微电子技术应用实例及应用领域分析 - 全文

　　一、什么是微电子技术

　　微电子技术是在电子电路和电子系统的超小型化及微型化过程中逐渐形成和发展起来的，以集成电路为核心的电子技术。

　　二、微电子技术的特征

　　微电子技术是在传统的电子技术基础上发展起来的。之所以称之为“微电子”，顾名思义就是由于它是在微小的范畴内的一种先进技术，其特征是“四微”：

　　①它对信号的加工处理是在一种固体内的微观电子运动中实现的；

　　②它的工作范围是固体的微米级甚至晶格级微区；

　　③对信号的传递交换只在极微小的尺度内进行；

　　④它的容积很大，可以把一个电子功能部件，甚至一个子系统集成在一个微型芯片上。总之，微电子技术是指在几乎肉眼看不见的范围内进行工作的一种独特而神奇的特种技术。

　　三、微电子技术发展的影响

　　由于集成电路实现了材料、元件和电路的一体化及设计和工艺的一体化，大大简化了传统电子设备的制作工艺和成本，也使电子设备的小型化、高可靠性成为可能。在集成电路出现以来的40多年间，其集成度以每3年翻两番的速度快速增加，从而推动了微电子技术的迅猛发展，对人类社会的生产、生活产生了极其深远的影响。

　　首先，微电子技术的发展，特别是大规模和超大规模集成电路的出现，引起了计算机技术的革命性变革，促进了计算机在各行各业的应用，推动了新技术革命的迅猛发展，引起了人类社会的深刻变化。

　　其次，微电子技术的发展，使集成电路可以低成本、高效率大批量生产。由于集成电路所具有的体积小、重要轻、可靠性高、能耗省等独特优点，它已广泛应用于国防、文化、教育、卫生、交通运输、邮电通信、经济管理和各种消费类电子产品中。目前，它对电子产品的渗透率接近100％，成为现代信息社会的细胞。

　　再次，微电子技术已经成为发展科学技术、促进经济发展、推动信息化社会进程、加强军事实力、提高医疗水平的关键性基础技术。微电子技术的发展水平和发展规模已经成为衡量国家经济实力和技术进步的重要尺度，是一个国家综合国力的具体表现。

　　四、微电子技术应用领域

　　1、小型化集成系统

　　微电子学给人类带来了半个世纪的繁荣。目前国际上集成电路生产线已普遍采用8圆片，0.35um工艺。我国集成电路集成电路的大生产水平发展也很快。1995年已经达到了6‘1.2um的水平，IC产量到2000年可望达到年产10亿块。1995年4月，中科院微电子中心已开发出0.8um的CMOS工艺，在5.0×5.7mm 面积上集成了26000只晶体管、输出管脚数为72，制成了通用的模糊控制集成块。

　　2、高密度电子组装技术

　　集成电路IC实际上完成了芯片级的电子组装，有着极高的互联密度。那么，能不能将高集成鹊胨SI/VLSI/ULSI（大规模/超大规模/特大规模集成电路）和ASIC/FPGA/EPLD（专用IC/现场可编程门阵列/电可擦除可编程的逻辑器件）等组装在一起实现集成电路的功能集成呢？这就是SMT（表面安装技术）、HWSI（混合大圆片规模集成技术）和3D（三维组装技术）。这些技术，推动着电子设备和产品继续向薄轻短小发展，在片状元件的小型化和自动安装设备所能处理的元件尺寸已濒临极限的今天，起着关键的作用。进入90年代，代表性技术则轮到了MCM，人称多芯片组装时代，到2000年即下世纪初，将是WSI/HWSI/3D时代！WSI是将复杂的电子电路集成在一个大圆片上。将IC芯片，MCM和WSI进行三维迭装的3D组装突破了二维的限制，使组装密度更上一层楼。

　　3、纳米电子学

　　近几十年来，电子计算机已历经了几代的更迭，而代代更迭都是以存储或处理信息的基本电子学单元的尺度变化为标志的。从80年代开始，科学家开始探索特征尺寸为纳米量级的电子学，纳米电子学主要研究以扫描隧道显微镜为工具的单原子或单分子操纵技术。这些技术都有可能在纳米量级进行加工，目前已形成纳米量级的、信息存储器，存储状态已维持一个月以上，希图用此技术去制作16GB的存储器。德国的福克斯博士等制出了原子开关，达到了比现今芯片高100万倍的存储容量，获得了莫里斯奖。量子力学告诉我们，电子与光同时都具有粒子波的特性，今天的微电子学和光电子器件将缩到。0.1线宽，电子的波动性质再也不能忽视，把电子视为一种纯粹粒子的半导体理论基础已经动摇。这时电子所表现出来的波动特征和拥有的量子功能就是纳米电子学的任务。纳米电子学有更多诱人之处。科学家们已经预言，纳米电子学将导致一场电子技术的革命！

