我國集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

　　集成電路發(fā)展趨勢

　　1、國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

　　目前，以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)超過了以汽車、石油、鋼鐵為代表的傳統(tǒng)工業(yè)成為第一大產(chǎn)業(yè)，成為改造和拉動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)邁向數(shù)字時代的強(qiáng)大引擎和雄厚基石。1999年全球集成電路的銷售額為1250億美元，而以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)的世界貿(mào)易總額約占世界GNP的3%，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)表明，每l~2元的集成電路產(chǎn)值，帶動了10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值的形成，進(jìn)而帶動了100元GDP的增長。目前，發(fā)達(dá)國家國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值增長部分的65%與集成電路相關(guān)；美國國防預(yù)算中的電子含量已占據(jù)了半壁江山（2001年為43.6%）。預(yù)計未來10年內(nèi)，世界集成電路銷售額將以年平均15%的速度增長，2010年將達(dá)到6000~8000億美元。作為當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)競爭的焦點(diǎn)，擁有自主版權(quán)的集成電路已曰益成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈、社會進(jìn)步的基礎(chǔ)、國際競爭的籌碼和國家安全的保障。

　　集成電路的集成度和產(chǎn)品性能每18個月增加一倍。據(jù)專家預(yù)測，今后20年左右，集成電路技術(shù)及其產(chǎn)品仍將遵循這一規(guī)律發(fā)展。 集成電路最重要的生產(chǎn)過程包括：開發(fā)EDA（電子設(shè)計自動化）工具，利用EDA進(jìn)行集成電路設(shè)計，根據(jù)設(shè)計結(jié)果在硅圓片上加工芯片（主要流程為薄膜制造、曝光和刻蝕），對加工完畢的芯片進(jìn)行測試，為芯片進(jìn)行封裝，最后經(jīng)應(yīng)用開發(fā)將其裝備到整機(jī)系統(tǒng)上與最終消費(fèi)者見面。 20世紀(jì)80年代中期我國集成電路的加工水平為5微米，其后，經(jīng)歷了3、1、0.8、0.5、0.35微米的發(fā)展，目前達(dá)到了0.18微米的水平，而當(dāng)前國際水平為0.09微米（90納米），我國與之相差約為2-3代。

　　（1）設(shè)計工具與設(shè)計方法。隨著集成電路復(fù)雜程度的不斷提高，單個芯片容納器件的數(shù)量急劇增加，其設(shè)計工具也由最初的手工繪制轉(zhuǎn)為計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD），相應(yīng)的設(shè)計工具根據(jù)市場需求迅速發(fā)展，出現(xiàn)了專門的EDA工具供應(yīng)商。目前，EDA主要市場份額為美國的Cadence、Synopsys和Mentor等少數(shù)企業(yè)所壟斷。中國華大集成電路設(shè)計中心是國內(nèi)唯一一家EDA開發(fā)和產(chǎn)品供應(yīng)商。

　　由于整機(jī)系統(tǒng)不斷向輕、薄、小的方向發(fā)展，集成電路結(jié)構(gòu)也由簡單功能轉(zhuǎn)向具備更多和更為復(fù)雜的功能，如彩電由5片機(jī)到3片機(jī)直到現(xiàn)在的單片機(jī)，手機(jī)用集成電路也經(jīng)歷了由多片到單片的變化。目前，SoC作為系統(tǒng)級集成電路，能在單一硅芯片上實(shí)現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理和I/O等功能，將數(shù)字電路、存儲器、MPU、MCU、DSP等集成在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)一個完整系統(tǒng)的功能。它的制造主要涉及深亞微米技術(shù)，特殊電路的工藝兼容技術(shù)，設(shè)計方法的研究，嵌入式IP核設(shè)計技術(shù)，測試策略和可測性技術(shù)，軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)和安全保密技術(shù)。SoC以IP復(fù)用為基礎(chǔ)，把已有優(yōu)化的子系統(tǒng)甚至系統(tǒng)級模塊納入到新的系統(tǒng)設(shè)計之中，實(shí)現(xiàn)了集成電路設(shè)計能力的第4次飛躍。

　?。?）制造工藝與相關(guān)設(shè)備。集成電路加工制造是一項(xiàng)與專用設(shè)備密切相關(guān)的技術(shù)，俗稱“一代設(shè)備，一代工藝，一代產(chǎn)品”。在集成電路制造技術(shù)中，最關(guān)鍵的是薄膜生成技術(shù)和光刻技術(shù)。光刻技術(shù)的主要設(shè)備是曝光機(jī)和刻蝕機(jī)，目前在130nm的節(jié)點(diǎn)是以193nmDUV（Deep Ultraviolet Lithography）或是以光學(xué)延展的248nmDUV為主要技術(shù)，而在l00nm的節(jié)點(diǎn)上則有多種選擇：157nm DIJV、光學(xué)延展的193nm DLV和NGL.在70nm的節(jié)點(diǎn)則使用光學(xué)延展的157nm DIJV技術(shù)或者選擇NGL技術(shù)。到了35nm的節(jié)點(diǎn)范圍以下，將是NGL所主宰的時代，需要在EUV和EPL之間做出選擇。此外，作為新一代的光刻技術(shù)，X射線和離子投影光刻技術(shù)也在研究之中。

　?。?）測試。由于系統(tǒng)芯片（SoC）的測試成本幾乎占芯片成本的一半，因此未來集成電路測試面臨的最大挑戰(zhàn)是如何降低測試成本。結(jié)構(gòu)測試和內(nèi)置自測試可大大縮短測試開發(fā)時間和降低測試費(fèi)用。另一種降低測試成本的測試方式是采用基于故障的測試。在廣泛采用將不同的IP核集成在一起的情況下，還需解決時鐘異步測試問題。另一個要解決的問題是提高模擬電路的測試速度。

