硬件開發(fā)
集成電路技術發(fā)展
集成電路也叫做積體電路，這是一種微型的電子器件，這種微型的結構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基片中，這個介質基片被裝在一個管殼內。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、軟件技術等高新技術發(fā)展快速，這與集成電路技術的發(fā)展和應用有著密不可分的關系。集成電路技術不僅是信息技術的發(fā)展基石，同時也是計算機網(wǎng)絡技術的主要發(fā)展方向，被認為是二十世紀最偉大的工程技術之一。我國正處于經(jīng)濟轉型的關鍵時期，集成電路技術的發(fā)展關系到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉型升級和國家經(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。基于此，本文簡要研究了集成電路技術的基本各項指標和發(fā)展趨勢。
半導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)點以半導體集成電路為基礎的通信元件被廣泛應用，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備的制造都離不開半導體集成電路的運用。下面將會重點介紹半導體集成電路在通信系統(tǒng)中的應用。
一、集成電路工藝水平的指標
所謂集成電路，顧名思義，是采用半導體工藝技術，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體晶片或介質基片上集成制作，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構就是集成電路。集成電路是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎產(chǎn)業(yè)，其工藝技術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。
(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技術先進性的重要指標。
(2)特征尺寸：對于電子元器件來說，其特征尺寸是指半導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，往往需要適當增大芯片面積，但需要注意的是，芯片面積的增大，會導致每個圓片內包含的芯片數(shù)量有所減少，從而降低生產(chǎn)效率，導致成本增加。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，為了適應電子設備高密度組裝的需要，表面安裝封裝技術已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)插孔封裝方式。在一些電子設備中，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)級封裝技術的發(fā)展也比較迅速，系統(tǒng)級封裝技術有利于優(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)封裝技術的應用優(yōu)勢十分明顯。
二、集成電路技術的發(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)展的關鍵，同時也是IC技術發(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設計與工藝技術的提高，IC規(guī)模主機擴大，復雜度也越來越高，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，IC技術發(fā)展快速，IC技術設計規(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，其能夠將微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核及片外存儲器控制結構等各種功能結合在一起，以此來提升電路系統(tǒng)設計的穩(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)的技術革命。
3、集成電路的新材料、新技術的涌現(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、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、集成電路在新領域的應用
當今時代是信息時代，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鍵技術的成熟，其在各個領域中的應用也越來越廣泛，在智能手機、智能汽車、聯(lián)動安防等各個新領域中的應用和發(fā)展也值得期待。隨著智能手機的不斷發(fā)展，新的手機芯片設計技術也越來越受到關注，其中的關鍵在于適應計算，采用適應計算技術能有效刷新芯片實線電路，相較于當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、火車站安防系統(tǒng)、人臉識別、汽車智能等領域，集成電路技術的應用也越來越廣泛，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的影響，各行各業(yè)都受到其帶來的沖擊。微電子技術作為信息技術的基礎，對信息技術的發(fā)展影響巨大。而微電子技術的核心和關鍵是集成電路，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)絡正在由之前的大體積向小體積轉變和低速率向高速率轉變以及高耗能向低耗能轉變，這種轉變是要求在網(wǎng)絡容量和速度得到保證的基礎上進行的，同時對這種轉變的研究已經(jīng)成為了通訊領域現(xiàn)階段的熱點之一。
1、有線通訊系統(tǒng)中集成電路的應用
密集波復用技術和摻鉺光纖放大器在二十世紀后期出現(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，從此慢慢終結了早期銅線通信的時代。在二十一世紀的今天，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?，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。
光通訊中一個最關鍵的組成部分是激光源，半導體激光器的壽命在之前一直很低，自上個世紀七十年代，半導體激光器的壽命問題得到了解決，長壽命的半導體激光器得到成功研制，這為光通信的實現(xiàn)打下了基礎。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。半導體激光器構成中的核心器件是集成電路，而集成電路構成的基礎是硅基化合物半導體?，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，而這種激光器正在廣泛應用于光通信領域。
光放大器和光探測器等都是光纖通信中的重要組成部分，它們核心部件的構成是利用光電子集成技術來完成的。這種技術能夠將器件的各方面性能大幅度大范圍的提高，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?。集成光學是在集成電路廣泛應用的背景下產(chǎn)生的，現(xiàn)在已經(jīng)持續(xù)發(fā)展成為一門新興的光學學科。
2、無線通訊系統(tǒng)中集成電路的應用
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訂、電影票的預訂、火車票和飛機票的預訂以及旅游門票的預訂。與此同時，無線通訊設備的發(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，這種轉變的實現(xiàn)絕對離不開集成電路技術的發(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鍵部件，這兩個部件都是由集成電路構成的?；パa型金屬氧化物半導體集成電路簡稱CM O S，基帶單元的構成正是由這種集成電路來完成的，而射頻單元的構成是由半導體器件來完成的。集成電路技術正在廣泛應用于無線通信基站的信號處理單元和交換設備，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，豐富和滿足以及方便了人們的生活的方方面面。
四、集成電路的應用前景
通訊領域與集成電路技術就好比魚和水的關系，通訊領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)中新型技術的不斷涌現(xiàn)也使得集成電路技術如魚得水般的有了飛速的發(fā)展。現(xiàn)如今，通信正在向光通信轉變，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域會有一個質的跨越。
1、在光纖通信系統(tǒng)中的應用前景
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。這種全光器應該具有能夠實現(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?，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)絡速度還有待提高。相信在今后，隨著科學技術的不斷發(fā)展，新型高速全光器的應用和創(chuàng)新一定能夠實現(xiàn)。
2、在無線通信系統(tǒng)中的應用前景
無線設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，應該向著多元化的方向去研究，即多業(yè)務、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需要進行不斷的深入研究并進行創(chuàng)新，如智能天線技術、無線通信終端之間的信息傳遞以及軟件無線電技術等，這些技術都會為通信集成電路技術的發(fā)展增光添彩。
總結
綜上所述，縱觀近年來世界電子信息新興技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史我們可以發(fā)現(xiàn)，集成電路是當代電子信息技術的核心和發(fā)展基礎，關系到國家國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展，是典型的基礎性、戰(zhàn)略性和先導性產(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水平指標進行了梳理和歸納，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)及領域中，集成電路技術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技術的不斷發(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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