　　五、微电子技术应用实例

　　（1）目前，国内的数字电视分为标清与高 清两种，标清的分辨率为720X 576像素，而高清的分辨率则可达到1920X 1080像索。我国数字高清视频芯片的核心技术乃至整个市场长期都被欧美企业垄断。重庆四联集团我国首款数字高清视频芯片的诞生地，该集团第一批100块试生产的高清芯片的下线意味着国内数字电视市场将打破欧美企业垄断局面，年底实现量化生产后，市民购买最低的价格，最高品质的数字高清电视。高清视频芯片除了运用于电视机上外，还将运用到机顶盒、手机等电子产品上。

　　（2）英特尔正在设法改造其未来的处理器芯片。英特尔将向研究人员出货一种实验性的48核处理器。这种处理器将主要提供给学术机构。这种芯片不会成为商业性的芯片产品，因为它是一个研究项目的一部分。但是，这种芯片的功能可能会用于未来的芯片中。这种处理器的开发是英特尔的万亿级计算研究计划的一部分。这个计划的重点是在一一个芯片上加入更多的处理器内核，加快从移动到服务器等各种设备的计算速度。英特尔实验室的工程师 Ch rist opher A nderson 说，这种48 核芯 片工作的时钟速度与基于Atom的芯片差不多。英特尔最新的Atom芯片是节能的，面向上网本和小型台式电脑，运行的时钟速度是1.66Ghz至1.83GHZ。这种48核处理器是在一个网状架构上制造的。当所有这些芯片内核相互通讯的时候，这种芯片会显著提高性能。向处理器增加内核被认为是提高芯片性能的一种节能的方法。传统的提高性能的方法是提高处理器的时钟速度。但是，那要放更多的热量和耗费更多的电源。这种48核处理器架构的改善包括削减影响当前X86芯片的内存和通讯瓶颈。为了加快数据交换，这种芯片架构使用多点接收和传送数据的方式组织内核。内核之间的路由器可加快数据交换。这种架构能够根据内核数量的增加而扩展。48核芯片在每个内核之间有24个小路由器。每一个芯片上的内核都有缓存，能够在所有的内核之间即时交换数据。这种48核芯片中与电源管理有关的一些功能也许会在短期内应用。这种处理器的耗电量在25至125瓦之间。这种芯片能够关闭内核以降低时钟速度和减少耗电量。

　　（3）意法半导体发布新型封装技术，可进一步缩减符合严格安全标准的控制模块的尺寸。意法半导体的部分新产品已开始采用新型SMBflat三针表面贴装封装，包括一款交流开关、一款晶闸管整流器以及三款双向晶闸管，这些产品被广泛用于阀门、电机控制电泵控制。起辉器及断路器。印刷电路板占板面积仅主流SOT223封装的一半，新型封装为意法半导体新款ACS108 1-Amp交流开关实现迄今为止最高的电流密度，这是此类产品的最主要优势。SMBflat圭寸装较SOT- 223封装薄40%，让设计人员可更自由地缩减装置外壳设计。此外，意法半导体的X02系列品闸管整流器和X01系列双向晶闸管均采用这款型封装，沿面距离有助于家电和工业电气设备达到主要安全标准的绝缘要求。可自行决定焊接在印刷电路板上的封装，SOT-223或SMBflat均符合使用标准。该解决方案可确保两种封装的兼容性，并实现在生产阶段的灵活性。SMBflat封装的主要特性;封装尺寸为3.95 x 4.6 x 1.1mm，PCB封装解决方案与SOT- -223封装相容，3.4mm沿面距离，符合ROHS法令和无卤素，SMBQat封装 是 A CS 108-6SU F-TR 交流 开关.X0202NUF晶闸管整流器及Z0103/07/09MUF系列双向晶闸管的一大特色。意法半导体推动功率封装微型化以达到提高电气安全标准的目的。