时间：2023-10-11 16:33:00
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇集成电路开发及应用，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
一、充分认识加快发展集成电路产业的重要性
集成电路产业对于现代经济和社会发展具有高倍增性和关联度。集成电路技术及其产业的发展，可以推动消费类电子工业、计算机工业、通信工业以及相关产业的发展，集成电路芯片作为传统产业智能化改造的核心，对于提升整体工业水平和推动国民经济与社会信息化发展意义重大。此外，微电子技术及其相关的微细加工技术与机械学、光学、生物学相结合，还能衍生出新的技术和产业。集成电路技术及其产业的发展已成为一个国家和地区调整产业结构、促进产业升级、转变增长方式、改善资源环境、增强竞争优势，带动相关产业和领域跨越式发展的战略性产业。
*省资源环境良好，集成电路设计和原材料生产具有比较优势，具有一批专业从事集成电路设计和原材料生产的企业及水平较高的专业人才队伍。*省消费类电子工业、计算机工业、通信工业以及利用信息技术改造传统产业和国民经济与社会信息化的发展为集成电路产业的发展提供了现实需求的空间。各级、各部门要高度重视集成电路产业的发展，有基础有条件的地区要充分发挥地域优势、资源优势，加强规划，因势利导，积极组织和推动集成电路产业发展，加快招商引资步伐。省政府有关部门要切实落实国家和省扶持集成电路产业发展的各项政策，积极推动和支持*省集成电路产业的发展。
二、发展思路和原则
（一）发展思路。根据*省集成电路产业发展的基础，当前以发展集成电路设计和原材料生产为重点，建成国内重要的集成电路设计和原材料生产基地。以内引外，促进外部资金、技术、人才和芯片加工、封装、测试项目的进入，建立集成电路生产基地。
1.大力发展集成电路设计。充分发挥*省高校、科研单位、企业集成电路设计的基础优势，加快集成电路设计企业法人资格建立和集成电路设计企业资格认证的步伐，与信息产业和其他工业领域及国民经济与社会信息化发展相结合，促进科研、生产、应用联动，建立科研、生产、应用、服务联合体，形成有利于集成电路设计企业成长和为企业生产发展服务的体制和机制，促进一批已具备一定基础的集成电路设计企业尽快成长起来。进一步建立和完善有利于集成电路产业发展的政策环境，构筑有利于集成电路产业发展的支撑体系和服务体系，加强与海内外的合作与交流，加快人才培养和引进，加大对集成电路设计中心、公共技术平台、服务平台、人才交流培训平台建设的投入，重点培植3—5家集成电路设计中心，使之成为国内乃至国际有影响力的企业。加强人才、技术、资金、企业的引进，形成一大批集成电路设计企业和人才队伍。密切跟踪国际集成电路发展的新趋势，大力发展和应用SOC技术、IP核技术，不断提高自主创新能力，在消费类电子、通信、计算机、工业控制、汽车电子和其他应用电子产品领域形成发展优势。
2.加快发展集成电路材料等支撑产业。以当前*省集成电路材料生产企业为基础，通过基础设施建设、技术改造、引进技术消化吸收再创新、合资合作和引导传统产业向集成电路材料生产转移，进一步壮大产业规模，扩大产品系列，增添新的产品品种，提高产品档次。通过加快企业技术中心建设，不断提高自主创新能力；通过拉长和完善产业链，积极发展高纯水气制备、封装材料等上下游产品，提高配套能力；鼓励半导体和集成电路专用设备仪器产业的发展。培养多个在国内市场占有率第一的自主品牌，扩大出口能力，把*省建设成为围绕以集成电路用金丝、硅铝丝、电路板用铜箔和覆铜板、柔性镀铜板、金属膜基板、电子陶瓷基板、集成电路框架和插座、硅晶体材料的研发和生产为主的集成电路支撑产业基地。
3.鼓励发展集成电路加工产业。大力招商引资，通过集成电路设计和原材料生产的发展，促进省外、海外集成电路芯片制造、封装和测试业向*省的转移，推动*省集成电路芯片制造、封装和测试产业的发展。
（二）发展原则。
1.政府推动原则。充分发挥各级政府在统筹规划、宏观调控、资源组织、政策扶持、市场环境建设等方面的作用，充分发挥社会各方面的力量，推动集成电路产业发展。
2.科研、生产、应用、服务联动原则。建立科研、生产、应用、服务一体化体系，促进集成电路设计和最终产品相结合，集成电路设计和设计服务相结合，公共平台建设和企业发展相结合，设计公司之间相结合，人才培训和设计企业需求相结合。重点支持共性技术平台、服务平台、人才培训平台建设和科研、生产、应用一体化项目研发。
3.企业主体化原则。深化体制改革，加快集成电路设计中心认证，推动集成电路设计公司（中心）建设，建立符合国家扶持集成电路发展政策和要求的以企业为主体、自主经营、自负盈亏、自主创新、自*发展完善的集成电路产业发展体制和机制。
4.引进消化吸收与自主创新相结合原则。加强与海内外集成电路行业企业、人才的交流合作，创造适合集成电路产业发展的政策环境，大力引进资金、技术、人才，加快消化吸收，形成产业的自主创新能力，尽快缩短与发达国家和先进省市的差距。
5.有所为，有所不为原则。发挥*省优势，重点发展集成电路设计、电路板设计制造和原材料生产，与生产应用相结合，聚集有限力量，聚焦可行领域，发挥基础特长，形成专业优势。
三、发展重点和目标
（一）发展重点。整合资源，集中政府和社会力量，建立公共和开放的集成电路设计技术服务平台、行业协作服务平台和人才交流培训平台。重点扶持建设以海尔、海信、浪潮、*大学、哈工大威海国际微电子中心、滨州芯科等在集成电路设计领域具有基础和优势的集成电路设计中心，建设青岛、济南集成电路设计基地，加快有关促进集成电路产业发展的配套政策、措施的制定，重点在以下领域实现突破。
1.集成电路设计业。以消费类电子、通信、计算机、工业控制、汽车电子、信息安全和其他应用电子产品领域为重点，以整机和系统应用带动*省集成电路、电路板设计业的发展，培育一批具有自主创新能力的集成电路设计企业，开发一批具有自主知识产权的高水平的集成电路产品。
（1）重点开展SOC设计方法学理论和设计技术的研究，发挥其先进的整机设计和产业化能力，大力发展税控收款机等嵌入式终端产品的SOC芯片，努力达到SOC芯片规模化生产能力。开发采用先进技术的SOC芯片，应用于各类行业终端产品。
