它在電路中用字母“IC”表示。集成電路發(fā)明者為杰克·基爾比(基于鍺(Ge)的集成電路)和羅伯特·諾伊斯(基于硅(Si)的集成電路)。當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路。
概述
集成電路,英文為Integrated Circuit,縮寫為IC;顧名思義,就是把一定數(shù)量的常用電子元件,如電阻、電容、晶體管等,以及這些元件之間的連線,通過半導(dǎo)體工藝集成在一起的具有特定功能的電路。是20世紀(jì)50年代后期到60年代發(fā)展起來的一種新型半導(dǎo)體器件。它是經(jīng)過氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、蒸鋁等半導(dǎo)體制造工藝,把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的半導(dǎo)體、電阻、電容等元件及它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上,然后焊接封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的電子器件。其封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式。集成電路技術(shù)包括芯片制造技術(shù)與設(shè)計(jì)技術(shù),主要體現(xiàn)在加工設(shè)備,加工工藝,封裝測(cè)試,批量生產(chǎn)及設(shè)計(jì)創(chuàng)新的能力上。
為什么會(huì)產(chǎn)生集成電路?我們知道任何發(fā)明創(chuàng)造背后都是有驅(qū)動(dòng)力的,而驅(qū)動(dòng)力往往來源于問題。那么集成電路產(chǎn)生之前的問題是什么呢?我們看一下1946年在美國(guó)誕生的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī),它是一個(gè)占地150平方米、重達(dá)30噸的龐然大物,里面的電路使用了17468只電子管、7200只電阻、10000只電容、50萬條線,耗電量150千瓦 [1]。顯然,占用面積大、無法移動(dòng)是它最直觀和突出的問題;如果能把這些電子元件和連線集成在一小塊載體上該有多好!我們相信,有很多人思考過這個(gè)問題,也提出過各種想法。典型的如英國(guó)雷達(dá)研究所的科學(xué)家達(dá)默,他在1952年的一次會(huì)議上提出:可以把電子線路中的分立元器件,集中制作在一塊半導(dǎo)體晶片上,一小塊晶片就是一個(gè)完整電路,這樣一來,電子線路的體積就可大大縮小,可靠性大幅提高。這就是初期集成電路的構(gòu)想,晶體管的發(fā)明使這種想法成為了可能,1947年在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出來了第一個(gè)晶體管,而在此之前要實(shí)現(xiàn)電流放大功能只能依靠體積大、耗電量大、結(jié)構(gòu)脆弱的電子管。晶體管具有電子管的主要功能,并且克服了電子管的上述缺點(diǎn),因此在晶體管發(fā)明后,很快就出現(xiàn)了基于半導(dǎo)體的集成電路的構(gòu)想,也就很快發(fā)明出來了集成電路。杰克·基爾比(Jack Kilby)和羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)在1958~1959期間分別發(fā)明了鍺集成電路和硅集成電路。
現(xiàn)在,集成電路已經(jīng)在各行各業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用,是現(xiàn)代信息社會(huì)的基石。集成電路的含義,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其剛誕生時(shí)的定義范圍,但其最核心的部分,仍然沒有改變,那就是“集成”,其所衍生出來的各種學(xué)科,大都是圍繞著“集成什么”、“如何集成”、“如何處理集成帶來的利弊”這三個(gè)問題來開展的。硅集成電路是主流,就是把實(shí)現(xiàn)某種功能的電路所需的各種元件都放在一塊硅片上,所形成的整體被稱作集成電路。對(duì)于“集成”,想象一下我們住過的房子可能比較容易理解:很多人小時(shí)候都住過農(nóng)村的房子,那時(shí)房屋的主體也許就是三兩間平房,發(fā)揮著臥室的功能,門口的小院子擺上一副桌椅,就充當(dāng)客廳,旁邊還有個(gè)炊煙裊裊的小矮屋,那是廚房,而具有獨(dú)特功能的廁所,需要有一定的隔離,有可能在房屋的背后,要走上十幾米……后來,到了城市里,或者鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化,大家都住進(jìn)了樓房或者套房,一套房里面,有客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間、陽臺(tái),也許只有幾十平方米,卻具有了原來占地幾百平方米的農(nóng)村房屋的各種功能,這就是集成。
