微電子技術(shù)是隨著集成電路，尤其是超大型規(guī)模集成電路而發(fā)展起來的一門新的技術(shù)。微電子技術(shù)是研究信息載體的技術(shù)，構(gòu)成了信息科學(xué)的基石，其發(fā)展水平直接影響整個信息技術(shù)的發(fā)展水平。其理論基礎(chǔ)是19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代期間建立起來的現(xiàn)代物理學(xué)。
微電子技術(shù)包括系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、器件物理、工藝技術(shù)、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術(shù)，涉及固體物理、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、材料科學(xué)、量子力學(xué)、電子線路、信號處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、測試與加工等多個學(xué)科領(lǐng)域，微電子技術(shù)是微電子學(xué)中的各項(xiàng)工藝技術(shù)的總和。
概述
微電子技術(shù)是一門作用于半導(dǎo)體上的微小型集成電路系統(tǒng)的技術(shù)。微電子技術(shù)的關(guān)鍵在于研究集成電路的工作方式以及如何實(shí)際制造應(yīng)用。集成電路的發(fā)展依賴于半導(dǎo)體器件的不斷演化。微電子技術(shù)可在納米級超小的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)固體內(nèi)的微觀電子運(yùn)動（包括擴(kuò)散輸運(yùn)、彈道輸運(yùn)和量子躍遷），電子輸運(yùn)能夠?qū)崿F(xiàn)信息的處理與傳遞，具有高度集成性。
微電子這一名詞最初是指尺度在微米量級，通過控制電子的行為進(jìn)行功能表達(dá)。隨著器件尺寸的不斷縮小進(jìn)入納米尺度，微電子這一名詞的內(nèi)涵也在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在一般認(rèn)為微電子泛指包含微米和納米尺度的電子學(xué)。當(dāng)然，有時為了便于區(qū)分，也會采用納電子、微納電子等說法。
從本質(zhì)上來看，微電子技術(shù)的核心在于集成電路，它是在各類半導(dǎo)體器件不斷發(fā)展過程中所形成的。在信息化時代下，微電子技術(shù)對人類生產(chǎn)、生活都帶來了極大的影響。
特點(diǎn)
與傳統(tǒng)電子技術(shù)相比，微電子技術(shù)具備一定特征，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：
①微電子技術(shù)主要是通過在固體
內(nèi)的微觀電子運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)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（微米到納米級）下進(jìn)行。
③微電子技術(shù)可將某個子系統(tǒng)或電子功能部件集成于芯片當(dāng)中，具有較高的集成度，也具有較為全面的功能性。
④微電子技術(shù)可在晶格級微區(qū)進(jìn)行工作。
應(yīng)用
1、生活應(yīng)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(shù)下的產(chǎn)品影響著我們生活的方方面面，如我們?nèi)缃褡顬槌Ｓ玫耐ㄐ殴ぞ摺謾C(jī)，上下班坐公交車使用的IC卡，洗衣服用的全自動洗衣機(jī)，做飯用的電飯煲，燒水用的電水壺，茶余飯后的欣賞電視節(jié)目。這些和我們生活息息相關(guān)的電子產(chǎn)品都采用了微電子技術(shù)處理而完成其功能性的發(fā)揮，給我們的生活帶來了便捷，帶來了高品質(zhì)的享受。對提高我們的生活質(zhì)量有著積極的影響。同時，基于微電子技術(shù)的新型診療設(shè)備有效提升了人類的生存能力與生存質(zhì)量。
2、工業(yè)制造應(yīng)用方面
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，給工業(yè)制造產(chǎn)業(yè)帶來了良好的發(fā)展機(jī)遇。面對全球性工業(yè)革命的到來，傳統(tǒng)落后的工業(yè)生產(chǎn)制造模式難以滿足社會生產(chǎn)的需求。為了能夠快速地適應(yīng)新時代工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，目前許多的工業(yè)制造企業(yè)都積極地引進(jìn)微電子技術(shù)支持下的自動化設(shè)備來提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的精準(zhǔn)度，以此提高市場競爭優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。比如，在汽車制造行業(yè)，以微電子技術(shù)為支持的監(jiān)控系統(tǒng)和防盜系統(tǒng)。通過微電子的融入研發(fā)了電子引擎監(jiān)控系統(tǒng)，有效地解決了引擎不容易控制的問題；將微電子技術(shù)融入汽車的監(jiān)控系統(tǒng)中，一旦汽車遭遇被盜情況，電子防盜系統(tǒng)會立即發(fā)出警報(bào)。