（2）强化IP核开发标准、评测等技术的研究，积极发挥IP核复用技术的优势，以市场为导向，重点研发MCU类、总线类、接口类和低功耗嵌入式存储器（SRAM）类等市场急需的IP核技术，加速技术向产品的转化。
（3）顺应数字音视频系统的变革，以数字音视频解码芯片和视频处理芯片为基础，突破一批音视频处理技术，提高*国电视整机等消费类电子企业的技术水平和核心竞争力。
（4）集中力量开展大规模通信、网络、信息安全等专用集成电路的研究与设计，力争取得突破性成果。
（5）重点发展广泛应用于白色家电、小家电、黑色家电、水电气三表、汽车电子等领域的芯片设计，在应用电子产品芯片设计领域形成优势。
（6）发挥*省在工业控制领域的综合技术、人才力量及芯片研发软硬件资源等方面的优势，重点发展部分工业控制领域的RISC、CISC两种架构的芯片设计，并根据市场需求及时研发多种控制类芯片产品，形成一定优势。
2.集成电路材料等支撑产业。充分利用*省现有集成电路材料生产企业的基础条件，加快发展集成电路材料产业。重点发展集成电路用金丝、硅铝丝、引线框架、插座等产品，同时注重铜箔、覆铜板、电子陶瓷基片、硅晶体材料及其深加工等产品的发展，形成国内重要的集成电路材料研发和生产加工出口基地。支持发展集成电路相关支撑产业，形成上下游配套完善的集成电路产业链。
（1）集成电路用金丝、硅铝丝。扩大大规模集成电路用金丝、硅铝丝的生产规模，力争到2010年占国内市场份额80%以上。
（2）硅单晶、硅多晶材料。到2010年，3-6英寸硅单晶片由现在的年产600万片发展到1000万片；单晶棒由目前的年产100吨发展到200吨。支持发展高品质集成电路用多晶硅材料，填补省内空白，至2010年发展到年产3000吨。
（3）集成电路引线框架。到2010年，集成电路引线框架生产能力由目前的年产20亿只提高到年产100亿只。
（4）电子陶瓷基板。通过技改和吸引外资等措施，力争到2010年达到陶瓷覆铜板年产160万块、陶瓷基片年产30万平米的能力。
（5）铜箔、覆铜板。到2010年，覆铜板由目前的年产570万张发展到800万张，铜箔由目前的年产8500吨发展到10000吨。
（6）相关支撑产业。通过引进技术和产学研结合等多种形式，积极发展集成电路专用设备、环氧树脂等塑封材料、柔性镀铜板和金属膜等基材、高纯水气制备等相关产业。
3.加快大规模、大尺寸集成电路芯片加工和有关集成电路封装、测试企业的引进。
（二）发展目标。经过“*”期间的发展，基本建立和完善有利于*省集成电路产业发展的政策环境、支撑体系和服务体系，建成20-30家集成电路设计中心、2个集成电路设计基地，形成一大批集成电路设计企业、配套企业、咨询服务企业，争取引进3—5家集成电路芯片制造企业。政府支持集成电路产业发展的能力进一步增强，社会融资能力进一步提高，对外吸引和接纳人才、技术、资金的能力进一步提高，集成电路设计、制造对促进*省信息产业发展、传统产业改造和提升国民经济与社会信息化水平发挥更大作用，并成为*省信息产业发展和综合竞争力提升的重要支撑。促进*省集成电路材料产业做大做强，使其成为国内重要的产业基地。
四、主要措施和政策
（一）加强政府的组织和引导。制定*省集成电路产业发展中长期发展规划，实施集成电路产业发展年度计划，《*省支持和鼓励集成电路产业发展产品指导目录》，引导产品研发和资金投向。各地要加强本地集成电路产业发展环境建设，结合本地实际制定有利于集成电路产业发展和人才、资金、技术进入的政策措施。各有关部门要加强配合，制定相关配套措施，形成促进集成电路产业发展的合力。参照财政部、信息产业部、国家发改委《集成电路产业研究与开发专项资金管理暂行办法》，结合*省信息产业发展专项资金的使用，对集成电路产业发展予以支持。具体办法由省信息产业厅会同省财政厅等有关部门制定。
（二）加强集成电路设计公司（中心）认证工作。推动体制改革和产权改革，鼓励科技人员在企业兼职和创办企业，通过政策导向促进集成电路设计公司（中心）独立法人资格的建立。按照国家《集成电路设计企业及产品认定暂行管理办法》的有关规定，加强对*省集成电路产品及集成电路企业认定工作。
（三）加强人才引进与培养。加强对集成电路人才的培养和引进工作，鼓励留学回国人员和外地优秀人才到*投资发展和从事技术创新工作，重点引进在国内外集成电路大企业有工作经历、既掌握整机系统设计又懂集成电路设计技术的高层次专业人才。对具有普通高校大学本科以上学历的外省籍集成电路专业毕业生来*省就业的，可实行先落户后就业政策，对具有中级以上职称的集成电路专业人才来*省工作的，有关部门要优先为其办理相关人事和落户手续。要加强集成电路产业人才培养，建立多层次的人才培养渠道，加强对企业现有工程技术人员的再培训。在政策和待遇上加大对专业人才的倾斜，鼓励国内外集成电路专业人才到*发展，建立起培养并留住人才的新机制。
（四）落实各项优惠政策。各级、各部门要切实落实《关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》及各项优惠政策，将集成电路设计、生产制造和原材料生产纳入各自的科研、新产品开发、重点技术攻关计划及技术中心、重点实验室建设计划，并给予优先支持和安排。集成电路设计企业适用软件企业的有关政策，集成电路设计产品适用软件产品的有关优惠政策，其知识产权受法律保护。对于批准建设的集成电路项目在建设期间所发生的贷款，省政府给予贷款利息补贴。按照建设期间实际发生的贷款利率补贴1.5个百分点，贴息时间不超过3年；在政府引导区域内建设的，贷款利息补贴可提高至2个百分点。
一、研究专题和期限
专题一：FPGA器件、配套软件系统及其测试技术的研发
（一）研究目标与内容
研究目标：
研发基于自主知识产权的FPGA器件，实现器件与配套软件的产品化，并在通信、消费类电子、汽车电子、工业控制、互联网信息安全等领域得到应用。研制与国际主流芯片兼容的抗辐照百万门级FPGA，能够满足航空、航天等应用工程的需求。
研究内容：
1.高性能FPGA器件系统：FPGA器件结构研究，FPGA配套EDA软件研究，FPGA的封装测试技术研究。
2.百万门级FPGA关键技术：百万门级抗辐照FPGA器件及其配套EDA设计系统的研究，满足航空、航天等应用工程的需求；
