集成電路技術(shù)發(fā)展

集成電路也叫做積體電路，這是一種微型的電子器件，這種微型的結(jié)構(gòu)采用一定的工藝來完成，具有所需的電路功能，里面包含了二極管、電容、電阻和電感等一系列元件，這些元件相互連接在一起并被制作在一小塊介質(zhì)基片中，這個介質(zhì)基片被裝在一個管殼內(nèi)。這樣一來大大縮小了電路的體積，焊接點的數(shù)目也得到減少，使得電子元件的可靠性大大提高。

近年來，信息技術(shù)、軟件技術(shù)等高新技術(shù)發(fā)展快速，這與集成電路技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有著密不可分的關(guān)系。集成電路技術(shù)不僅是信息技術(shù)的發(fā)展基石，同時也是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要發(fā)展方向，被認(rèn)為是二十世紀(jì)最偉大的工程技術(shù)之一。我國正處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，集成電路技術(shù)的發(fā)展關(guān)系到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和國家經(jīng)濟、社會的發(fā)展，是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和科技發(fā)展的重中之重?；诖耍疚暮喴芯苛思呻娐芳夹g(shù)的基本各項指標(biāo)和發(fā)展趨勢。

半導(dǎo)體集成電路的具有很多優(yōu)勢，它功耗較低、集成度很高、體積相比來說較小以及有龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，正是由于這些優(yōu)點以半導(dǎo)體集成電路為基礎(chǔ)的通信元件被廣泛應(yīng)用，例如：移動電話、固定電話、筆記本電腦以及數(shù)字編解碼器等一系列終端設(shè)備的制造都離不開半導(dǎo)體集成電路的運用。下面將會重點介紹半導(dǎo)體集成電路在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

一、集成電路工藝水平的指標(biāo)

所謂集成電路，顧名思義，是采用半導(dǎo)體工藝技術(shù)，將二極管、晶體管、電阻、電容、電感元件等電路所需元器件，在一塊或幾塊很小的半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上集成制作，并形成完整的電路，最后在管殼中將制作成的電路封裝起來，由此形成的具有電路功能的微型結(jié)構(gòu)就是集成電路。集成電路是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其工藝技術(shù)水平在一定程度上決定著集成電路的產(chǎn)業(yè)水平，下面就簡要介紹衡量集成電路工藝水平的幾個主要指標(biāo)。

(1)集成度：集成電路的集成度是指一個IC芯片上所包含的晶體管的數(shù)量，在芯片面積相同的情況下，集成度越高，意味著集成的元件數(shù)量越多，電路功能也就越強大，芯片速度、可靠性、功耗等性能都有著明顯的提升，同時芯片的成本大大下降，占用重量和體積也有所減小。由此可見，集成度是衡量IC技術(shù)先進性的重要指標(biāo)。

(2)特征尺寸：對于電子元器件來說，其特征尺寸是指半導(dǎo)體器件中的最小尺寸。通過減小特征尺寸，能夠有效提升IC芯片的集成度，優(yōu)化其性能。光刻技術(shù)的發(fā)展是集成電路特征尺寸減小的前提所在，近年來光刻技術(shù)日漸進步，集成電路特征尺寸也越來越小，就目前來看，0.18μm、0.15μm、0.13μm級別的集成電路都已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，而在市場中，65nm和90nm級別的集成芯片也已經(jīng)有了成熟的產(chǎn)品。

(3)晶片直徑：為了提升集成電路的集成度，往往需要適當(dāng)增大芯片面積，但需要注意的是，芯片面積的增大，會導(dǎo)致每個圓片內(nèi)包含的芯片數(shù)量有所減少，從而降低生產(chǎn)效率，導(dǎo)致成本增加。而增加晶片直徑則能夠有效解決這一問題，就目前來看，集成電路主流晶元尺寸為8英寸和12英寸，而14英寸及以上晶元尺寸的研發(fā)和應(yīng)用也是大勢所趨。