3、軍工產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面
微電子技術(shù)不僅在生活、工業(yè)等產(chǎn)業(yè)中得以廣泛應(yīng)用，而且在軍工產(chǎn)業(yè)中也扮演著重要的角色。眾所周知，在信息化時代，現(xiàn)代軍事力量的強(qiáng)大與否主要體現(xiàn)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(xiàn)代微電子信息技術(shù)較多，就會在戰(zhàn)爭中取得先機(jī)。例如，依靠微電子技術(shù)通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制的無人戰(zhàn)斗機(jī)、軍事衛(wèi)星、先進(jìn)制導(dǎo)導(dǎo)彈、隱形戰(zhàn)機(jī)等，都是微電子技術(shù)應(yīng)用的重要體現(xiàn)。此外，偵察機(jī)上的數(shù)字地圖裝置能夠?yàn)橐巴庥?xùn)練的士兵提供準(zhǔn)確的天氣、情報(bào)、敵軍位置以及周邊地形等準(zhǔn)確信息數(shù)據(jù)。通過無線計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)將搜集到的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)街笓]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(shù)的不斷發(fā)展，微電子在國防中的應(yīng)用深度與廣度也會越來越大，為確保國家安定奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
封裝技術(shù)
1、BGA封裝技術(shù)
BGA封裝技術(shù)誕生于20世紀(jì)90年代，其中文全稱為焊球陣列封裝技術(shù)，由于已經(jīng)有了較長的發(fā)展歷程，因而在目前的應(yīng)用實(shí)踐中有著較高的技術(shù)成熟度，通過球柱形焊點(diǎn)陣列進(jìn)行I/O端與基板的封裝是其主要的封裝原理。相較于其他常見微電子封裝技術(shù)，BGA封裝技術(shù)的主要優(yōu)勢在于陣列密度高、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(shù)中，裝芯片焊球陣列封裝將是未來BGA技術(shù)的主要發(fā)展方向。
2、3D封裝技術(shù)
3D封裝技術(shù)是伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而逐漸興起的，目前主要應(yīng)用于手持設(shè)備的高密度立體式組裝之中，是同時滿足多個芯片組立體式封裝需求的有效途徑。在現(xiàn)階段市面上常見的各種封裝技術(shù)中，3D封裝技術(shù)具備的主要技術(shù)優(yōu)勢在于功能性豐富、封裝密度高，同時結(jié)合TSV、FOWLP等技術(shù)大大減少了所需的引線互聯(lián)，可有效降低信號損耗，提升集成電路運(yùn)行速度。
3、表面封裝技術(shù)
焊技術(shù)是目前使用最廣的一種微電子表面封裝技術(shù)，根據(jù)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(jìn)行釬焊，使原件與焊盤之間產(chǎn)生電路功能是釬焊技術(shù)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，軟釬焊技術(shù)所使用的釬焊，其內(nèi)包含的釬劑對于金屬表面雜質(zhì)的去除效果極佳，這對于焊接過程中釬料潤滑度的增加是十分有利的，因而，相較于其他微電子封裝技術(shù)，釬焊技術(shù)的封裝速度明顯更快。
發(fā)展趨勢
1、工藝尺寸縮小，集成化程度提高
微電子技術(shù)發(fā)展，以其主要特點(diǎn)為契機(jī)，進(jìn)行不斷完善，不斷削工藝尺寸，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(guī)模不斷擴(kuò)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(shù)通過超淺結(jié)技術(shù)使電阻降低，采用高遷移率材料預(yù)防遷移退化問題的出現(xiàn)。