3.多核平台化百万门级FPGA器件的开发及其配套EDA设计系统的研究；
4.FPGA产品化及产业化应用推广技术：完成高性能FPGA的产品化，实现其在通信、消费类电子、汽车电子、工业控制、互联网信息安全等领域的应用。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成。
专题二：便携式多媒体终端、数字电视中相关芯片及模块研发
（一）研究目标与内容
研究目标：
基于国内主流集成电路制造工艺，研发便携式多媒体终端和数字电视中的相关芯片、模块与解决方案，实现高性能、低功耗，并得到实际应用。
研究内容：
1.研究数字电视各类标准的低功耗、低成本和高性能编、解码算法及其IP核的实现，通过对各类IP的集成及其配套软件开发，形成移动数字电视和手持多媒体终端芯片开发的SoC平台及其应用。
2.研究无线信道解调关键技术，研发融合地面国标和手机电视功能的信道解调模块（芯片），并为终端厂商提供单模块解决方案。
3.研究高性能的参数可调图像缩放算法、接口技术、图像抖动处理、伽玛校正与过驱动处理等功能模块专有技术；开发图像控制、处理专用芯片以及将各种处理技术融合的SoC芯片及应用系统。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成。
专题三：模拟及接口电路产品与应用解决方案研发
（一）研究目标与内容
研究目标：
以通信，消费类电子，计算机及计算机接口设备的市场应用为目标，设计和研发基于国
内亚微米BCD等工艺技术的模拟及数字模拟混合集成电路产品。开发多系列绿色节能电源
管理芯片产品及整体电源管理解决方案。
研究内容：
1.平板显示器电源管理系统中AC/DC、DC/AC控制、大功率白光LED驱动集成电路和开关系列芯片开发及应用解决方案，实现较高的节能降耗水平。
2.适合于便携式电子产品应用的模拟及接口集成电路芯片及应用解决方案。
3.面向便携式设备的多模直流电压变换控制芯片的开发。
4.应用多媒体接口的多媒体数据矩阵电路以及相关的ESD+EMI保护电路。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成。
专题四：宽带通信领域核心IP和集成电路特种工艺设计技术的研究
（一）研究目标与内容
研究目标：
围绕国内超深亚微米工艺发展重点，开发宽带通信与接入系统用成套电路和关键IP核研究；研究纳米级工艺SoC设计所必需的关键技术、特种工艺设计技术和整体解决方案。
研究内容：
1.新型宽带无线通信与接入系统的射频收发机芯片和关键IP核研究，研发相应的模块、系统解决方案及终端产品；数字基带关键算法研究及其VLSI实现研究，完成相应关键IP核的嵌入式应用。
2.利用无线局域网实现有线电视网络数字视频信息传输（EoC）的芯片研发。
3.面向下一代有线电视网络的550MHz～1.2GHz的多载波宽带接入成套芯片及音视频宽带应用SoC芯片研究。
4.用于通讯、汽车电子、太阳能利用等领域的特种设计技术，专用控制芯片及应用系统的研发。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成。
专题五：超宽带无线通信关键射频集成电路、核心IP研究与实现
（一）研究目标与内容
研究目标：
基于CMOS工艺技术，研究应用于MB-OFDM超宽带（UWB）系统的射频收发集成电路，提出MB-OFDM-UWB系统的射频收发集成电路解决方案，以支持数据传输速率达到100Mbps以上，传输距离不小于10米的超宽带通信系统，实现超宽带技术在数字家庭无线互连、多媒体视频传输等短距离无线通信领域的应用。
研究内容：
1.研究针对OFDM超宽带体系（工作频段为3.1GHz～4.8GHz或更高）的CMOS射频收发器、快速跳频的频率综合器等关键射频及混合信号集成电路设计及实现技术。
2.开发相应的超宽带ASIC或SoC芯片，特别是超宽带射频芯片。
3.研制超宽带无线通信试验系统。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成。
二、申请方式
1、本指南公开。凡符合课题制要求、有意承担研究任务的在*注册的法人、自然人均可以从“*科技”网站（）上进入“在线受理科研计划项目可行性方案”，并下载相关表格《*市科学技术委员会科研计划项目课题可行性方案（*版）》，按照要求认真填写。
2、申报单位应具备较强技术实力和基础，具备实施项目研究必备条件及匹配资金；鼓励产学研联合申请，多家单位联合申请时，应在申请材料中明确各自承担的工作和职责，并附上合作协议或合同。
3、课题责任人年龄不限，鼓励通过课题培养优秀的中青年学术骨干。课题责任人和主要科研人员，同期参与承担国家和地方科研项目数不得超过三项。
4、已申报今年市科委其它类别项目者应主动予以申明，未申明者按重复申报不予受理。
5、每一课题的申请人可以提出不超过2名的建议回避自己课题评审的同行专家名单（名单需随课题可行性方案一并提交）。
6、本课题申请起始日期为*年6月4日，截止日期为*年6月25日。课题申报时需提交书面可行性方案一式4份，并通过“*科技”网站在线递交电子文本1份。书面可行性方案集中受理时间为*年6月19日至25日，每个工作日上午9：00～下午4：30。所有书面文件请采用A4纸双面印刷，普通纸质材料作为封面，不采用胶圈、文件夹等带有突出棱边的装订方式。
7、网上填报备注：
（1）登陆“*科技”网，进入网上办事专栏；
（2）点击《科研计划项目课题可行性方案》受理并进入申报页面：
-【初次填写】转入申报指南页面，点击“专题名称”中相应的指南专题后开始申报项目（需要设置“项目名称”、“依托单位”、“登录密码”）；
-【继续填写】输入已申报的项目名称、依托单位、密码后继续该项目的填报。
作为活跃在模拟技术领域的半导体供应商，飞思卡尔半导体一直致力于为嵌入式控制系统设计者提供高度集成的系列功率开关、网络、通信、运动控制和电源管理应用产品。这些产品不同于具有单一功能的传统模拟产品，飞思卡尔可在单个集成电路中提供多种可改善和简化系统设计的关键功能。用户则可受益于这些产品的成本效益并缩短产品上市时间。本文将结合飞思卡尔在模拟技术方面的创新，对未来的模拟市场的最新发展。