(4)封裝：IC封裝最早采用插孔封裝方式，為了適應(yīng)電子設(shè)備高密度組裝的需要，表面安裝封裝技術(shù)已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)插孔封裝方式。在一些電子設(shè)備中，采用表面封裝方式能夠有效節(jié)約空間，優(yōu)化性能，降低封裝成本。相較于傳統(tǒng)插孔封裝方式來說，表面封裝下的電路板費用降幅達到了60%之多。此外，近年來系統(tǒng)級封裝技術(shù)的發(fā)展也比較迅速，系統(tǒng)級封裝技術(shù)有利于優(yōu)化系統(tǒng)性能，縮短開發(fā)周期，對于提升封裝效率和降低成本也有著積極的作用。尤其在藍牙模塊、記憶卡、功放器等低成本、小面積、短周期、便攜式的電子產(chǎn)品上，系統(tǒng)封裝技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢十分明顯。

二、集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢

1、集成電路尺寸逐步縮小

從縱向上來看，隨著各種新技術(shù)的發(fā)展，集成電路芯片集成度逐年提高，基本上每三年就能夠提高4倍，而加工特征尺寸不斷縮小，這就是著名的摩爾定律，由Intel公司創(chuàng)始人之一的摩爾博士提出。近年來，集成電路芯片市場競爭日益激烈，積極提升產(chǎn)品性能和性價比是長遠發(fā)展的關(guān)鍵，同時也是IC技術(shù)發(fā)展的推動力。而縮小特征尺寸則有利于提升集成度，從而提升產(chǎn)品性能和性價比。就目前來看，特征尺寸在22nm以下的電路已經(jīng)被生產(chǎn)出來，集成電路正在逐漸接近物理極限。需要注意的是，受到工藝技術(shù)和經(jīng)濟承受力的限制，需要對尺度極限進行界定，雖然現(xiàn)在還沒有明確的定論，但微型化發(fā)展仍然是主要趨勢，集成電路的特征尺寸仍然在按照摩爾定律發(fā)展。尤其隨著IC設(shè)計與工藝技術(shù)的提高，IC規(guī)模主機擴大，復(fù)雜度也越來越高，在一個芯片中，集成的晶體管數(shù)量越來越多，集成電路技術(shù)逐漸從3G時代發(fā)展到3T時代，存儲量進一步增大。而集成電路的速度也越來越快，數(shù)據(jù)傳輸速度從Gbps發(fā)展到Tbps。在近50年內(nèi)，IC技術(shù)發(fā)展快速，IC技術(shù)設(shè)計規(guī)則越來越小，而晶體管價格也逐步降低，這也是集成電路的發(fā)展趨勢。

2、系統(tǒng)集成芯片

系統(tǒng)集成芯片也稱為SOC，其能夠?qū)⑽⑻幚砥?、模擬IP核、數(shù)字IP核及片外存儲器控制結(jié)構(gòu)等各種功能結(jié)合在一起，以此來提升電路系統(tǒng)設(shè)計的穩(wěn)定性，還有利于降低功耗，從而有效解決傳統(tǒng)集成電路能耗高、穩(wěn)定性差的問題，在未來發(fā)展的過程中，必將引起以芯片為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命。

3、集成電路的新材料、新技術(shù)的涌現(xiàn)

在集成電路所有材料中，鍺是最先投入使用的，之后是硅。對于光電器件等特種集成電路來說，一般會使用一些化合物半導(dǎo)體材料，如硫化鎘、砷化鎵等。相較于其他材料來說，硅材料在電學(xué)、物理等性能及成本方面有著較大的優(yōu)越性，這也使得其成為當(dāng)前集成電路的主流材料。硅單晶材料也處于不斷發(fā)展中，硅圓片直徑逐漸增大，目前已經(jīng)達到了16和18英寸的水平。

4、集成電路在新領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)今時代是信息時代，而集成電路也在信息時代下迎來了新的發(fā)展高峰，尤其隨著集成電路各種關(guān)鍵技術(shù)的成熟，其在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越廣泛，在智能手機、智能汽車、聯(lián)動安防等各個新領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展也值得期待。隨著智能手機的不斷發(fā)展，新的手機芯片設(shè)計技術(shù)也越來越受到關(guān)注，其中的關(guān)鍵在于適應(yīng)計算，采用適應(yīng)計算技術(shù)能有效刷新芯片實線電路，相較于當(dāng)前固定不變的芯片來說，單個芯片即可實現(xiàn)幾個芯片的功能，同時有利于提升芯片速度，降低成本和功耗。此外，在視覺修復(fù)、火車站安防系統(tǒng)、人臉識別、汽車智能等領(lǐng)域，集成電路技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，已經(jīng)逐步深入到人們生活的各個方面。

