微電子

微電子技術是一門作用於半導體上的微小型集成電路系統的學科。微電子技術的關鍵在於研究集成電路的工作方式以及如何實際製造應用。集成電路的發展依賴於半導體器件的不斷演化。微電子技術可在納米級超小的區域內通過固體內的微觀電子運動來實現信息的處理與傳遞，並且有著很好的集成性。

從本質上來看，微電子技術的核心在於集成電路，它是在各類半導體器件不斷發展過程中所形成的。在信息化時代下，微電子技術對人類生產、生活都帶來了極大的影響。

與傳統電子技術相比，微電子技術具備一定特徵，具體表現為以下幾個方面：

①微電子技術主要是通過在固體

內的微觀電子運動來實現信息處理或信息加工。

②微電子

信號傳遞能夠在極小的尺度下進行。

③微電子技術可將某個子系統或電子功能部件集成於晶元當中，具有較高的集成性，也具有較為全面的功能性。

④微電子技術可在晶格級微區進行工作。

1、生活應用方面

隨著信息化時代的到來，在信息知識爆炸的年代，微電子技術下的產品影響著我們生活的方方面面，如我們如今最為常用的通信工具—手機，上下班坐公交車使用的IC卡，洗衣服用的全自動洗衣機，做飯用的電飯煲，燒水用的電水壺，茶餘飯後的欣賞電視節目。這些和我們生活息息相關的電子產品都採用了微電子技術處理而完成其功能性的發揮，給我們的生活帶來了便捷，帶來了高品質的享受。對提高我們的生活質量有著積極的影響。

2、工業製造應用方面

隨著社會經濟的快速發展，給工業製造產業帶來了良好的發展機遇。面對全球性工業革命的到來，傳統落後的工業生產製造模式難以滿足社會生產的需求。為了能夠快速地適應新時代工業產業發展的趨勢，目前許多的工業製造企業都積極地引進微電子技術支持下的設備來提高企業的生產效率和產品的精準度，以此提高市場競爭優勢，進而實現企業的長期發展。比如，在汽車製造行業，以微電子技術為支持的監控系統和防盜系統。通過微電子的融入研發了電子引擎監控系統，有效地解決了引擎不容易控制的問題；將微電子技術融入汽車的監控系統中，一旦汽車遭遇被盜情況，電子防盜系統會立即發出警報。

3、軍工產業應用方面

微電子技術不僅在生活、工業等產業中得以廣泛應用，而且在軍工產業中也扮演著重要的角色。眾所周知，在信息化時代，現代軍事力量的強大與否主要體現在軍事裝備信息化程度的高低。如果一個國家軍事裝備中融入的現代微電子信息技術較多，就會在戰爭中取得先機。例如，依靠微電子技術通過遠程計算機控制的無人戰鬥機，就是很好應用微電子技術的例子。此外，偵察機上的數字地圖裝置能夠為野外訓練的士兵提供準確的天氣、情報、敵軍位置以及周邊地形等準確信息數據。通過無線計算機網路技術將搜集到的信息數據傳輸到指揮中心，為軍事方案的制定提供了重要的支持。隨著微電子技術的不斷發展，微電子在國防中的應用深度也會越來越大，為確保國家安定奠定了堅實基礎。

1、BGA封裝技術

BGA封裝技術誕生於20世紀90年代，其中文全稱為焊球陣列封裝技術，由於已經有了較長的發展歷程，因而在目前的應用實踐中有著較高的技術成熟度，通過球柱形焊點陣列進行I/O端與基板的封裝是其主要的封裝原理。相較於其他常見微電子封裝技術，BGA封裝技術的主要優勢在於陣列密度高、組裝成品率高。在塑料焊球陣列、陶瓷焊球陣列、金屬焊球陣列等多種BGA封裝技術中，裝晶元焊球陣列封裝將是未來BGA技術的主要發展方向。

2、3D封裝技術

3D封裝技術是伴隨著移動網際網路的發展而逐漸興起的，目前主要應用於手持設備的高密度立體式組裝之中，是同時滿足多個晶元組立體式封裝需求的有效途徑。在現階段市面上常見的各種封裝技術中，3D封裝技術具備的主要技術優勢在於功能性豐富、封裝密度高、電性能熱性能突出。