满足模拟市场增长需求
据Databeans Estimates预测，到2010年全球模拟半导体市场将以12%的复合增长率成长，亚太地区将高达17%，中国市场的增长尤为可观，将高达20%。未来几年，通信设备、消费电子产品将是驱动半导体市场成长的主要动力；此外保安、数字广播、节能及监控、汽车电子系统、工业设备等需求也将相应增加。通信设备、消费电子及电脑仍是中国三大主要市场；而且，中国已成为全球最大的手机生产基地之一。2006年3G通信设备市场将会继续成为国内最大的垂直整合产品市场。中国电子产业的可观增长，将需要更多的模拟集成电路来支持更多创新的功能，从而刺激对模拟集成电路的需求。这些都为厂商提供了有利的机遇和条件。
作为设计和开发高度集成的混合信号模拟集成电路的厂商，飞思卡尔不断将用户所需的关键系统功能融入到令人兴奋的解决方案中。飞思卡尔的电动(power actuation)解决方案包括：低端开关、高端开关、H桥和可配置开关、H桥步进电机、前置驱动器、电爆驱动器、发动机电压调节器；电源管理解决方案包括：线性稳压器、开关稳压器、热插拔控制器；网络收发器包括：连接解决方案（CAN物理接口、LIN/ISO9141/J1850物理接口、分布式系统接口元件）和千兆SerDes收发器；信号调整产品包括：弹性I/O；特殊功能及有线通信产品包括：音频放大器、电流控制器、ISDN、Ringer、UDLT、话音与数据编码（MC14LC5480系列数据信号编解码器、过滤器）；此外还有嵌入式MCU＋功率器件。
飞思卡尔的模拟产品可以在无线通信、数字和硬拷贝影像、汽车和工业等许多领域应用。公司也在将功率控制和电源管理方面的卓越新产品增加到产品线中。
SMARTMOS工艺实现先进功能
飞思卡尔的集成电路功能强大，可为动力、控制和通信应用提供许多独到的特性。专有的SMARTMOS(注:SMARTMOS为飞思卡尔的产品商标)混合信号半导体工艺可实现高密度逻辑与模拟和电源功能的共存，为设计者提供显著的集成优势。这些优势包括易于使用、突出的集成电路和负载保护特性，同时还可以减少元件数量和提高可靠性。
飞思卡尔的标准产品线包括功率开关集成电路、电源管理集成电路、网络收发器、汽车安全产品和专用功能器件。这些产品实现了单个芯片和集成级封装。每种器件都采用SMARTMOS工艺作为通用构建模块，以增加用户所需的功能。这些器件可与飞思卡尔的微处理器、微控制器和DSP一起运行。
SMARTMOS是嵌入式世界的最佳工艺。其独到之处在于结合了许多模拟器件所必需的特性，包括：NVM、iLDMOS、大电流金属、高电压、噪声免疫性、适应恶劣环境、感性负载开关和干扰免疫性、105V的能力，等等。这些强大的功能加上工程设计匹配能力，使SMARTMOS产品成为了模拟设计的理想选择。
值得一提的是，虽然今天的高密度CMOS工艺具有很高的处理能力，但是它不能与大多数现实世界的系统进行直接交互。在嵌入式系统中，现实世界的信号仍然需要经过处理器，负载也需要进行驱动。此外，处理器还需要有干净的电源，同时还要对其进行保护，以免受到外部世界恶劣电气环境的影响。
SMARTMOS是一种融合型CMOS工艺，它集成了精度模拟、功率器件和逻辑电路。采用SMARTMOS技术的集成电路可以实现CMOS工艺所无法得到的性能。嵌入式系统设计者可以将诸如稳压、功率MOSFET、输入信号调节、瞬态保护、系统诊断和控制等功能融入到低成本的单片集成电路中，从而省掉数十个元件。
SMARTMOS技术产的应用主要分为四大类――电源、通信、保护和控制。电源产品可以用具有现实世界能力的模拟/电源接口保护敏感元件；通信产品是用来与其主MCU通信实现网络通信的器件；保护产品可对其本身及其负载、匹配的MCU和电气线路进行智能保护，以免受到环境压力、故障或过载的影响；控制产品具有控制驱动大电流和大功率负载的能力，例如：螺线管、继电器、灯、电机和被动负载。
以形式划分，SMARTMOS产品有3种主要类型――单芯片SMARTMOS集成电路、多芯片单封装智能大功率开关产品，以及智能分布式控制产品。这些产品系列之间的通用线程是SMARTMOS硅材料。
SMARTMOS集成电路产品功能丰富，其混合信号构建模块包括：A/D和D/A转换器、轨对轨运算放大器、比较器、充电泵和栅极驱动器、稳压器、精度参考、数字逻辑和非易挥发存储器。在负载驱动应用方面，还有具备感应能量箝位、独立热管理(independent thermal management)、短路保护(short circuit protection)和负载感测诊断(diagnostic load sensing)的功率MOSFET产品。
此外，为满足网络和通信市场发展的需求，飞思卡尔还开发了千兆SerDes收发器产品，为市场提供了从分立SerDes解决方案向集成解决方案转移的路径。飞思卡尔的SerDes产品是一种高带宽系统内或芯片间、板卡间、背板或电缆通信的全双工和多通道数据接口收发器，可提供优异的信号完整性和最佳的质量特性。SerDes产品采用CMOS工艺，可使用工业标准材料，以降低成本、功耗和风险。
总之，采用SMARTMOS技术有助于设计者满足高精度元件在恶劣环境下运行的要求，提供强大的功率晶体管性能。新一代SMARTMOS 7是专门为0.35μm CMOS电路开发的，与0.5μm CMOS工艺的SMARTMOS 5相比，可提供接近10倍的数字密度。目前，采用0.25μm工艺的SMARTMOS 8也即将投入生产。
先进设计平台集数字模拟大成
DigitalPower是飞思卡尔为复杂集成混合信号系统级芯片（SoC）解决方案创建的设计平台。它利用超级智能功率技术SMARTMOS可显著提高数字密度，帮助系统级芯片设计者经济有效地将数字内容――微控制器和DSP核、串行接口、存储器和逻辑――融入在具有高性能模拟和大功率电路的芯片中。
该平台是一种真正的混合模式设计方法，可以实现3-A H桥与32MHz微控制器和处理器共存等大功率模拟功能。这种新的方法所提供的低功耗模拟功能包括：运算放大器、模数转换器（ADC）、脉冲宽度调制电路、通用I/O、宽能隙参考、波形发生器和滤波器。