三、通信系統(tǒng)中集成電路的應(yīng)用

現(xiàn)如今的信息時代，人們的生活方方面面都受到信息技術(shù)的影響，各行各業(yè)都受到其帶來的沖擊。微電子技術(shù)作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)，對信息技術(shù)的發(fā)展影響巨大。而微電子技術(shù)的核心和關(guān)鍵是集成電路，集成電路同時也是整個信息社會發(fā)展的基礎(chǔ)和根本，因此深入的研究和探索集成電路十分有必要。通訊網(wǎng)絡(luò)正在由之前的大體積向小體積轉(zhuǎn)變和低速率向高速率轉(zhuǎn)變以及高耗能向低耗能轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變是要求在網(wǎng)絡(luò)容量和速度得到保證的基礎(chǔ)上進行的，同時對這種轉(zhuǎn)變的研究已經(jīng)成為了通訊領(lǐng)域現(xiàn)階段的熱點之一。

1、有線通訊系統(tǒng)中集成電路的應(yīng)用

密集波復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器在二十世紀(jì)后期出現(xiàn)，這使得光纖通信展現(xiàn)出了強大的優(yōu)勢并成為了有線通信網(wǎng)中的首選，在傳輸容量和傳輸距離以及傳輸速度方便大大增強，從此慢慢終結(jié)了早期銅線通信的時代。在二十一世紀(jì)的今天，光纖通信不斷發(fā)展，又出現(xiàn)了微電子和光電器以及光電子等一系列技術(shù)?，F(xiàn)如今，一根光纖就可以完成上百個波長的傳輸，而傳輸距離能夠達到1000Km以上。

光通訊中一個最關(guān)鍵的組成部分是激光源，半導(dǎo)體激光器的壽命在之前一直很低，自上個世紀(jì)七十年代，半導(dǎo)體激光器的壽命問題得到了解決，長壽命的半導(dǎo)體激光器得到成功研制，這為光通信的實現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。這種激光器有很多的優(yōu)點，例如：體積小和工作可靠性高等，使得這種激光器成為光纖通信中的理想光源。半導(dǎo)體激光器構(gòu)成中的核心器件是集成電路，而集成電路構(gòu)成的基礎(chǔ)是硅基化合物半導(dǎo)體?，F(xiàn)如今，D F B激光器的實現(xiàn)正是借助光電單片集成技術(shù)，而這種激光器正在廣泛應(yīng)用于光通信領(lǐng)域。

光放大器和光探測器等都是光纖通信中的重要組成部分，它們核心部件的構(gòu)成是利用光電子集成技術(shù)來完成的。這種技術(shù)能夠?qū)⑵骷母鞣矫嫘阅艽蠓却蠓秶奶岣?，并將器件都集中在同一塊芯片上面，使得在體積和功耗等方面得到優(yōu)化。而光的合波或者分波器在D W D M系統(tǒng)中的實現(xiàn)也是通過集成電路技術(shù)來完成的，目前正在向著全光處理以及高速傳輸?shù)姆较蛱剿餮芯?。集成光學(xué)是在集成電路廣泛應(yīng)用的背景下產(chǎn)生的，現(xiàn)在已經(jīng)持續(xù)發(fā)展成為一門新興的光學(xué)學(xué)科。

2、無線通訊系統(tǒng)中集成電路的應(yīng)用

現(xiàn)如今，我國的信息化社會正在以我們想象不到的速度飛速發(fā)展，無線通信有著眾多的優(yōu)點，例如：及時性強和靈活方便等，這種通信技術(shù)的潛力十分廣闊。第二代移動通信系統(tǒng)就是我們常說的2G，這種系統(tǒng)的是在二十世紀(jì)八十年代開始商用的，從那以后的短短30多年，無線局域網(wǎng)、藍牙和全球移動通信系統(tǒng)，以及3G甚至4G都已經(jīng)風(fēng)靡全球并普及到尋常百姓的家中。各種無線終端以及移動電話也慢慢走入人們生活的方方面面，例如通過手機就可以完成酒店的預(yù)訂、電影票的預(yù)訂、火車票和飛機票的預(yù)訂以及旅游門票的預(yù)訂。與此同時，無線通訊設(shè)備的發(fā)展也越來越小型化、越來越容量達、越來越低功耗，這其中小型化的實現(xiàn)正是靠著電子元件的集成化來完成的。目前，移動終端的核心芯片尺寸已將縮小為不到三十平方厘米，這種轉(zhuǎn)變的實現(xiàn)絕對離不開集成電路技術(shù)的發(fā)展，因此研究和探索集成電路是十分有必要的一件事。