當(dāng)然現(xiàn)如今的集成電路,其集成度遠(yuǎn)非一套房能比擬的,或許用一幢摩登大樓可以更好地類比:地面上有商鋪、辦公、食堂、酒店式公寓,地下有幾層是停車場(chǎng),停車場(chǎng)下面還有地基——這是集成電路的布局,模擬電路和數(shù)字電路分開,處理小信號(hào)的敏感電路與翻轉(zhuǎn)頻繁的控制邏輯分開,電源單獨(dú)放在一角。每層樓的房間布局不一樣,走廊也不一樣,有回字形的、工字形的、幾字形的——這是集成電路器件設(shè)計(jì),低噪聲電路中可以用折疊形狀或“叉指”結(jié)構(gòu)的晶體管來減小結(jié)面積和柵電阻。各樓層直接有高速電梯可達(dá),為了效率和功能隔離,還可能有多部電梯,每部電梯能到的樓層不同——這是集成電路的布線,電源線、地線單獨(dú)走線,負(fù)載大的線也寬;時(shí)鐘與信號(hào)分開;每層之間布線垂直避免干擾;CPU與存儲(chǔ)之間的高速總線,相當(dāng)于電梯,各層之間的通孔相當(dāng)于電梯間……
特點(diǎn)
集成電路具有體積小,重量輕,引出線和焊接點(diǎn)少,壽命長(zhǎng),可靠性高,性能好等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)成本低,便于大規(guī)模 生產(chǎn)。它不僅在工、民用電子設(shè)備如收錄機(jī)、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等方面得到廣泛的應(yīng)用,同時(shí)在軍事、通訊、遙控等 方面也得到廣泛的應(yīng)用。用集成電路來裝配電子設(shè)備,其裝配密度比晶體管可提高幾十倍至幾千倍,設(shè)備的穩(wěn)定工作時(shí)間也可大大提高。
分類
(一)按功能結(jié)構(gòu)分類
集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)的不同,可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/?;旌霞呻娐啡箢?。 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)(指幅度隨時(shí)間邊疆變化的信號(hào)。例如半導(dǎo)體收音機(jī)的音頻信號(hào)、錄放機(jī)的磁帶信號(hào)等),其輸入信號(hào)和輸出信號(hào)成比例關(guān)系。而數(shù)字集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號(hào)(指在時(shí)間上和幅度上離散取值的信號(hào)。例如VCD、DVD重放的音頻信號(hào)和視頻信號(hào))。
(二)按制作工藝分類
集成電路按制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路和薄膜集成電路。膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。
(三)按集成度高低分類
集成電路按集成度高低的不同可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、特大規(guī)模集成電路和巨大規(guī)模集成電路。
(四)按導(dǎo)電類型不同分類
集成電路按導(dǎo)電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路,他們都是數(shù)字集成電路?!‰p極型集成電路的制作工藝復(fù)雜,功耗較大,代表集成電路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等類型。單極型集成電路的制作工藝簡(jiǎn)單,功耗也較低,易于制成大規(guī)模集成電路,代表集成電路有CMOS、NMOS、PMOS等類型。
(五)按用途分類
集成電路按用途可分為電視機(jī)用集成電路、音響用集成電路、影碟機(jī)用集成電路、錄像機(jī)用集成電路、電腦(微機(jī))用集成電路、電子琴用集成電路、 通信 用集成電路、照相機(jī)用集成電路、遙控集成電路 、語言集成電路、報(bào)警器用集成電路及各種專用集成電路。
1.電視機(jī)用集成電路包括行、場(chǎng)掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、AV/TV轉(zhuǎn)換集成電路、開關(guān)電源集成電路、遙控集成電路、麗音解 碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器(CPU)集成電路、存儲(chǔ)器集成電路等。
2.音響用集成電路包括AM/FM高中頻電路、立體聲解碼電路、音頻前置放大電路、音頻運(yùn)算放大集成電路、音頻功率放大集成電路、環(huán)繞 聲處理集成電路、電平驅(qū)動(dòng)集成電路,電子音量控制集成電路、延時(shí)混響集成電路、電子開關(guān)集成電路等。
3.影碟機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、視頻編碼集成電路、MPEG解碼集成電路、音頻信號(hào)處理集成電路、音響效果集成電路、RF信號(hào)處理集成電路、數(shù)字信號(hào)處理集成電路、伺服集成電路、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路等。
4. 錄像機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、伺服集成電路、驅(qū)動(dòng)集成電路、音頻處理集成電路、視頻處理集成電路。
(六)按應(yīng)用領(lǐng)域分
集成電路按應(yīng)用領(lǐng)域可分為標(biāo)準(zhǔn)通用集成電路和專用集成電路。
(七)按外形分
集成電路按外形可分為圓形(金屬外殼晶體管封裝型,一般適合用于大功率)、扁平型(穩(wěn)定性好
,體積小)和雙列直插型.
