-4.

[11] 翁壽松.加速發展Foundry是我國實現IC強國的一條重要途徑[J].集成電路應用.2003（07）：24-27.

[12] 張琪.我國集成電路產業要加速先行——為國務院18號文件頒布三周年而作[J].中國集成電路.2003（07）：1-7.

[13] 羽成.展望2003年全球半導體市場[J].集成電路應用.2003（06）：

13-16.

[14] 魏少軍.中國集成電路設計業的機遇和挑戰[J].中國科學院院刊.

2006（06）：486-493.

[15] 金麗，黃士明.淺談WBS和網絡計劃技術及其應用[J].洪都科技.

2005（02）：46-52.

[16] 黃颋，王志功，李連鳴.超高速激光驅動器電路設計與研制[J].半導體學報.2005（03）：576-579.

[17] 丁香乾，石碩.層次分析法在項目風險管理中的應用[J].中國海洋大學學報： 自然科學版.2004（01）：97-102.

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

[19] 張珞玲，李師賢.軟件項目風險管理方法比較和研究[J].計算機工程.2003（03）：91-94.