微电子发展现状综述 .pdf

1微电子产业的发展规律及面临的发展瓶颈

1.1集成电路封装技术的发展历史可划分为三个阶段：

第一阶段(20世纪70年代之前),以通孔插装型封装为主:典型的封装形式包括最初的金属圆形(TO型)

封装,以及后来的陶瓷双列直插封装(CDIP)、陶瓷一玻璃双列直插封装(CerDIP)和塑料双列直插封装(PDIP)

等;其中的PDIP,由于其性能优良、成本低廉,同时又适于大批量生产而成为这一阶段的主流产品。

第二阶段(20世纪80年代以后),从通孔插装型封装向表面贴装型封装的转变,从平面两边引线型封装向

平面四边引线型封装发展。表面贴装技术被称为电子封装领域的一场革命,得到迅猛发展。与之相适应,一

些适应表面贴装技术的封装形式,如塑料有引线片式裁体(PLCC)、塑料四边引线扁平封装(PQFP)、塑料小

外形封装(PSOP)以及无引线四边扁平封装(PQFN)等封装形式应运而生,迅速发展。其中的PQFP,由于密度

高、引线节距小、成本低并适于表面安装,成为这一时期的主导产品。

第三阶段(20世纪90年代以后),集成电路发展进入超大规模集成电路时代,特征尺寸达到0.18~0.25m,

要求集成电路封装向更高密度和更高速度方向发展。因此,集成电路封装的引线方式从平面四边引线型向

平面球栅阵列型封装发展,引线技术从金属引线向微型焊球方向发展。在此背景下,焊球阵列封装(BGA)获得

迅猛发展,并成为主流产品。BGA按封装基板不同可分为塑料焊球阵列封装(PBGA),陶瓷焊球阵列封装

(CBGA),载带焊球阵列封装(TBGA),带散热器焊球阵列封装(EBGA),以及倒装芯片焊球阵列封装(FC-BGA)

等。为适应手机、笔记本电脑等便携式电子产品小、轻、薄、低成本等需求,在BGA的基础上又发展了芯

片级封装(CSP);CSP又包括引线框架型CSP、柔性插入板CSP、刚性插入板CSP、园片级CSP等各种形式,

目前处于快速发展阶段。同时,多芯片组件(MCM)和系统封装(SIP)也在蓬勃发展,这可能孕育着电子封装的

下一场革命性变革。MCM按照基板材料的不同分为多层陶瓷基板MCM(MCM-C)、多层薄膜基板

MCM(MCM-D)、多层印制板MCM(MCM-L)和厚薄膜混合基板MCM(MCM-C/D)等多种形式。SIP是为整

机系统小型化的需要,提高集成电路功能和密度而发展起来的。SIP使用成熟的组装和互连技术,把各种集成

电路如CMOS电路、GaAS电路、SiGe电路或者光电子器件、MEMS器件以及各类无源元件如电阻、电

容、电感等集成到一个封装体内,实现整机系统的功能。

1.2集成电路技术发展面临的物理瓶颈

沿着“摩尔定律”,集成电路技术走过了50余年的历程.如今的生产技术已接近22nm。如果继续

沿着按比例缩小(scalingdown)之路走下去,根据2011年ITRS(InternationalTechnologyRoadmapfor

Semiconductors)的最新预测,DRAM的最小加工线宽在2024年有可能达到8nm,进入量子物理和介观

(mesoscopic)物理的范畴。

由于介观尺度的材料一方面含有一定量粒子,无法仅仅用薛定谔方程求解,另一方面,其粒子数又没

有多到可以忽略统计涨落的程度(根据传统测量方法得到的硅原子半径为110pm,通过计算方法得到的硅

原子半径为111pm),这就使得集成电路技术的进一步发展遇到很多物理障碍,如费米钉扎、库伦阻塞、量

子隧穿、杂质涨落、自旋输运等（如图一）,需用介观物理和基于量子化的处理方法来解决。

图一进入介观尺度后集成电路技术的物理限制

另一种物理限制是功耗。如图二表明，Pentium的功率密度已与电炉相当.由于高温对集成电路的高

频性能、漏电和可靠性劣化产生巨大影响,如任其发展,则集成电路的发热要向着核反应堆、火箭喷嘴乃

至太阳表面的功率密度发展,显然,这是不可能被接受的事实。对于不断增长的热耗散,要么采用水冷装

置来解决散热问题,但这与电子设备的小型化、轻量化、移动化的发展方向相悖;要么必须开发低功耗乃

至甚低功耗的集成电路来解决集成电路功耗不断上升的