DigitalPower技术的最初目标是打印机应用。利用DigitalPower能力开发的完整的喷墨打印机系统级芯片，集成了8位16.7MHz 68HC05微控制器核、16KB ROM、256字节RAM、IEEE-1284平行端口接口、DRAM控制器、四通道/8位模数转换器、系统时钟锁相环、16位定时器、16位COP看门狗定时器、逻辑门和4个25V H桥，以及5V 100mA线性稳压器、1.8 V～3.2V 25mA线性稳压器、开关模式稳压控制器，还有电机控制专用的硬件特性。所有这一切都集成在一个100引脚的TQFP封装中。目前，DigitalPower技术已广泛用于影像、数码相机、CD/MP3播放器和其他消费产品。其较早的产品是定制设计，现在已为这些应用开发了标准的系统级芯片。为了使ASIC设计者获得DigitalPower的好处，飞思卡尔还创建了一个数字、模拟和电源功能程序库。这个开放的程序库有助于用户集成自身的专用功能和IP，也可用于设计、开发和仿真工具。
推动模拟集成电路向高端迁移
近20年，模拟集成电路经历了稳健快速的发展；10年来，消费电子产品、通信产品、计算应用市场依然发展迅猛。与数字IC相比，模拟集成电路的应用依然是高端应用，即使数字集成电路能够实现完成与模拟集成电路相同的任务，达到相同的性能，模拟集成电路在通用和大批量市场中依然是高性价比的选择。作为全球重要的制造和采购基地，中国的模拟IC市场依然是全球关注的焦点，而且在未来1－2年仍然有着巨大的增长潜力。
先进电子产品需要采用更多的模拟集成电路，以支持更多新的功能。随着便携产品的小型化、低功耗要求，3C产品在给模拟器件带来巨大市场机会的同时，也对其提出更苛刻的要求。从整体趋势来说，速度、功耗、准确度、噪声及失真率等都是衡量电子产品性能的重要参数，这几方面的要求将日趋严格。这些正是厂商开发高性能的模拟芯片及子系统所追求的目标。
关键词：集成电路；测试；PMU Device Characterization
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 10-0033-01
一、测试系统的基本介绍
传统的集成电路的测试以SOC技术为主，SOC的复杂程度非常高，在一块芯片内不仅可能包含CPU、DSP、存储器、模拟电路等多种芯片，甚至还可能包括射频电路、光电器件、化学传感器等器件，因而SOC的测试系统，具备数字、混合信号、存储器、射频等各种测试，同时各个模块之间还不会产生相互影响。
一般的集成电路的测试系统称为ATE，测试系统主要由单片机模块（CPU）、DC（Device Characterization）测量模块和通道传输模块等组成。各个模块之间通过总线单元进行数据交换和连接。而随着现代测试技术的发展，较好测试系统组成主要的还有：由电子电路和机械硬件组成，是在同一个主控制器指挥下的电源、计量仪器、信号发生器、模式（pattern）生成器和其他硬件项目的集合体。
二、整个系统主要组成
（一）单片机模块（CPU）---测试系统的心脏
该模块是所有数字测试系统都含有的基本模块，是测试系统的起点。“CPU”是系统的控制中心，这里的CPU与计算机中的中央处理器不同，它由控制测试系统的计算机及数据的基本I/O通道组成。许多新的测试系统提供一个网络接口用以传输测试数据；计算机硬盘和Memory用来存储本地数据；显示器及键盘提供了测试操作员和系统的接口。
（二）DC（Device Characterization）测量模块
DC子系统包含有DPS（Device Power Supplies，器件供电单元）、RVS（Reference Voltage Supplies，参考电压源单元）、PMU（Precision Measurement Unit，精密测量单元）。
1.DPS与RVS单元
被测器件的电源管脚所需要的电流及电压是由DPS所供给的；而系统内部的管脚测试单元的比较电路以及驱动所需要的参考电压，则是由RVS单元来供给，包括了VOL、VIH、VOH、VIL四种电压设置方式。而相对比较老的测试系统中，所拥有的RVS也是相对来说比较少的，所以在测试程序时，所提供的输出、输入电平也是比较少。。一些测试系统称拥有“per pin”的结构，就是说它们可以为每一个pin独立地设置输入及输出信号的电平和时序。
2.PMU电路
PMU用于精确的DC参数测量，它把驱动电流送入被测器件而去测量电压或者为器件加上电压而去测量产生的电流。PMU的数量跟测试机的级别有关，低端的测试机往往只有一个PMU，用共享的方式被测试通道逐次使用；中端的则有一组PMU，通常为8个或16个，而一组通道往往也是8个或16个，可以整组逐次使用；而高端的测试机则会采用每个channel配置一个PMU。
（三）通道传输模块
1.通道单元
通道单元有两个功能，一是把测试码合成最终的测试信号施加到DUT（Device under test，被测器件），二是比较及分析DUT的返回信号，并且通过总线，将所得到的结果返回单片机模块。利用逻辑控制单元以及译码电路，控制总线对DUT管脚的地址实现设定并控制，而DUT管脚数据的输出及输入功能，则是由控制单元驱动和管脚驱动所共同控制着的继电器阵列来进行的。VIH（VIL）是由DPS模块设定产生的测试所需的高（低）驱动电平。总线发送由程序预先生成的测试向量，电平转换与驱动单元把测试向量转换为设定电平的测试时序波形，管脚驱动与控制单元控制继电器阵列将要输入的波形施加到DUT的输入管脚。
2.芯片引脚电路
芯片脚电路是测试系统资源部和待测期间之间的接口，它给待测器件提供输入信号并接收待测器件的输出信号。
每个测试系统都有自己异于其它系统的设计但是通常其芯片引脚电路都会包括：
（1）配有输入信号的驱动电路。
（2）切换驱动及对电流负载输入输出选择通道电路。
（3）比较输出电平的电压检验电路。
（4）芯片引脚电路与PMU的连接电路。
（5）能够编程控制的电流负载。
（6）提供能测试高速电流的辅助电路。
3.总线单元
总线（Bus）是各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照所传输的信息种类，是用于各个模块和单元传递信息的公用通道，各个部分通过总线相连接，通过总线单元进行数据连接和交换。
