行业资讯

2014/12/15

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国际集成电路技术发展状况

  集成电路技术已经进入纳米时代,世界上多条90nm/12英寸的生产线已进入规模化生产;65nm的生产技术已经基本成型,采用65nm技术的产品已经出产。

  集成电路设计技术中,EDA工具已成为必备基础手段,一系列设计方法学的研究成果在其中得以体现并在产品设计过程中发挥作用,IP核复用技术已被广泛应用,相关产业即将成熟,系统级芯片(SOC)的设计思想在实际应用中得到广泛应用,并处于逐渐丰富和完善之中:芯片制造技术得益于光刻技术、SOI(Silicon on Insulator)技术、铜互连等技术的突破,目前已经达到90nm的水平并且正向65nm工艺节点前进I封装技术中,封装形式的主流已经转变,新型封装技术的应用正在增多,以Sp(System in Package)封装为代表的下一代封装形式已经出现,封装与组装的界限已经变得模糊:测试技术从相关领域中的分离已经成为定局,测试系统向高速、多管脚、多器件并行同测、SOC测试的方向发展明确。

  集成电路设计技术

  随着工艺技术水平的不断提高,早期的人工设计已逐步被计算机辅助设计(CAD)所取代,目前已进入超超大规模集成电路设计和SOC设计阶段。在集成电路设计技术中最重要的设计方法、EDA工具及IP核三个方面都有新的发展:

  半定制正向设计成为世界集成电路设计的主流技术,而全定制一般应用在CPU(Central ProcessUnit)等设计要求较高的产品中,逆向设计多应用于特定的集成电路设计过程中,当今世界领先的EDA工具基本掌握在世界专业EDA公司手中,如益华计算机(Cadence)、新思科技(Synopsys)、明导科技(Mentor Graphics)和近年发展迅猛的迈格玛(Magma),它们的世界市场占有率高达60%以上,世界上IP专营公司日见增多,目前自主开发和经营IP核的公司有英国的ARM和美国的DeSOC等,世界IP核产业已经初具规模。

  在我国,近年来集成电路设计业得到了长足发展,大唐微电子、杭州士兰、珠海炬力、华大等专业设计公司已经崭露头角,年销售额已经达到几亿元人民币。其设计能力达到0.25-0.18μm,高端设计达到0.13μm。我国集成电路设计已从逆向设计过渡到正向设计,全定制的设计方法也在某些电路设计中得到体现。但值得指出的是,我国集成电路设计公司基本上都是依赖国际先进的设计工具。

  在EDA工具方面,华大集成电路设计中心足我国大陆唯一研发EDA工具的科研机构。该设计中心已经成功开发出全套EDA工具软件包——熊猫九天系列(Zeni系列)。虽然我国在EDA工具研发方面取得了一定的成绩,但产品仍未达到普及的水平,还不能与世界顶尖厂家在高层次、高水平上竞争。

  在IP核方面,我国IP核技术的发展相对落后,研发总量不大,未能形成规模市场,而且还存在着接口标准不统一、复用机制不健全以及知识产权保护力度不够等问题,加之国际大型IP公司纷纷以各种合作的方式向国内企业以低价甚至免费方式授权使用其IP核产品,对我国IP核产品的市场化形成非常大的阻力。

  集成电路芯片制造技术

  当前,国际先进的集成电路芯片加工水平已经进入90nm/12英寸,而且正向65nm水平前进,65nm以下设备已逐步进入实用,45~22nm设备和技术正在开发当中。在芯片制造技术领域的一个显著特点是,集成电路工艺与设备的结合更为紧密,芯片制造共性工艺技术的开发越来越多地由设备制造商来承担。目前,设备制造商的职责已经从单纯地提供硬件设备转变为既要提供硬件设备又要提供软件(含工艺菜单)、工艺控制及工艺集成等服务的总体解决方案,芯片制造技术越来越多地融入设备之中。

  我国集成电路芯片制造技术水平与世界先进水平相差巨大。近年在全球市场兴旺发展大潮的带动下,我国集成电路产业投资加大,国际合作的大环境促进了产业从境外向我国大陆转移,中芯国际、上海华虹NEC等大型芯片制造企业已经具备大规模集成电路的生产能力。目前,我国8英寸晶片制造产能快速扩充,主流制造工艺水平为0.18μm。