發(fā)展簡(jiǎn)史
1、世界集成電路的發(fā)展歷史
1947年:貝爾實(shí)驗(yàn)室肖克萊等人發(fā)明了晶體管,這是微電子技術(shù)發(fā)展中第一個(gè)里程碑;
1950年:結(jié)型晶體管誕生;
1950年: R Ohl和肖特萊發(fā)明了離子注入工藝;
1951年 :場(chǎng)效應(yīng)晶體管發(fā)明;
1956年:C S Fuller發(fā)明了擴(kuò)散工藝;
1958年:仙童公司Robert Noyce與德儀公 司基爾比間隔數(shù)月分別發(fā)明了集成電路,開創(chuàng)了世界微電子學(xué)的歷史;
1960年:H H Loor和E Castellani發(fā)明了光刻工藝; 1962年:美國(guó)RCA公司研制出MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管;
1963年:F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技術(shù),今天,95%以上的集成電路芯片都是基于CMOS工藝;
1964年:Intel摩爾提出摩爾定律,預(yù)測(cè)晶 體管集成度將會(huì)每18個(gè)月增加1倍;
1966年:美國(guó)RCA公司研制出CMOS集成電路,并研制出第一塊門陣列(50 門);
1967年:應(yīng)用材料公司(Applied Materials)成立,現(xiàn)已成為全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備制造公司;
1971年:Intel推出1kb動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM),標(biāo)志著大規(guī)模集成電路出現(xiàn);
1971年:全球第一個(gè)微處理器4004由Intel公司推出,采用的是MOS工藝,這是一個(gè)里程碑式的發(fā)明;
1974年:RCA公司推出第一個(gè)CMOS 微處理器1802;
1976年:16kb DRAM和4kb SRAM問世;
1978年:64kb動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器誕生,不足0.5平方厘米的硅片上集成了14萬個(gè)晶體管,標(biāo)志著超大規(guī)模集成電路(VLSI)時(shí)代的來臨;
1979年:Intel推出5MHz 8088微處理器,之后,IBM基于8088推出全球第一臺(tái)PC;
1981年:256kb DRAM和64kb CMOS SRAM問世;
1984年:日本宣布推出1Mb DRAM和256kb SRAM;
1985年:80386微處理器問世,20MHz;
1988年:16MDRAM問世,1平方厘米大小的硅片上集成有3500萬個(gè)晶體管,標(biāo)志著進(jìn)入超大規(guī)模集成電路(VLSI)階段;
1989年:1Mb DRAM進(jìn)入市場(chǎng);
1989年:486微處理器推出,25MHz,1μm工藝,后來50MHz芯片采用 0.8μm工藝;
1992年:64M位隨機(jī)存儲(chǔ)器問世;
1993年:66MHz奔騰處理器推出,采用0.6μm工藝;
1995 年:Pentium Pro, 133MHz,采用0.6-0.35μm工藝;
1997年:300MHz奔騰Ⅱ問世,采用0.25μm工藝;
1999年:奔騰Ⅲ問世,450MHz,采用0.25μm工藝,后采用0.18μm工藝;
2000年: 1Gb RAM投放市場(chǎng);
2000年:奔騰4問世,1.5GHz,采用0.18μm工藝;
2001年:Intel宣布2001年下半年采用0.13μm工藝。
2003年:奔騰4 E系列推出,采用90nm工藝。
2005年:intel 酷睿2系列上市,采用65nm工藝。
2007年 :基于全新45納米High-K工藝的intel酷睿2 E7/E8/E9上市。
2009年:intel酷睿i系列全新推出,創(chuàng)紀(jì)錄采用了領(lǐng)先的32納米工藝,并且下一代22納米工藝正在研發(fā)。
2、我國(guó)集成電路的發(fā)展歷史
我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)誕生于六十年代,共經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:
1965年-1978年:以計(jì)算機(jī)和軍工配套為目標(biāo),以開發(fā)邏輯電路為主要產(chǎn)品,初步建立集成電路工業(yè)基礎(chǔ)及相關(guān)設(shè)備、儀器、材料的配套條件;
1978年-1990年:主要引進(jìn)美國(guó)二手設(shè)備,改善集成電路裝備水平,在“治散治亂”的同時(shí),以消費(fèi)類整機(jī)作為配套重點(diǎn),較好地解決了彩電集成電路的國(guó)產(chǎn)化;
1990年-2000年:以908工程、909工程為重點(diǎn),以CAD為突破口,抓好科技攻關(guān)和北方科研
開發(fā)基地的建設(shè),為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù),集成電路行業(yè)取得了新的發(fā)展。
集成電路產(chǎn)業(yè)是對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)市場(chǎng)銷售額的總體描述,它不僅僅包含集成電路市場(chǎng),也包括IP核市場(chǎng)、EDA市場(chǎng)、芯片代工市場(chǎng)、封測(cè)市場(chǎng),甚至延伸至設(shè)備、材料市場(chǎng)。