基帶單元和射頻單元都是無線通信終端的關(guān)鍵部件，這兩個部件都是由集成電路構(gòu)成的?；パa型金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路簡稱CM O S，基帶單元的構(gòu)成正是由這種集成電路來完成的，而射頻單元的構(gòu)成是由半導(dǎo)體器件來完成的。集成電路技術(shù)正在廣泛應(yīng)用于無線通信基站的信號處理單元和交換設(shè)備，這使得高效的信號交換過程得以發(fā)展和實現(xiàn)。由此可見，無線通信借助于集成電路的發(fā)展迅速實現(xiàn)了快和小的特點，為用戶提供了滿意的服務(wù)，豐富和滿足以及方便了人們的生活的方方面面。

四、集成電路的應(yīng)用前景

通訊領(lǐng)域與集成電路技術(shù)就好比魚和水的關(guān)系，通訊領(lǐng)域自從有了集成電路如魚得水般的取得了長足的進展，同樣的，通訊行業(yè)中新型技術(shù)的不斷涌現(xiàn)也使得集成電路技術(shù)如魚得水般的有了飛速的發(fā)展?，F(xiàn)如今，通信正在向光通信轉(zhuǎn)變，而通信元件的尺寸也在不斷變小，正在向著納米量級跨越。在今后，光集成必將會取代電集成，相信在不久的將來通信領(lǐng)域會有一個質(zhì)的跨越。

1、在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

集成電路在光纖通信系統(tǒng)中的發(fā)展及研究將會聚集在新型高速全光器上面。這種全光器應(yīng)該具有能夠?qū)崿F(xiàn)全光信號處理和易集成的特點，這是全光通信完成以及實現(xiàn)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)如今，光通信系統(tǒng)還有一些問題需要解決，光通信網(wǎng)絡(luò)速度還有待提高。相信在今后，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型高速全光器的應(yīng)用和創(chuàng)新一定能夠?qū)崿F(xiàn)。

2、在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

無線設(shè)備的終端芯片在無線通信中發(fā)揮著巨大的作用，這種芯片一直以來都向著小型化的方向發(fā)展著，但未來的研究熱點并不僅限于此，應(yīng)該向著多元化的方向去研究，即多業(yè)務(wù)、多功能、多種工作模式的集成電路模塊。除此之外還有一些技術(shù)需要進行不斷的深入研究并進行創(chuàng)新，如智能天線技術(shù)、無線通信終端之間的信息傳遞以及軟件無線電技術(shù)等，這些技術(shù)都會為通信集成電路技術(shù)的發(fā)展增光添彩。

總結(jié)

綜上所述，縱觀近年來世界電子信息新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史我們可以發(fā)現(xiàn)，集成電路是當(dāng)代電子信息技術(shù)的核心和發(fā)展基礎(chǔ)，關(guān)系到國家國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展，是典型的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。本文簡要介紹了集成電路的概念，對集成電路工藝技術(shù)水平指標(biāo)進行了梳理和歸納，最后展望了其未來發(fā)展趨勢，旨在進一步促進集成電路技術(shù)的發(fā)展。

硅集成電路的市場經(jīng)濟潛力和發(fā)展前景還十分廣闊，至少還有很長時間會按照摩爾定律去穩(wěn)步發(fā)展。目前對微電子技術(shù)也有了更深的研究，已經(jīng)由納米時代向深納米時代逐步發(fā)展。在通訊行業(yè)及領(lǐng)域中，集成電路技術(shù)還有很大的提升空間，還有一些困難和問題需要去研究并解決。盡管如此，集成電路會隨著材料制造水平的進步以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)揮更重要的作用，相信集成電路的發(fā)展將會對社會經(jīng)濟的進步和通訊行業(yè)及領(lǐng)域帶來更好的促進作用。通訊工程的整體效益受到通訊工程技術(shù)高低的影響，因此在今后我們需要緊緊跟上時代的步伐，加大對通訊集成電路的研究和探索，從而對通訊工程的建設(shè)水平進行提升，進而促進整個人類社會的發(fā)展和進步。

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