3、表面封裝技術

釺焊技術是目前使用最廣的一種微電子錶面封裝技術，根據具體的銜接需要，將需要銜接的物體表面的電子元件與指定的焊盤進行釺焊，使原件與焊盤之間產生電路功能是釺焊技術的主要封裝原理。此種焊接方式下，原件與焊盤的連接是極為可靠的；與此同時，軟釺焊技術所使用的釺焊，其內包含的釺劑對於金屬表面雜質的去除效果極佳，這對於焊接過程中釺料潤滑度的增加是十分有利的，因而，相較於其他微電子封裝技術，釺焊技術的封裝速度明顯更快。

1、工藝尺寸縮小，集成化程度提高

微電子技術發展，以其主要特點為契機，進行不斷完善，不斷銼削工藝尺寸，集成化程度日益提高。工藝尺寸縮小的同時，集成化程度得到提高，集成規模不斷擴大。工藝尺寸的縮小，接觸電阻、遷移率退化及可靠性等方面問題也將隨之而來。針對此問題，微電子技術通過超淺結技術使電阻降低，採用高遷移率材料預防遷移退化問題的出現。

2、積極應用新材料

微電子技術選用以硅原料為主製成的晶元，該技術快速發展的同時，新材料應用比例大，從而為該技術穩定、快速發展奠定良好基礎。

3、廣泛應用綠色微電子技術

隨著時代的進步，社會經濟快速發展，能源需求量不斷提高，但能源並非用之不盡的。微電子技術功耗問題，是該技術長期以來一直存在的缺陷，隨著功耗的不斷提高，導致集成電路被損壞。所以，在未來微電子技術將實現綠色發展目標，也就是對功耗低的綠色集成電路加大研發力度。

一、物理規律限制

微電子技術的核心在於其集成電路晶元的製造，結合微電子技術的發展歷程來看，先進的微電子技術的發展都是在不斷的突破集成電路單個晶元元件的集成數量，現今，單個晶元上能夠集成近5億各電子元器件，該集成數量已經超過特大集成規模的限制，但從物理規律角度來看，微電子技術的發展依然受到其自身客觀限制。在實際應用中通常可以通過對電子元器件尺寸的縮小來提升其IC性能，但電子元期間特徵尺寸縮小的同時意味著其氧化層厚度和溝道長度同樣縮小，這樣克服元器件的“穿通效應”就變大人更加困難。例如，當量子隧道穿透效應增加時，電子元器件的靜態功耗會變大，當靜態功耗值佔比達到電路總功耗某一限值時，表明該狀態為晶體管縮小的極限值，但就現今的科技水平來看，依然無法跳出物理規律的限制。

二、材料限制

微電子技術一般常使用的材料為硅晶體，該材料由於其自身的特性在一定程度上阻礙了微電子技術的進步。現今，研究人員開始逐漸藉助氧化物半導體材料和超導體材料替代常用的硅晶體材料，此外，使用碳納米管做成的晶體管更是為微電子技術的革新提供了新的思路。學者經過實驗研究得出：新納米管電路中總輸出信號是大於輸入信號，該結論的得出也表明該納米管電路是具有一定的放大功能。目前，有一些學者提出藉助塑料半導體技術來製備出不易破裂的集成電路，這也為微電子技術的發展提供了新方向。

三、工藝技術限制

1、光刻設備尺度問題。在微電子技術工藝中最為關鍵的設備為光刻機（曝光工具），此設備的製造過程複雜、成本高且其精密度要求較高，而設備解析度以及焦深都會影響光刻技術的應用，當尺寸推進至0.05um且停滯較長時間后則會引起集成電路無法快速的進入納米時代。

2、互連引線問題。集成電路板上面積過小或單位面積內晶體管數量的變多都會使得相互連線間橫截面積縮小，電阻變大，進而造成整體電路=反應時間的增加，從另一方面來說集成電路板尺寸的縮小雖然能夠提升晶體管的工作效率，但卻造成互聯引線的反映時間增加，所以，怎麼在已有集成規模條件下將互聯引線進行優化是很多專家學者研究的重點課題。

3、可靠性問題。如前文所述，集成電路在逐漸向著精細加工與小規模元器件發展，但小規模元器件的使用雖然會提升整個電路系統運行的效率但卻降低了電子元器件的使用壽命。尤其是在製造工藝方面出現的可靠性問題更是嚴重影響微電子技術的發展。

4、散熱問題。微電子技術在應用過程中出現的散熱問題主要是由封裝技術水平決定的，現今，隨著集成化朝著超規模方向的發展，在未來集成功能也必然越來越複雜，所以，在進行設計時就需要對整體電路的總功耗以及封裝技術間的關係進行衡量。