集成電路產(chǎn)業(yè)不再依賴CPU、存儲(chǔ)器等單一器件發(fā)展,移動(dòng)互聯(lián)、三網(wǎng)融合、多屏互動(dòng)、智能終端帶來了多重市場(chǎng)空間,商業(yè)模式不斷創(chuàng)新為市場(chǎng)注入新活力。目前中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)已具備一定基礎(chǔ),多年來中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)所聚集的技術(shù)創(chuàng)新活力、市場(chǎng)拓展能力、資源整合動(dòng)力以及廣闊的市場(chǎng)潛力,為產(chǎn)業(yè)在未來5年~10年實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展、邁上新的臺(tái)階奠定了基礎(chǔ)。
2022年6月30日,三星電子有限公司宣布,該公司已經(jīng)開始在其位于韓國(guó)的華城工廠大規(guī)模生產(chǎn)3納米半導(dǎo)體芯片,是全球首家量產(chǎn)3納米芯片的公司。
發(fā)展趨勢(shì)
2001年到2010年這10年間,我國(guó)集成電路產(chǎn)量的年均增長(zhǎng)率超過25%,集成電路銷售額的年均增長(zhǎng)率則達(dá)到23%。2010年國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)量達(dá)到640億塊,銷售額超過1430億元,分別是2001年的10倍和8倍。中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)由2001年不足世界集成電路產(chǎn)業(yè)總規(guī)模的2%提高到2010年的近9%。中國(guó)成為過去10年世界集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)之一。
國(guó)內(nèi)集成電路市場(chǎng)規(guī)模也由2001年的1140億元擴(kuò)大到2010年的7350億元,擴(kuò)大了6.5倍。國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模與市場(chǎng)規(guī)模之比始終未超過20%。如扣除集成電路產(chǎn)業(yè)中接受境外委托代工的銷售額,則中國(guó)集成電路市場(chǎng)的實(shí)際國(guó)內(nèi)自給率還不足10%,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所需的集成電路產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口。近幾年國(guó)內(nèi)集成電路進(jìn)口規(guī)模迅速擴(kuò)大,2010年已經(jīng)達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的1570億美元,集成電路已連續(xù)兩年超過原油成為國(guó)內(nèi)最大宗的進(jìn)口商品。與巨大且快速增長(zhǎng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)相比,中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)雖發(fā)展迅速但仍難以滿足內(nèi)需要求。
當(dāng)前以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、智能電網(wǎng)、新能源汽車為代表的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,將成為繼計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子之后,推動(dòng)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動(dòng)力。工信部預(yù)計(jì),國(guó)內(nèi)集成電路市場(chǎng)規(guī)模到2015年將達(dá)到12000億元。
我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境亟待優(yōu)化,設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試以及專用設(shè)備、儀器、材料等產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同性不足,芯片、軟件、整機(jī)、系統(tǒng)、應(yīng)用等各環(huán)節(jié)互動(dòng)不緊密。“十二五”期間,中國(guó)將積極探索集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上下游虛擬一體化模式,充分發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制作用,強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作與協(xié)同,共建價(jià)值鏈。培育和完善生態(tài)環(huán)境,加強(qiáng)集成電路產(chǎn)品設(shè)計(jì)與軟件、整機(jī)、系統(tǒng)及服務(wù)的有機(jī)連接,實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)企業(yè)的群體躍升,增強(qiáng)電子信息大產(chǎn)業(yè)鏈的整體競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
