發布日期：2022-07-14 點擊率：24
現在，國際上混合集成電路正在步入將系統級芯片、微傳感器、微執行器和外圍薄膜無源元件集成在一起，集微電子技術、光電子技術、MEMS（微電機系統）技術和納米技術于一體的系統封裝(SoP)階段。
電子產品的發展大趨勢是高集成、高性能和高可靠性，而隨著技術的提高將產品的“輕、薄、短，小”不斷推向新的水平。有源器件經歷了由電子管、晶體管、小規模集成電路、中規模集成電路、大規模集成電路和超大規模集成電路階段，現在實現了系統級芯片(SoC)，驗證了摩爾定律“每18個月集成電路芯片上的晶體管數目增加1倍”的預言。無源元件也正在實現從有引線插裝元件的形式向無引線表面貼裝的小型化形式發展。
系統封裝實現真正小型化
混合集成電路是一種小型化、高性能和高可靠的互連封裝手段。我們國內將其稱為二次集成，意指在半導體單片集成電路的基礎上，實現包括外圍無源元件在內的混合集成。混合集成電路是隨著半導體和集成電路的發展而發展起來的。它經歷了和半導體類似的發展歷程。隨著半導體集成電路規模的擴大，混合集成電路經歷集成了中小規模IC（集成電路）的混合電路、集成了大規模和超大規模集成電路的多芯片組件(MCM)、集成了系統級芯片實現3D堆疊組裝的封裝內系統(SIP)等階段。現在，國際上混合集成電路正在步入將系統級芯片、微傳感器、微執行器和外圍薄膜無源元件集成在一起，集微電子技術、光電子技術、MEMS（微機電系統）技術和納米技術于一體的系統封裝(SoP)階段。
在許多情況下，遵循摩爾定律發展的IC僅占一個系統的10%，其余90%是組裝在一兩個印制電路板上的諸如電阻、電容、電感、天線、濾波器和開關這類分立無源元件，它們仍舊留在那里。要實現真正的小型化需要再前進一步，即用系統封裝（SoP）來實現真正意義上的小型化。SoP超越了摩爾定律，它將IC與微米量級的薄膜型分立元件結合，將各種元器件內埋在一種非常小的新型封裝里，以至于使手持系統成為具有從多功能到兆功能的設備。SoP不僅被開發用于無線通信、計算和娛樂裝置，配上傳感器，它還可以用來檢測各種物質(有毒的和無毒的)，包括周圍環境中、食物里以及人體內的化學物質。該技術解決了系統中90%沒有被集成化部分的體積問題(即所謂的90%問題)。
SoP技術代表了一種截然不同的系統構建方法。它縮小了笨拙的印制電路板體積并節省了許多元件，使它們幾乎消失。實際上，SoP建立了系統集成的新定律。有人將其稱為電子學第二定律。這個新定律是：隨著元件尺寸縮小和印制電路板的消失，在一個SoP里元件密度每年大約增加1倍，而封裝內系統功能的數量將以同樣的比例增加。這樣，SoP技術在系統小型化方面將比僅僅處理IC芯片上晶體管數目的摩爾定律產生更大的作用和影響。
自從1993年美國佐治亞理工學院提出SoP的概念后，他們與美國、日本、韓國和歐洲的100多家電子公司在這方面開展合作，包括AMD、Asahi、愛立信、Ford、日立、IBM，英特爾、Matsushita、摩托羅拉、NEC、諾基亞、三星、索尼和TI等公司。此外，70多位研究人員作為訪問工程師來到他們的封裝研究中心研究SoP及其應用。
迄今為止，至少有50家公司參與了SoP技術研究，將其應用到汽車、計算機、消費電子、軍事電子和無線通信領域。該研究中心還為許多公司建造許多試驗樣機，將模擬、數字、射頻、光學和傳感元件做進單一封裝，形成不同的組合。
我國應盡快開展SoP研究
我國的混合集成電路行業從20世紀60年代中期起步，經過40多年的發展，從無到有，從小到大，至今，已具備了一定的研究、開發和生產能力，產品已經在航空、航天、艦船、兵器、通信、雷達、電子對抗及電力電子、汽車電子、醫療電子和其他消費類電子產品中得到廣泛應用。
但是在技術水平上，國內的混合集成電路基本還處在對中小規模集成電路進行二次集成的混合集成電路發展的初中級階段。從上世紀90年代開始，在國家科研項目的支持下，一些研究所和工廠開展了多芯片組件的研究，取得了初步的成果，在一些重點工程項目中獲得了初步應用。但是技術水平上和國外先進水平還有一定的差距。迄今為止，對于混合集成電路的最新發展階段SIP和SoP產品，國內混合集成電路行業尚沒有對其進行系統地規劃和研究。
但是，作為SoP基礎技術的微電子技術、MEMS技術、納米電子技術、材料技術，在其他項目的規劃下國內已經有一些單位開展研究，并取得了一定的成果。微系統技術在國內一些從事微系統研究的研究所已經開始進行研究，但是和混合集成電路行業沒有太多聯系。這對于集中國內的資源，盡快推動微系統封裝行業的發展，趕超世界先進水平是不利的。
對于混合集成電路行業自身來說，我們的優勢在于集合現有的不同技術優勢于一體，進行混合集成，實現最優的性能和可靠性。如果缺乏前瞻性，看不到在微系統封裝方面我們混合集成電路行業的責任和采取行動的急迫性，將來必然又要落后于國際先進水平。因此，行業中相關企業和研究所應即刻開始展開在SoP領域的研發和探索。
專家觀點
發展我國SoP思考和建議
混合集成電路技術本質上是一種高集成度、高性能和高可靠的互連封裝技術。它在電子產品微小型化的進程中扮演著極為重要的角色。半導體單片集成電路的集成度沿著摩爾定律指出的路線圖迅速進步。但是，摩爾定律只是對單片集成電路晶體管密度作出預言，雖然非常重要，但用佐治亞理工學院Tummala教授的話說，它只解決了系統中10%的問題。占系統體積90%的大型無源元件和電路板的小型化要靠混合集成技術解決，這就是我們今天所說的SoP技術。
隨著技術的進步，必然的結果是系統與元器件的融合，各種技術的融合。要實現系統集成的SoP封裝，推動電子產品的不斷小型化，使系統封裝領域的“超摩爾定律”成為現實，光靠一個單位的實力是不夠的。需要國家綜合實力的支撐，需要各個行業協同作戰。
為了推動SoP技術在我國的推廣應用，建議如下：
1.由國家對系統封裝行業作出規劃，設立重大專項，給予足夠的資金支持，協調國內混合集成電路研制單位、整機單位、微系統研制單位和材料研究單位組成協作攻關隊伍。
2.國內混合集成電路行業的廠所把微系統封裝的實現作為自己的戰略目標之一，對科研、人才和設備作出規劃，主動與系統單位、MEMS和納米技術研制單位協作，組成產學研結合的攻關隊伍。力爭有所突破，成為微系統封裝的主力軍。
3.中電元協和中國電子學會定期組織混合集成電路研制單位、微系統研制單位、MEMS和納米技術研制單位的技術交流，打破行業壁壘，促進行業融合和合作。
4.加速國內半導體行業、材料行業和設備行業的發展。混合集成電路技術是二次集成的手段，是建立在半導體集成技術、材料技術基礎上的，依賴于設備進行生產和試驗，只有國內的半導體集成電路行業、材料行業和設備行業獲得了長足的進步，混合集成電路行業才可能立足于國內雄厚的工業基礎，獲得更大更快的發展。
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