2、積極應(yīng)用新材料
微電子技術(shù)選用以硅原料為主制成的芯片，該技術(shù)快速發(fā)展的同時，新材料應(yīng)用比例大，從而為該技術(shù)穩(wěn)定、快速發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。
3、廣泛應(yīng)用綠色微電子技術(shù)
隨著時代的進(jìn)步，社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源需求量不斷提高，但能源并非用之不盡的。微電子技術(shù)功耗問題，是該技術(shù)長期以來一直存在的缺陷，隨著功耗的不斷提高，導(dǎo)致集成電路被損壞。所以，在未來微電子技術(shù)將實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)，也就是對功耗低的綠色集成電路加大研發(fā)力度。
發(fā)展限制
一、物理規(guī)律限制
微電子技術(shù)的核心在于其集成電路芯片的制造，結(jié)合微電子技術(shù)的發(fā)展歷程來看，先進(jìn)的微電子技術(shù)的發(fā)展都是在不斷的突破集成電路單個芯片元件的集成數(shù)量，現(xiàn)今，單個芯片上能夠集成近千億晶體管，該集成數(shù)量已經(jīng)超過超大集成規(guī)模的限制，但從物理規(guī)律角度來看，微電子技術(shù)的發(fā)展依然受到其自身客觀限制。在實(shí)際應(yīng)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，但電子元期間特征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(yīng)”就變大人更加困難。例如，當(dāng)量子隧道穿透效應(yīng)增加時，電子元器件的靜態(tài)功耗會變大，當(dāng)靜態(tài)功耗值占比達(dá)到電路總功耗某一限值時，表明該狀態(tài)為晶體管縮小的極限值，但就現(xiàn)今的科技水平來看，依然無法跳出物理規(guī)律的限制。
二、材料限制
微電子技術(shù)一般常使用的材料為硅晶體，該材料由于其自身的特性在一定程度上阻礙了微電子技術(shù)的進(jìn)步。現(xiàn)今，研究人員開始逐漸借助氧化物半導(dǎo)體材料和超導(dǎo)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(shù)的革新提供了新的思路。學(xué)者經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究得出：新納米管電路中總輸出信號是大于輸入信號，該結(jié)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(xué)者提出借助塑料半導(dǎo)體技術(shù)來制備出不易破裂的集成電路，這也為微電子技術(shù)的發(fā)展提供了新方向。
三、工藝技術(shù)限制
1、光刻設(shè)備尺度問題。在微電子技術(shù)工藝中最為關(guān)鍵的設(shè)備為光刻機(jī)（曝光工具），此設(shè)備的制造過程復(fù)雜、成本高且其精密度要求較高，而設(shè)備分辨率以及焦深都會影響光刻技術(shù)的應(yīng)用，當(dāng)尺寸推進(jìn)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(jìn)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(nèi)晶體管數(shù)量的變多都會使得相互連線間橫截面積縮小，電阻變大，進(jìn)而造成整體電路反應(yīng)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(lián)引線的反應(yīng)時間增加，所以，怎么在已有集成規(guī)模條件下將互聯(lián)引線進(jìn)行優(yōu)化是很多專家學(xué)者研究的重點(diǎn)課題。
3、可靠性問題。如前文所述，集成電路在逐漸向著精細(xì)加工與小規(guī)模元器件發(fā)展，但小規(guī)模元器件的使用雖然會提升整個電路系統(tǒng)運(yùn)行的效率但卻降低了電子元器件的使用壽命。尤其是在制造工藝方面出現(xiàn)的可靠性問題更是嚴(yán)重影響微電子技術(shù)的發(fā)展。
4、散熱問題。微電子技術(shù)在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的散熱問題主要是由封裝技術(shù)水平?jīng)Q定的，現(xiàn)今，隨著集成化朝著超規(guī)模方向的發(fā)展，在未來集成功能也必然越來越復(fù)雜，所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時就需要對整體電路的總功耗以及封裝技術(shù)間的關(guān)系進(jìn)行衡量。
參考資料 >