2023年,問天實(shí)驗(yàn)艙元器件與組件艙外通用試驗(yàn)裝置將開展大規(guī)模集成電路、新型半導(dǎo)體器件的空間環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)。
其他信息
晶體管發(fā)明并大量生產(chǎn)之后,各式固態(tài)半導(dǎo)體組件如二極管、晶體管等大量使用,取代了真空管在電路中的功能與角色。到了20世紀(jì)中后期半導(dǎo)體制造技術(shù)進(jìn)步,使得集成電路成為可能。相對(duì)于手工組裝電路使用個(gè)別的分立電子組件,集成電路可以把很大數(shù)量的微晶體管集成到一個(gè)小芯片,是一個(gè)巨大的進(jìn)步。集成電路的規(guī)模生產(chǎn)能力,可靠性,電路設(shè)計(jì)的模塊化方法確保了快速采用標(biāo)準(zhǔn)化IC代替了設(shè)計(jì)使用離散晶體管。
IC對(duì)于離散晶體管有兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì):成本和性能。成本低是由于芯片把所有的組件通過照相平版技術(shù),作為一個(gè)單位印刷,而不是在一個(gè)時(shí)間只制作一個(gè)晶體管。性能高是由于組件快速開關(guān),消耗更低能量,因?yàn)榻M件很小且彼此靠近。2006年,芯片面積從幾平方毫米到350mm2,每mm2可以達(dá)到一百萬個(gè)晶體管。
第一個(gè)集成電路雛形是由杰克·基爾比于1958年完成的,其中包括一個(gè)雙極性晶體管,三個(gè)電阻和一個(gè)電容器。
根據(jù)一個(gè)芯片上集成的微電子器件的數(shù)量,集成電路可以分為以下幾類:
1.小規(guī)模集成電路
SSI英文全名為Small Scale Integration,邏輯門10個(gè)以下或晶體管100個(gè)以下。
2.中規(guī)模集成電路
MSI英文全名為Medium Scale Integration,邏輯門11~100個(gè)或晶體管101~1k個(gè)。
3.大規(guī)模集成電路
LSI英文全名為L(zhǎng)arge Scale Integration,邏輯門101~1k個(gè)或晶體管1,001~10k個(gè)。
4.超大規(guī)模集成電路
VLSI英文全名為Very large scale integration,邏輯門1,001~10k個(gè)或晶體管10,001~100k個(gè)。
5.甚大規(guī)模集成電路
ULSI英文全名為Ultra Large Scale Integration,邏輯門10,001~1M個(gè)或晶體管100,001~10M個(gè)。
GLSI英文全名為Giga Scale Integration,邏輯門1,000,001個(gè)以上或晶體管10,000,001個(gè)以上。
而根據(jù)處理信號(hào)的不同,可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路、和兼具模擬與數(shù)字的混合信號(hào)集成電路。
集成電路發(fā)展
最先進(jìn)的集成電路是微處理器或多核處理器的"核心(cores)",可以控制電腦到手機(jī)到數(shù)字微波爐的一切。存儲(chǔ)器和ASIC是其他集成電路家族的例子,對(duì)于現(xiàn)代信息社會(huì)非常重要。雖然設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)復(fù)雜集成電路的成本非常高,但是當(dāng)分散到通常以百萬計(jì)的產(chǎn)品上,每個(gè)IC的成本最小化。IC的性能很高,因?yàn)樾〕叽鐜?span id="2z2942s" class="hrefStyle">短路徑,使得低功率邏輯電路可以在快速開關(guān)速度應(yīng)用。
這些年來,IC持續(xù)向更小的外型尺寸發(fā)展,使得每個(gè)芯片可以封裝更多的電路。這樣增加了每單位面積容量,可以降低成本和增加功能-見摩爾定律,集成電路中的晶體管數(shù)量,每?jī)赡暝黾右槐???傊?,隨著外形尺寸縮小,幾乎所有的指標(biāo)改善了-單位成本和開關(guān)功率消耗下降,速度提高。但是,集成納米級(jí)別設(shè)備的IC不是沒有問題,主要是泄漏電流(leakage current)。因此,對(duì)于最終用戶的速度和功率消耗增加非常明顯,制造商面臨使用更好幾何學(xué)的尖銳挑戰(zhàn)。這個(gè)過程和在未來幾年所期望的進(jìn)步,在半導(dǎo)體國(guó)際技術(shù)路線圖(ITRS)中有很好的描述。
越來越多的電路以集成芯片的方式出現(xiàn)在設(shè)計(jì)師手里,使電子電路的開發(fā)趨向于小型化、高速化。越來越多的應(yīng)用已經(jīng)由復(fù)雜的模擬電路轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯集成電路。