三、结束语
随着数字技术不断发展，在消费电子、通信和计算等领域对测试技术不断提出的挑战，适应测试和组装外包已经成为发展趋势的必然要求。尽管集成电路的测试技术伴着新的测试理念、新的测试流程、方法和技术不断的出现。但从整个系统的角度出发，测试系统都是从单片机模块、DC测量模块和通道传输模块等基础上发展而来。
参考文献：
[1]陆坤.电子设计技术[M].西安电子科技大学出版社,2004
[2]杜中一.半导体技术基础[M].化学工业出版社,2011
关键词：集成电路；静电防护；研究措施
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.158
0 引言
在现代社会，随着微米等新技术的发展应用，集成电路的构造更加简便实用。由于集成电路的简单化设计，因而内部内绝缘层变得很薄，对静电的抵抗能力也就相对变弱[1]。集成电路在生产到运输过程，都会不同程度的受到静电影响。
1 集成电路产生的静电
1.1 静电产生原因
静电，指停留在物体表面由于正负电荷失去平衡产生的电能。摩擦起电，也是产生静电的直接原因[2]。摩擦起电，主要是因为两种物质的接触表面在摩擦时，由于停留在自身的电荷不同而产生的排斥现象。在这个电荷转化过程中，物质内部的机械能转化为内能，在转化过程中，物质的原子结构由于物质表面的能量进入原子结构，原子结构增加能量，使得电子脱离原子核，自动外放的物理反应，在这种物力反应中，产生的电子所带的是正电荷；而另一物质的表面在进行相似的物理反应时，外放的电子所带的是负电荷。因此，当两个物质摩擦时，由于正负电荷的反应，就会造成因摩擦产生静电。另外感应带电也是物体产生静电的原因。感应带电，指由于外电场的作用，电场力过大会产生电子脱离原子核，从而产生的静电现象。
1.2 影响静电的因素
静电产生的因素有很多，主要包括物理环境、物体材质和运动状况三种。物理环境对产生静电的影响，是指由于物体的因为环境改变，静电量的数量随着物质内部温度升高而增加，相反静电量的数量随着物质内部温度的降低而减少。在这种物理环境中，集成电路产生的静电和内部的物理环境温度有关[3]。应注意做好物力环境对集成电路产生的静电作用。物体材质对静电产生的影响，是指物体材质的不同，也会影响自身受到外力作用下，产生的静电量，如果物体材质导向性能良好，就比较容易产生电荷，在与其他物体摩擦时或者外力的作用下，很容易在物体表面产生静电量；相反，如果物体材质属于绝缘性能良好的材质，那么在外力作用下或者与其他物体摩擦时，产生的静电量也会由物体材质自动引导出去，产生的静电量很少或者根本没有。运动状况对静电的影响，是指物体的运动速度和受力大小等运动状况都会造成静电的产生。例如物体的运动速率过快，受到的碰撞力就会增大，阻力就会变小，接触面的面积就会增大，压力同时也会增大，物体在这种运动状况中，因与地面摩擦等产生的静电量就会很大，危害也会很大；相反如果物体的运动状况很平稳，受到的碰撞力就会减小，阻力变大，在这种情况中，物体的运动状况产生的静电量就会很小，一般很难发现。
1.3 静电的危害
目前现阶段化纤物质在物理和化学生产中，应用都非常广泛。化纤物质本身就属于导向性良好的材料，产生静电现象普遍，如果这种电荷不能及时引导，静电量就会变得很大，危害也大。但是化纤物质产生的静电受人体动作的制约，比较明显。
静电是造成集成电路受破坏的主要因素。因为在静电放电的过程中，对集成电路形成作用力，这种作用力包括造成电路失效的硬击穿和软击穿。在这两种作用力的共同作用下，集成电路的使用期限和使用范围都会严重受到制约，如果集成电路的静电量不能及时解决，就会对集成电路的性能和使用质量造成影响，也会造成集成电路报废。
2 集成电路的防静电措施
2.1 生产过程
集成电路在生产过程，容易产生静电的原因：人为因素、环境因素和选材因素。人为因素，是指工作人员和电路板的接触，导致集成电路留有静电。对这种人为因素，应从生产车间制服统一入手，统一规定着装防静电的防化服装，避免人为因素在生产过程中，产生的静电停留集成电路表面，不易察觉的问题。环境因素，是指贮存环境温度过高，容易引发集成电路静电的产生。针对这种问题，应对集成电路的贮藏进行封闭式管理，尽量选择在温度可以控制调节的生产车间，避免因为贮藏环境造成集成电路出现静电的问题。选材因素，是指在选择原材料方面，应倾向使用绝缘线良好的材质，可以对集成电路表面停留的静电及时引导，减少静电对集成电路产生破坏作用。
2.2 运输过程
集成电路容易产生静电的原因是生产过程和运输过程。针对运输过程，为了有效实现防静电的产生，应从电路板的运动状况入手。在运输过程中，应避免过快行驶或者猛踩刹车，产生运输车厢严重失去平衡，在这种情况下产生静电量也是可以有效避免的，同时也是集成电路出厂后容易产生的问题。同时针对，工作人员和搬运人员，应统一着橡胶制品衣服，尽量减少集成电路在搬运途中，避免因为摩擦产生的静电问题。
2.3 完善管理制度
针对集成电路的静电防护措施，最直接最根本的要从管理制度开始。只有严格有效的管理制度，才能形成有效的约束力，对各个阶层的人员进行统一规范，才可以从根本上做好静电防护工作。在集成电路静电产生的原因中，多数是人为因素和潜在的人为因素，都应该得到具体解决。同时也应加强安全巡检制度，对集成电路的生成过程和运输过程，都要加强抽检，确保集成电路得到安全生产和放心运输，尽量减少静电量在集成电路的产生，也也是有效做好静电防护工作的关键。静电防护器材也应加强开发，静电防护器材包括集成电路的包装器材、储藏器材和运输器材。针对静电防护工作，应全方面入手，才有利于完成做好静电防护工作。
3 结束语
集成电路的生产到实际应用，都会受到很多方面的影响，产生静电量。静电量的产生多数是可控因素，只有针对可控因素做出应对措施，才能有效解决集成电路的静电防护工作。对集成电路的选材控制、生产过程可控因素的处理和运输过程可控因素的处理，都需要完整的制度来形成约束力，通过各方面的努力才可以实现静电防护工作，从而减少静电对集成电路的影响，保证集成电路的质量和使用期限。
参考文献：
[1]李柯逊.浅谈集成电路静电损害及防护措施[J].推广技术，2014（07）：227-228.