  虽然我国集成电路芯片制造业近年来大规模发展,但不容忽视的是,生产过程中所用到的设备基本都是从国外进口。以光刻机为例,我国集成电路生产线中的光刻机基本都足从欧美和日本进口,尤其是0.5μm以下的光刻机百分之百都来自国外。可喜的是,在“十五”计划期间,国家安排了集成电路专用设备重大科研专项,包括100nm分辨率集成电路光刻机、等离子刻蚀机和大倾角离子注入机,目前相关设备的研究已经取得成果,等离子刻蚀机、大角度离子注入机已完成项目验收,并被中芯国际批量采购。

  集成电路封装技术

  集成电路封装技术的发展主要体现在封装方式上。最早的集成电路封装技术起源于半导体器件封装技术,封装方式足TO型(礼帽型)金属壳和扁平长方形陶瓷壳,时至今日,封装方式已经发展到几大类和若干小类,包括:(1)直插式:单列直插(SIP)、双列直插式(DIP),(2)引线芯片载体:引线陶瓷芯片载体(LCCC)、塑料有引线芯片载体(PLCC),(3)四方型扁平封装(QFP):薄型QFP(TQFP)等,(4)小外形封装(SOP):J型引脚小外型封装(SOJ)、薄小外形封装(TSOP)等,(5)阵列式封装:针栅阵列(PGA)、球栅阵列(BGA)、柱栅阵列(CGA)等。

  进入21世纪以来,新型的封装方式不断出现,其中以芯片级封装(Chip Si*********ePackage,CSP)、多芯片/三维立体封装(MultiChipPackaging,MCP/3D Packaging,3D)、晶片级封装(Wafer LevelPackaging,WLP)等几项新型封装技术最为引人瞩目,这几种新型的封装方式代表着当今封装技术的最先进水平。CSP是一种封装体尺寸最接近裸芯片尺寸的小型封装,目前CSP技术已趋于成熟,被众多的产品所选用。WLP技术是在芯片制造工序完成后,直接对晶片利用半导体工艺进行后续封装,而后再切割分离成单个器件。使用这种封装方式,可以提供相当于芯片尺寸大小的小型组件。三维立体封装是指在垂直于芯片表面的方向上堆叠、互连两片以上裸芯片的封装方式,其空间占用小,电性能稳定。目前,采用三、四或五层裸芯片构成的堆叠式存储器产品已经出现。除此之外,诸如系统级封装(System in Package,SIP)等下一代封装技术也由专家和研发机构提出,相关的基础研究已经开展。每一代封装技术的产生和推广,均有相应的加工设备作支撑,目前国际上各类先进封装设备在封装方式、封装速度和封装可靠性等方面均可满足大规模、快变化的工业生产需要,而且大有向专业设备寡头化发展的趋势。

  近些年来,我国在集成电路封装设备方面的开发和设备国产化方面有了一定的进展,典型设备包括;铜陵三佳公司研制的集成电路塑封模具、塑封压机,振华集团建新分公司研制的塑封压机,中电集团45所研制的全自动引线键合机和全自动芯片键合机等。经过多年的努力,国内一些单位在某些单台集成电路专用设备研发上填补了我国在封装设备领域的空白,但无论从设备先进性和整体规模方面,距离满足大工业化生产的要求还有很大的差距,距离世界先进设备的水平,相差更远,而且国内封装技术发展速度明显变缓。我国国内的集成电路封装大厂基本是合资或独资企业,所拥有的封装技术基本来自国外。

  集成电路测试技术

  测试技术的进步主要体现在测试设备的发展上,测试设备从测试小规模集成电路发展到测试中规模、大规模和超大规模集成电路,设备水平从测试仪发展到大规模测试系统。现今测试系统已向高速、多管脚、多器件并行同测和SOC测试的方向发展。世界先进的测试设备技术,基本掌握在美国、日本等专业测试设备生产厂家手中,如美国泰瑞达(TERADYNE)、安捷伦(AgilentTechnologies)公司、日本爱德万测试(ADVANTEST)公司等。

  国产集成电路测试设备虽有一定的发展,但与国际水平相比仍存在较大差距。市场上各种型号国产测试仪,中小规模占80%,只有少数采用计算机辅助测试的设备可称之为测试系统,但由于价格、可靠性、实用性等因素导致没有实用化。在大规模集成电路测试系统方面一片空白,国内所用的设备,完全是随生产线一起引进。

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