2022年,關(guān)于促進(jìn)我國(guó)集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈可持續(xù)發(fā)展的提案:集成電路產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè),其全產(chǎn)業(yè)鏈中的短板缺項(xiàng)成為制約我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、影響綜合國(guó)力提升的關(guān)鍵因素之一?,F(xiàn)階段我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)高端受封鎖壓制、中低端產(chǎn)能緊缺情況愈演愈烈,仍存在一些亟需解決的問題。一是國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)能力不強(qiáng)與市場(chǎng)不足并存。二是美西方對(duì)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)先進(jìn)工藝的高端裝備全面封堵,形成新的產(chǎn)業(yè)壁壘。三是目前我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)人才處于缺乏狀態(tài),同時(shí)工藝研發(fā)人員的培養(yǎng)缺乏“產(chǎn)線”的支撐。為此,建議:一是發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì),持續(xù)支持集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展。延續(xù)和拓展國(guó)家科技重大專項(xiàng),集中力量重點(diǎn)攻克核心難點(diǎn)。支持首臺(tái)套應(yīng)用,逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域。加大產(chǎn)業(yè)基金規(guī)模和延長(zhǎng)投入周期。二是堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)布局,深化人才培養(yǎng)改革。既要“補(bǔ)短板”也要“加長(zhǎng)板”。持續(xù)加大科研人員培養(yǎng)力度和對(duì)從事基礎(chǔ)研究人員的投入保障力度,夯實(shí)人才基礎(chǔ)。三是堅(jiān)持高水平對(duì)外開放,拓展和營(yíng)造新興市場(chǎng)。積極探索未來和集成電路有關(guān)的新興市場(chǎng),支持我國(guó)集成電路企業(yè)走出去。
IC的普及
僅僅在其開發(fā)后半個(gè)世紀(jì),集成電路變得無處不在,電腦,手機(jī)和其他數(shù)字電器成為現(xiàn)代社會(huì)結(jié)構(gòu)不可缺少的一部分。這是因?yàn)?,現(xiàn)代計(jì)算,交流,制造和交通系統(tǒng),包括互聯(lián)網(wǎng),全都依賴于集成電路的存在。甚至很多學(xué)者認(rèn)為有集成電路帶來的數(shù)字革命是人類歷史中最重要的事件。
IC的分類
集成電路的分類方法很多,依照電路屬模擬或數(shù)字,可以分為:模擬集成電路、數(shù)字集成電路和混合信號(hào)集成電路(模擬和數(shù)字在一個(gè)芯片上)。
數(shù)字集成電路可以包含任何東西,在幾平方毫米上有從幾千到百萬的邏輯門,觸發(fā)器,多任務(wù)器和其他電路。這些電路的小尺寸使得與板級(jí)集成相比,有更高速度,更低功耗并降低了制造成本。這些數(shù)字IC,以微處理器,數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和單片機(jī)為代表,工作中使用二進(jìn)制,處理1和0信號(hào)。
模擬集成電路有,例如傳感器,電源控制電路和運(yùn)放,處理模擬信號(hào)。完成放大,濾波,解調(diào),混頻的功能等。通過使用專家所設(shè)計(jì)、具有良好特性的模擬集成電路,減輕了電路設(shè)計(jì)師的重?fù)?dān),不需凡事再由基礎(chǔ)的一個(gè)個(gè)晶體管處設(shè)計(jì)起。
IC可以把模擬和數(shù)字電路集成在一個(gè)單芯片上,以做出如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D converter)和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(D/A converter)等器件。這種電路提供更小的尺寸和更低的成本,但是對(duì)于信號(hào)沖突必須小心。
集成電路工程師
集成電路工程師是一個(gè)在集成電路設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和應(yīng)用等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用的職業(yè)。以下是對(duì)集成電路工程師的詳細(xì)解讀:
一、崗位職責(zé)
集成電路工程師的崗位職責(zé)廣泛且多樣,具體取決于其專業(yè)領(lǐng)域和工作階段。以下是一些常見的職責(zé):
1、設(shè)計(jì)領(lǐng)域:
負(fù)責(zé)研發(fā)項(xiàng)目的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作,包括數(shù)字集成電路和模擬集成電路的設(shè)計(jì)。
參與產(chǎn)品的硬件和軟件設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作,確保設(shè)計(jì)滿足規(guī)格要求。
