陳世杰 肖堯

摘 要：當前我國混合集成電路發(fā)展較為緩慢，引進了國外先進的制造技術(shù)，并將其轉(zhuǎn)化為我國只有的技術(shù)，但是由于我國長期以來受到國外的技術(shù)壁壘，使得我國混合集成電路的發(fā)展并不十分順利，本文重點介紹了混合HIC國外發(fā)展狀況，并對HIC的關(guān)鍵技術(shù)的研究狀況進行了介紹，對我國混合集成電路的發(fā)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(fā)展水平的幾個方法，并制定了我國混合集成電路未來的發(fā)展方向，同時對關(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)一個分支，伴隨著我國經(jīng)濟建設(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(xué)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(xiàn)混合電路集成。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，到了上個世紀八十年代末期，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)、汽車業(yè)、通訊業(yè)以及其他行業(yè)的寵兒，尤其是當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主要發(fā)展方向。

1 國內(nèi)外混合集成電路的發(fā)展狀況

由于國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)進入到一個新的歷史發(fā)展時期。隨著越來越多智能化設(shè)備的出現(xiàn)，如智能手機、智能手表、智能機器人等，這些只能胡設(shè)備都離不開大規(guī)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(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，這樣就實現(xiàn)了系統(tǒng)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(chǎn)品，其具有性能高、穩(wěn)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(jīng)大大縮短了互聯(lián)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(wěn)定性遠遠高于HIC，從世界范圍內(nèi)來看，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，同時大大提高產(chǎn)品的性能，正是這些特點，使其成為系統(tǒng)封裝的基本條件。

當前國外對于MCM的研究已經(jīng)上升到很高的高度，已經(jīng)使其從實驗室，逐漸進入大眾消費市場，由于計算機的發(fā)展十分迅速，從而促使了MCM的發(fā)展，現(xiàn)在國外已經(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)對系統(tǒng)的組裝技術(shù)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(fā)展趨勢。通過實驗表明，二維MCM的組裝率就已經(jīng)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(jīng)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(zhì)量。從三維MCM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來說，其結(jié)構(gòu)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(shù)已經(jīng)成為當前混合集成電路的發(fā)展趨勢，從國外MCM的發(fā)展狀況來看，其已經(jīng)廣泛使用三維MCM，現(xiàn)在主要用在火箭、衛(wèi)星、超級計算機等，成為當前微電子領(lǐng)域的研究重點。

對于系統(tǒng)級封裝，又被稱之為SIP，該產(chǎn)品已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是通過混合集成電路使得SIP得到更為廣泛的關(guān)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(lián)技術(shù)，并采用了特殊的工藝經(jīng)營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(tài)，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(xiàn)了SIP高效的封裝技術(shù)。對于SIP內(nèi)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(shù)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(shù)，使得SIP向有輕量化發(fā)展的趨勢，不僅如此，還可降低使用引腳的數(shù)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(xué)技術(shù)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(jīng)實現(xiàn)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(yè)有效降低了SIP的功耗?，F(xiàn)在西方發(fā)達國家已經(jīng)研究出來三維電路的建設(shè)方法。

從國內(nèi)混合集成電路的發(fā)展狀況來看，由于我國長期以來受到西方發(fā)達國家的技術(shù)壁壘，使得我國混合集成電路的發(fā)展一直較為緩慢，為了加快我國混合集成電路的發(fā)展速度，因此我國大力引進國外先進的技術(shù)，采取了引進、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，我國已經(jīng)掌握了HIC的關(guān)鍵技術(shù)。

現(xiàn)在我國的厚膜HIC技術(shù)已經(jīng)達到了6層，而最小線寬僅為150μm，最小間距為200μm，從主要技術(shù)指標上來看，我國混合集成電路方面的技術(shù)，已經(jīng)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(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)達到了110%，該技術(shù)指標處于我國內(nèi)領(lǐng)先地位。

現(xiàn)在混合集成電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用我國各個領(lǐng)域，比如當前的長征五號火箭就離不開混合集成電路，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)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(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，從而大大降低了機械結(jié)構(gòu)體積。當前我國一部分產(chǎn)品已經(jīng)打入到國際市場，成為暢銷商品。

從我國當前硬件發(fā)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(chǎn)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(fā)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(chǎn)品。其次，當前我國自動化水平較低，而缺乏制作大規(guī)模集成電路的設(shè)備。第三，由于我國國內(nèi)技術(shù)水平有限，使得軍方不得不采購國外先進的新品，從而導(dǎo)致我國HIC技術(shù)的發(fā)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(chǎn)品相比，差距十分明顯。第五，由于我國SIP技術(shù)水平不高，導(dǎo)致企業(yè)無法全力進行生產(chǎn)，也就是說，當前我國并沒有真正意義上的SIP產(chǎn)品。第六，我國還針對混合集成電路制定相應(yīng)的標準。

2 主要發(fā)展對策

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)展趨勢來看，主要有以下特點：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)用來看，現(xiàn)在HIC行業(yè)已經(jīng)朝著多元化的發(fā)展趨勢來進行。其已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制設(shè)備、計算機、智能手機、智能家居、智能醫(yī)療等方面。為了提升我國HIC的競爭力，我國應(yīng)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(yīng)該對混合集成電路進行大規(guī)模投資，同時重點扶持國內(nèi)HIC的骨干企業(yè)，以下是我國在未來相當長的一段時間內(nèi)的發(fā)展目標：全面提升我國HIC開發(fā)水平，工藝水平，使得我國HIC產(chǎn)品達到國外先進技術(shù)水平，大幅度提升我國HIC的質(zhì)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(shè)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(shù)水平，同時建立完整的評價體系，保證國產(chǎn)的HIC具有可靠性高、穩(wěn)定性好，達到國際一流的水平。軍方使用的HIC產(chǎn)品，將逐漸采用國產(chǎn)HIC替代，將從目前的國產(chǎn)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(jié)語

當前混合集成電路已經(jīng)成為我國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點，成為具有戰(zhàn)略意義的一項重大工程，它在我國信息產(chǎn)業(yè)當中具有十分重要的地位，目前我國混合集成電路的發(fā)展較為迅速，我國要抓住集成電路發(fā)展的歷史機遇，大力發(fā)展混合集成電路，是我國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家。

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