　?。?）封裝。電子產(chǎn)品向便攜式/小型化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體化方向發(fā)展的市場需求對電路組裝技術(shù)提出了苛刻需求，集成電路封裝技術(shù)正在朝以下方向發(fā)展：

　　①裸芯片技術(shù)。主要有COB（ChipOI1Board）技術(shù)和Flip Chip（倒裝片）技術(shù)兩種形式。

　　②微組裝技術(shù)。是在高密度多層互連基板上，采用微焊接和封裝工藝組裝各種微型化片式元器件和半導(dǎo)體集成電路芯片，形成高密度、高速度、高可靠的三維立體機(jī)構(gòu)的高級微電子組件的技術(shù)，其代表產(chǎn)品為多芯片組件（MCM）。

　?、蹐A片級封裝。其主要特征是：器件的外引出端和包封體是在已經(jīng)過前工序的硅圓片上完成，然后將這類圓片直接切割分離成單個獨(dú)立器件。

　?、軣o焊內(nèi)建層（Bumpless Build-Up Layer， BBLIL）技術(shù)。該技術(shù)能使CPIJ內(nèi)集成的晶體管數(shù)量達(dá)到10億個，并且在高達(dá)20GHz的主頻下運(yùn)行，從而使CPU達(dá)到每秒1億次的運(yùn)算速度。此外，BBUL封裝技術(shù)還能在同一封裝中支持多個處理器，因此服務(wù)器的處理器可以在一個封裝中有2個內(nèi)核，從而比獨(dú)立封裝的雙處理器獲得更高的運(yùn)算速度。此外，BBUL封裝技術(shù)還能降低CPIJ的電源消耗，進(jìn)而可減少高頻產(chǎn)生的熱量。

　?。?）材料。集成電路的最初材料是鍺，而后為硅，一些特種集成電路（如光電器件）也采用三五族（如砷化鎵）或二六族元素（如硫化鎘、磷化銦）構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體。由于硅在電學(xué)、物理和經(jīng)濟(jì)方面具有不可替代的優(yōu)越性，故目前硅仍占據(jù)集成電路材料的主流地位。鑒于在同樣芯片面積的情況下，硅圓片直徑越大，其經(jīng)濟(jì)‘性能就越優(yōu)越，因此硅單晶材料的直徑經(jīng)歷了1、2、3、5、6、8英寸的歷史進(jìn)程，目前，國內(nèi)外加工廠多采用8英寸和12英寸硅片生產(chǎn)，16和18英寸（450mm）的硅單晶及其設(shè)備正在開發(fā)之中，預(yù)計2016年左右18英寸硅片將投入生產(chǎn)。

　　此外，為了適應(yīng)高頻、高速、高帶寬的微波集成電路的需求，SoI （Silicon-on-Insulator）材料，化合物半導(dǎo)體材料和鍺硅等材料的研發(fā)也有不同程度的進(jìn)展。

　?。?）應(yīng)用。應(yīng)用是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是集成電路最終進(jìn)入消費(fèi)者手中的必經(jīng)之途。除眾所周知的計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)類產(chǎn)品的應(yīng)用外，集成電路正在不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，諸如微機(jī)電系統(tǒng)，微光機(jī)電系統(tǒng)，生物芯片（如DNA芯片），超導(dǎo)等。這些創(chuàng)新的應(yīng)用領(lǐng)域正在形成新的產(chǎn)業(yè)增長點(diǎn)。

　?。?）基礎(chǔ)研究。基礎(chǔ)研究的主要內(nèi)容是開發(fā)新原理器件，包括：共振隧穿器件（RTD）、單電子晶體管（SET）、量子電子器件、分子電子器件、自旋電子器件等。技術(shù)的發(fā)展使微電子在21世紀(jì)進(jìn)入了納米領(lǐng)域，而納電子學(xué)將為集成電路帶來一場新的革命。

　　2 我國集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

　　我國集成電路產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)60年代，2001年全國集成電路產(chǎn)量為64億塊，銷售額200億元人民幣。2002年6月，共有半導(dǎo)體企事業(yè)單位（不含材料、設(shè)備）651家，其中芯片制造廠46家，封裝、測試廠108家，設(shè)計公司367家，分立期間廠商130家，從業(yè)人員11.5萬人。設(shè)計能力0.18~0.25微米、700萬門，制造工藝為8英寸、0.18~0.25微米，主流產(chǎn)品為0.35~0.8微米。

　　與國外的主要差距：一是規(guī)模小，2000年，國內(nèi)生產(chǎn)的芯片銷售額僅占世界市場總額的1.5%，占國內(nèi)市場的20%;二是檔次低，主流產(chǎn)品加工技術(shù)比國外落后兩代；三是創(chuàng)新開發(fā)能力弱，設(shè)計、工藝、設(shè)備、材料、應(yīng)用、市場的開發(fā)能力均不十分理想，其結(jié)果是今天受制于人，明天后勁乏力；四是人才欠缺。

　　總之，我國絕大多數(shù)電子產(chǎn)品仍處于流通過程中的下端，多數(shù)組裝型企業(yè)扮演著為國外集成電路廠商打工的角色，這種脆弱的規(guī)模經(jīng)濟(jì)模式，因其附加值極低，致使諸多產(chǎn)量世界第一的產(chǎn)品并未給企業(yè)和國家?guī)砜捎^的收益，反而使掌握關(guān)鍵技術(shù)的競爭者通過集成電路打入中國市場，攫取了絕大部分的利潤。