使用EDA工具進(jìn)行仿真和優(yōu)化,對(duì)電路結(jié)構(gòu)和算法進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整。
負(fù)責(zé)所設(shè)計(jì)模塊的基本功能驗(yàn)證,確保模塊性能達(dá)到預(yù)期。
2、制造領(lǐng)域:
參與生產(chǎn)工藝控制,確保生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性和良率。
負(fù)責(zé)設(shè)備維護(hù)和生產(chǎn)管理,保證生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。
對(duì)生產(chǎn)工藝提出改進(jìn)建議,優(yōu)化工藝流程。
3、封裝測(cè)試領(lǐng)域:
負(fù)責(zé)芯片封裝的設(shè)計(jì)和實(shí)施,確保封裝質(zhì)量和可靠性。
執(zhí)行芯片測(cè)試工作,包括功能測(cè)試、性能測(cè)試和可靠性測(cè)試。
對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析,提供改進(jìn)建議。
4、應(yīng)用領(lǐng)域:
負(fù)責(zé)芯片的應(yīng)用驗(yàn)證和系統(tǒng)驗(yàn)證,確保芯片在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。
協(xié)助FAE(現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師)解決客戶產(chǎn)品應(yīng)用問題。
參與產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣和定義工作。
二、任職要求
集成電路工程師的任職要求通常包括教育背景、專業(yè)技能和工作經(jīng)驗(yàn)等方面:
1、教育背景:
一般要求本科及以上學(xué)歷,電子工程、通信、微電子、計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)。
優(yōu)秀的學(xué)習(xí)成績(jī)和扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)是基本要求。
2、專業(yè)技能:
熟練掌握硬件描述語言(如Verilog、VHDL等),能夠進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真。
熟悉集成電路設(shè)計(jì)流程和相關(guān)軟件工具(如CADENCE、SILICON SYSTEMS、ANSYS等)。
具備一定的算法設(shè)計(jì)和優(yōu)化能力,能夠解決復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)問題。
具備良好的英語閱讀和寫作能力,以便查閱國(guó)際前沿文獻(xiàn)和技術(shù)資料。
3、工作經(jīng)驗(yàn):
一般要求具有相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn),具體年限根據(jù)職位級(jí)別和公司要求而定。
初級(jí)職位可能要求1-3年工作經(jīng)驗(yàn),而高級(jí)職位則可能要求更豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。
三、發(fā)展前景
集成電路工程師的就業(yè)前景廣闊,隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展,集成電路產(chǎn)業(yè)作為支撐各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心基礎(chǔ),其重要性日益凸顯。以下是對(duì)集成電路工程師發(fā)展前景的簡(jiǎn)要分析:
1、市場(chǎng)需求旺盛:隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展,集成電路產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的需求將持續(xù)增長(zhǎng)。
2、人才缺口大:我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)人才缺口超過百萬,且逐年擴(kuò)大,使得集成電路工程師在就業(yè)市場(chǎng)上具有很高競(jìng)爭(zhēng)力。
3、薪資待遇優(yōu)厚:集成電路行業(yè)平均薪資遠(yuǎn)高于其他行業(yè),高端人才薪資更是可觀。
4、發(fā)展空間廣闊:隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)鏈完善,行業(yè)對(duì)人才需求將不斷增加,為從業(yè)人員提供廣闊發(fā)展空間和晉升機(jī)會(huì)。
總之,集成電路工程師是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇的職業(yè),對(duì)于有志于從事集成電路設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和應(yīng)用等領(lǐng)域工作的年輕人來說,這無疑是一個(gè)值得考慮的選擇。
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