【关键词】集成电路 加速试验 寿命试验 可靠性试验
1 集成电路加速试验概述
随着集成电路等电子市场的竞争环境日趋激烈，在满足用户预期需求的前提下，在尽可能短时间内将产品投入市场是电子开发商抢占市场的重要举措。这无疑促使与激发了加速试验的产生与发展。
美国波音公司最早提出了可靠性加速试验的概念，最初提出的原因是为了降低产品的研发费用，提高产品的可靠性。由于加速试验的测试环境要苛刻于现实环境，因此通过加速试验，可以获得比正常条件下更多的信息。加速试验需要更高的应力，通常在加速试验中引入在正常使用中不可能发生故障模式的因素：高频率、高振动、高温、高湿度等。通过加速试验得到产品加速试验模型，分析产品的性能，找出导致产品失效的原因，为产品设计提供设计依据，提高产品可靠性和延长使用寿命。目前，加速试验已经广泛应用于各个行业，如电子、通讯、能源、工业、汽车等，更优很多知名公司例如惠普、福特等，注重加速试验的开发与研究，缩短产品研发周期，提高产品性能，提高了企业的经济效益。
2 集成电路加速寿命试验
随着科学技术的发展，高集成电路的可靠性的要求也是越来越高，使用寿命甚至大30年以上。可靠性寿命是衡量集成电路可靠性和性能质量的指标之一，所以需要准确、快速的寿命试验方法。传统寿命试验方法试验周期长，费用昂贵，在很大程度上影响了高可靠集成电路的研发周期。传统的寿命试验，是基于现实环境模拟的试验方法，通过大量的数据统计来估测集成电路的寿命，方法繁琐，操作麻烦，而且试验周期长，人为因素多。目前，加速试验技术领域已经开发新的基于模拟现场环境的试验方法，大大缩短的试验周期，对于推动加速试验领域的研究与应用具有巨大作用，对可靠性工程的发展有重要意义。本文介绍一下三种加速试验方法：HALT法（失效物理的高加速寿命试验）、RET法（可靠性强化试验）以及EDA法（基于参数退化的加速寿命试验）。
2.1 HALT法―高加速寿命试验
对集成电路的材料、元器件和工艺方法进行加速试验，确定材料、元器件和生产工艺的寿命。此种方法可以在产品使用寿命末期识别以及量化产品失效的机理。此种试验方法会根据产品的寿命来确定试验的时间，以给出产品的寿命期。此种方法并没有暴露产品的缺陷。
加速寿命试验的假设：试验产品在高应力作、短时间的应力作用下表现出与低应力、长时间的作用下的产品特征的一致性。为了缩短试验周期，试验中采用加速应力，即HALT（高加速寿命试验）。由于越来越多的使用者对于产品的使用寿命提出更高的要求，而加速寿命试验分析了产品产品失效机理的主要原因，提供了产品预期磨损机理的有效数据，因此在当今的市场上是很重要的。此试验可以给产品设计者和生产者提供有效的技术指导，全面了解产品，对于集成电路的材料、元器件和加工工艺进行改进和控制，提高产品质量和可靠性。
2.2 RET法―集成电路可靠性强化试验
RET法不同于HALF法的区别在于：RET法的目的是在HALF的基础上，逐渐增大环境应力和工作应力，来激发电路失效故障和暴露电路设计的缺点，评估产品设计的可靠性。RET方法的实施就应该在产品设计和发展的最初阶段，以便于改进和控制。
2.3 EDA法―基于参数退化的加速寿命试验方法
该方法在长寿命试验理论和算法上采用统计和动力学模型，通过敏感参数的选取和测试方法优化，实现对长寿命的快速评价。与传统加速寿命试验方法相比，该技术最大优点是试验时间短、可外推寿命、具有普适性，不需要预先建立分布模型，是一种通过数据本身的图形揭示其最佳拟合模型的分析方法，而非事先假设模型强加模型后再进行分析。
基于参数退化的加速寿命试验方法结合集成电路结构、材料、工艺及性能特点，针对影响集成电路寿命的应力及适用于加速试验的应力水平分析，研究集成电路长寿命加速试验敏感参数的选取方法，进行试验数据分析和数据外推建模，实现对长寿命失效的预估。该方法关键技术包括：长寿命加速试验敏感参数选取和采集技术；长寿命加速试验的数据模型处理与外推寿命。通过研究影响器件长寿命应力因子、加速因子、响应敏感参数，有利于快速确定有效的长寿命评价方案。
3 加速试验中应当注意的问题
由于加速试验的环境一般都要高于现场使用所预期的水平应力，可能会导致实际使用中不可能出现的失效机理，产生试验结果错误。加速试验模型是产品在正常压力水平下，施加一个或者多个加速应力水平的关键因素，导出的结果，产品要承受更强大的应力。因此，在测试产品性能时，要根据产品的承受范围（温度、湿度、压强的），在合理的条件下改变关键因素参数进行测试，查出失效机理的原因。根据失效机理消除产生失效的因素才是最主要的。
参考文献
[1]张秋菊，刘承禹.电子设备可靠性的加速试验[J].光电技术应用，2011.8，26（4）：81-85.
[2]范志锋，齐杏林，雷彬.加速可靠性试验综述[J].装备环境工程，2008，5（2）：37-40.
关键词：嵌入式系统 设计 单片系统(SOC) 硬件描述语言(HDL) IP内核
一、嵌入式系统设计方法变化的背景
嵌入式系统设计方法的演化总的来说是因为应用需求的牵引和IT技术的推动。
1.随着微电子技术的不断创新和发展，大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高。硅材料与人类智慧的结合，生产出大批量的低成本、高可靠性和高精度的微电子结构模块，推动了一个全新的技术领域和产业的发展。在此基础上发展起来的器件可编程思想和微处理（器）技术可以用软件来改变和实现硬件的功能。微处理器和各种可编程大规模集成专用电路、半定制器件的大量应用，开创了一个崭新的应用世界，以至广泛影响着并在逐步改变着人类的生产、生活和学习等社会活动。
2.计算机硬件平台性能的大幅度提高，使很多复杂算法和方便使用的界面得以实现，大大提高了工作效率，给复杂嵌入式系统辅助设计提供了物理基础。
3.高性能的EDA综合开发工具（平台）得到长足发展，而且其自动化和智能化程度不断提高，为复杂的嵌入式系统设计提供了不同用途和不同级别集编辑、布局、布线、编译、综合、模拟、测试、验证和器件编程等一体化的易于学习和方便使用的开发集成环境。
4.硬件描述语言HDL(Hardware Des cription Language)的发展为复杂电子系统设计提供了建立各种硬件模型的工作媒介。它的描述能力和抽象能力强，给硬件电路，特别是半定制大规模集成电路设计带来了重大的变革。目前，用得较多的有已成为IEEE为 STD1076标准的VHDL、IEEE STD 1364标准的Verilog HDL和Altera公司企业标准的AHDL等。
由于HDL的发展和标准化，世界上出现了一批利用HDL进行各种集成电路功能模块专业设计的公司。其任务是按常用或专用功能，用HDL来描述集成电路的功能和结构，并经过不同级别的验证形成不同级别的IP内核模块，供芯片设计人员装配或集成选用。
