全面解讀集成電路產(chǎn)業(yè)鏈及相關(guān)技術(shù)

　　本文從概念入手，從幾個(gè)維度全面解讀集成電路產(chǎn)業(yè)鏈和相關(guān)的一些技術(shù)介紹，務(wù)求讓大家看完此文，對集成電路的一些基礎(chǔ)的流程和技術(shù)有簡單的了解：

　　集成電路：從發(fā)明到應(yīng)用

　　集成電路(IC)是指經(jīng)過特種電路設(shè)計(jì)，利用半導(dǎo)體加工工藝，集成于一小塊半導(dǎo)體(如硅、鍺等) 晶片上的一組微型電子電路。IC 被廣泛應(yīng)用之前，傳統(tǒng)的分立電路多以導(dǎo)線連接獨(dú)立的電路元件而構(gòu)成。而集成電路相對于此，在體積上，單片集成電路可比同樣功能的分立電路小數(shù)倍;結(jié)構(gòu)上，IC 非常緊湊，可使多達(dá)數(shù)十億的晶體管等元件存在于一個(gè)人類指甲大小的面積上。半導(dǎo)體優(yōu)越的技術(shù)性能、半導(dǎo)體設(shè)備制造技術(shù)的飛速發(fā)展、集成電路高效率的大規(guī)模生產(chǎn)以及采用結(jié)構(gòu)單元的電路設(shè)計(jì)方式，使標(biāo)準(zhǔn)化集成電路迅速取代了過去運(yùn)用分立元件的傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。

　　IC 巨大的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在兩方面：成本與性能。芯片通過光刻技術(shù)被整體印制成獨(dú)立單元，加上采用極少材料的封裝技術(shù)——使成本得以大幅降低;微小的體積以及元件的緊密排布使信息切換速度極快并且產(chǎn)生更少的能耗——其工作性能亦十分卓越。

　　分立電路和集成電路產(chǎn)品

　　圖1左側(cè)是典型的前臵放大器分立電路，電路板面積12880平方毫米，晶體管數(shù)量62顆，右側(cè)英特爾酷睿i7中央處理器，核心面積159.8平方毫米，晶體管數(shù)量約14.8億顆。

　　如今集成電路已被廣泛應(yīng)用于所有電子設(shè)備，并推動(dòng)了電子時(shí)代的到來，傳媒、教育、娛樂、醫(yī)療、軍工、通訊等各領(lǐng)域的發(fā)展均離不開性能卓越的集成電路設(shè)備。同時(shí)正因IC低成本、高性能的特質(zhì)，才使得計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話以及其他家用電子電器變?yōu)楫?dāng)今社會(huì)生活中不可或缺的組成部分。

　　(1)集成電路的發(fā)明與發(fā)展

　　1947年底第一塊晶體管問世，同為主動(dòng)元件，相對于真空管，晶體管具有體積小、能耗低，性能優(yōu)越的特點(diǎn)，并且克服了真空管易碎的缺點(diǎn)，使其很快就成為了新興產(chǎn)業(yè)。在實(shí)際運(yùn)用中，由于晶體管需要逐一單個(gè)生產(chǎn)，由其構(gòu)成的分立電路亦十分復(fù)雜且體積龐大，造成了大量使用上的不便，于是1952年英國人Dummer就提出集成電路的想法，取得突破的是德州儀器的Kilby在1958年基于鍺晶體研制出世界第一塊IC，但Kilby使用極細(xì)的金屬絲作為連接線，這種情況下難以大規(guī)模生產(chǎn)IC，1959年初，仙童公司的Noyce用光刻技術(shù)在硅基質(zhì)上制作金屬鋁連線，使得整個(gè)IC都可以用平面工藝制作，在此基礎(chǔ)上工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)IC成為可能，兩人也因此被認(rèn)為是集成電路的共同發(fā)明者。

　　根據(jù)集成電路技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的具體功能，集成電路主要可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/模混合集成電路三大類。

　　模擬集成電路又稱線性電路，用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(hào)(幅度隨時(shí)間變化)，其輸入信號(hào)和輸出信號(hào)成比例關(guān)系，應(yīng)用于各類模擬信號(hào)處理單元、放大器、濾波器、調(diào)制解調(diào)器等等。

　　數(shù)字集成電路則處理各種數(shù)字信號(hào)(在時(shí)間上和幅度上離散取值)，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如計(jì)算機(jī)CPU、內(nèi)存、各類電器的微控制器等。

　　數(shù)/模混合集成電路在同一個(gè)電路系統(tǒng)中通過信號(hào)轉(zhuǎn)換，結(jié)合了模電以及數(shù)電單元，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的技術(shù)控制功能，基于該技術(shù)的SoC(系統(tǒng)級(jí)芯片)現(xiàn)已成為IC領(lǐng)域最具潛力的發(fā)展方向之一。

　　模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌想娐反懋a(chǎn)品

　　左圖是模擬電路代表產(chǎn)品——運(yùn)用模擬信號(hào)傳輸技術(shù)的無線電通訊雷達(dá)站，中圖是數(shù)字電路代表產(chǎn)品——實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)字運(yùn)算功能的國產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)， 右圖是SoC(系統(tǒng)級(jí)芯片)示意圖。

　　由于數(shù)字集成電路具有數(shù)字運(yùn)算、邏輯處理的功用，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代集成電路芯片制造領(lǐng)域。其中， CMOS數(shù)字集成電路現(xiàn)已成為構(gòu)建特種運(yùn)算、邏輯、控制電路的主流技術(shù)。

　　從時(shí)間角度劃分，在技術(shù)發(fā)展的早期，簡單的集成電路受技術(shù)規(guī)模的局限，單個(gè)芯片往往只能承載數(shù)個(gè)晶體管。過低的電路集成度同時(shí)意味著芯片設(shè)計(jì)過程十分簡單、制造產(chǎn)量極低。伴隨著科技的進(jìn)步，數(shù)十億的晶體管得以被臵于一塊芯片之上。良好的電路設(shè)計(jì)要求周密的線路規(guī)劃，這使得新型的電路設(shè)計(jì)方法同樣實(shí)現(xiàn)了飛速的發(fā)展。

　　不同時(shí)間段芯片集成度