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毛军发院士 | 从集成电路到集成系统
射频学堂
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毛军发院士 | 从集成电路到集成系统
吴林晟, 毛军发.
从集成电路到集成系统
. 中国科学: 信息科学, doi
: 10.1360/SSI-2022-0414
研究意义
摩尔定律已面临物理、技术与成本极限的多重挑战,集成电路在沿着摩尔定律预测的尺寸缩小路径艰难发展的同时,亟需开辟新的方向。集成电路是我国高新技术与产业被“卡脖子”的一个痛点,从先进材料、元器件、制造装备、测试设备、EDA工具到高端芯片产品全面被禁运,严重制约了我国高新技术的自主发展,甚至威胁到国家安全。因此,快速发展自主可控的集成电路技术已上升到国家战略层面。而由于其强大的功能、优异的性能、对设备要求相对较低以及与欧美差距相对较小,集成系统技术在摩尔定律面临挑战的今天,已成为我国集成电路科技与产业变道超车发展的突破口和历史机遇。
概念内涵
集成系统(Integrated Systems,IS)定义为,将化合物半导体高性能器件或芯片,硅基低成本、高集成度器件或芯片,微机械、微光学、微能源、微流动等元部件,以及无源元件与天线等各种不同工艺种类与节点、不同尺度与架构的元器件、芯片或组件进行集成,实现所需要的微电子系统。集成系统中所有芯片、元器件、互连线在结构上组成一个整体,提升系统高密度、小型化、强功能、高可靠、低功耗、低成本、易设计、易制作等方面的能力。集成系统具有跨尺度、跨材料、跨工艺、跨维度、跨物理、一体化的特征。
一种集成系统示意图
集成系统的技术发展趋势可以总结为:
(1)集成度、工作速度不断提高;
(2)电-光-声-机-生物多元一体融合;
(3)后端集成与前端芯片工艺相向发展。
集成系统面临多物理调控(电磁、温度、应力等)、多性能协同(电磁、信号/电源完整性、热、机械、可靠性等)、多材质融合(硅、化合物半导体、有机、相变材料等)三方面的挑战,需要解决的关键科学技术问题概括为:
(1)集成系统体系架构;
(2)电-热-力跨尺度耦合多物理效应与演变规律;
(3)多性能多功能协同机制;
(4)异质界面生成与工艺量化调控机理;
(5)可测性原理;
(6)集成系统的协同仿真设计。
技术雏形
(1)芯粒技术:近年来兴起的芯粒(Chiplet)技术将单一先进工艺的大芯片分解成多个特征模块,每个模块(芯粒)用各自最适合的工艺实现,再通过先进封装集成技术将其重组为一颗芯片。
(2)封装天线技术:指在包含无线芯片的封装结构中实现集成化的天线或阵列。与射频系统级封装即RF-SiP技术相伴,AiP将无线芯片、天线辐射单元或阵列、封装体及其它必备部件协同设计和一体化集成。
(3)多功能无源元件:将多种不同功能的元件结合为协同或融合设计的多功能元件,可以显著减少系统所需元件和转接数量,大幅减小电路尺寸,降低插损,提高集成度.
(4)异质异构集成技术:将不同工艺节点的化合物半导体材料高性能器件或芯片、硅基低成本高集成度器件或芯片(都含光电子器件或芯片)、无源元件(含MEMS)或天线,通过异质键合或外延生长等方式,在微纳尺度集成实现更高级别的集成电路或系统。作为一种典型的异质异构集成方案,TSMC的SoIC技术是一种创新的多芯片堆叠技术,不再使用微凸点而是直接采用TSV将堆叠裸片垂直联接,具有更高的集成密度和更短的互连。
芯粒技术示意图
封装天线示意图
异质异构技术实现路线
TSMC的SoIC技术及其ImMC应用示意图
注释:文章转载自 中国科学信息科学,文章版权归原作者所有,任意形式的转发引用,请与原作者联系。
来源:射频学堂
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电路
半导体
光学
电子
电源完整性
芯片
材料
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著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-06-21
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