IP（Intellectual Property）内核模块是一种预先设计好的甚至已经过验证的具有某种确定功能的集成电路、器件或部件。它有几种不同形式。IP内核模块有行为（behavior）、结构（structure）和物理（physical）3级不同程度的设计，对应有主要描述功能行为的“软IP内核(soft IP core)”、完成结构描述的“固IP内核(firm IP core)”和基于物理描述并经过工艺验证的“硬IP内核(hard IP core)”3个层次。这相当于集成电路（器件或部件）的毛坯、半成品和成品的设计技术。
软IP内核通常是用某种HDL文本提交用户，它已经过行为级设计优化和功能验证，但其中不含有任何具体的物理信息。据此，用户可以综合出正确的门电路级网表，并可以进行后续结构设计，具有最大的灵活性，可以很容易地借助于EDA综合工具与其他外部逻辑电路结合成一体，根据各种不同的半导体工艺，设计成具有不同性能的器件。可以商品化的软IP内核一般电路结构总门数都在5000门以上。但是，如果后续设计不当，有可能导致整个结果失败。软IP内核又称作虚拟器件。
硬IP内核是基于某种半导体工艺的物理设计，已有固定的拓扑布局和具体工艺，并已经过工艺验证，具有可保证的性能。其提供给用户的形式是电路物理结构掩模版图和全套工艺文件，是可以拿来就用的全套技术。
固IP内核的设计深度则是介于软IP内核和硬IP内核之间，除了完成硬IP内核所有的设计外，还完成了门电路级综合和时序仿真等设计环节。一般以门电路级网表形式提交用户使用。
TI，Philips和Atmel等厂商就是通过Intel授权，用其MCS51的IP内核模块结合自己的特长开发出有个性的与Intel MCS51兼容的单片机。
常用的IP内核模块有各种不同的CPU(32/64位CISC/RISC结构的CPU或8/16位微控制器/单片机，如8051等)、32/64位DSP（如320C30）、DRAM、SRAM、EEPROM、Flashmemory、A/D、D/A、MPEG/JPEG、USB、PCI、标准接口、网络单元、编译器、编码/解码器和模拟器件模块等。丰富的IP内核模块库为快速地设计专用集成电路和单片系统以及尽快占领市场提供了基本保证。
5.软件技术的进步，特别是嵌入式实时操作系统EOS(Embedded Operation System）的推出，为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台。EOS是一种功能强大、应用广泛的实时多任务系统软件。它一般都具有操作系统所具有的各种系统资源管理功能，用户可以通过应用程序接口API调用函数形式来实现各种资源管理。用户程序可以在EOS的基础上开发并运行。它与通用系统机中的OS相比，主要有系统内核短小精悍、开销小、实时性强和可靠性高等特点。完善的EOS还提供各种设备的驱动程序。为了适应网络应用和Internet应用。还可以提供TCP/IP协议支持。目前流行的EOS有3Com公司的Palm OS、Microsoft公司的Windows CE和Windows NT Embedded4.0、日本东京大学的Tron和各种开放源代码的嵌入式Linux以及国内开发成功的凯思集团的Hopen OS和浙江大学的HBOS。
转贴于 二、嵌入式系统设计方法的变化
过去擅长于软件设计的编程人员一般对硬件电路设计“敬而远之”，硬件设计和软件设计被认为是性质完全不同的技术。
随着电子信息技术的发展，电子工程出身的设计人员，往往还逐步涉足软件编程。其主要形式是通过微控制器（国内习惯称作单片机）的应用，学会相应的汇编语言编程。在设计规模更大的集散控制系统时，必然要用到已普及的PC机，以其为上端机，从而进一步学习使用Quick BASIC，C，C++，VC和VB等高级语言编程作系统程序，设计系统界面，通过与单片机控制的前端机进行多机通信构成集中分布控制系统。
软件编程出身的设计人员则很少有兴趣去学习应用电路设计。但是，随着计算机技术的飞速发展，特别是硬件描述语言HDL的发明，系统硬件设计方法发生了变化，数字系统的硬件组成及其行为完全可以用HDL来描述和仿真。在这种情况下，设计硬件电路不再是硬件设计工程师的专利，擅长软件编程的设计人员可以借助于HDL工具来描述硬件电路的行为、功能、结构、数据流、信号连接关系和定时关系，设计出满足各种要求的硬件系统。
EDA工具允许有两种设计输入工具，分别适应硬件电路设计人员和软件编程人员两种不同背景的需要。让具有硬件背景的设计人员用已习惯的原理图输入方式，而让具有软件背景的设计人员用硬件描述语言输入方式。由于用HDL描述进行输入，因而与系统行为描述更接近，且更便于综合、时域传递和修改，还能建立独立于工艺的设计文件，所以，擅长软件编程的人一旦掌握了HDL和一些必要的硬件知识，往往可以比习惯于传统设计的工程师设计出更好的硬件电路和系统。所以，习惯于传统设计的工程师应该学会用HDL来描述和编程。
三、嵌入式系统设计的3个层次
嵌入式系统设计有3个不同层次。
1.第1层次：以PCB CAD软件和ICE为主要工具的设计方法。
这是过去直至现在我国单片机应用系统设计人员一直沿用的方法，其步骤是先抽象后具体。
抽象设计主要是根据嵌入式应用系统要实现的功能要求，对系统功能细化，分成若干功能模块，画出系统功能框图，再对功能模块进行硬件和软件功能实现的分配。
具体设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要是根据性能参数要求对各功能模块所需要使用的元器件进行选择和组合，其选择的基本原则就是市场上可以购买到的性价比最高的通用元器件。必要时，须分别对各个没有把握的部分进行搭试、功能检验和性能测试，从模块到系统找到相对优化的方案，画出电路原理图。硬件设计的关键一步就是利用印制板(PCB)计算机辅助设计(CAD)软件对系统的元器件进行布局和布线，接着是印制板加工、装配和硬件调试。
工作量最大的部分是软件设计。软件设计贯穿整个系统的设计过程，主要包括任务分析、资源分配、模块划分、流程设计和细化、编码调试等。软件设计的工作量主要集中在程序调试，所以软件调试工具就是关键。最常用和最有效的工具是在线仿真器(ICE)。
2.第2层次：以EDA工具软件和EOS为开发平台的设计方法。
随着微电子工艺技术的发展，各种通用的可编程半定制逻辑器件应运而生。在硬件设计时，设计师可以利用这些半定制器件，逐步把原先要通过印制板线路互连的若干标准逻辑器件自制成专用集成电路(ASIC)使用，这样，就把印制板布局和布线的复杂性转换成半定制器件内配置的复杂性。然而，半定制器件的设计并不需要设计人员有半导体工艺和片内集成电路布局和布线的知识和经验。随着半定制器件的规模越来越大，可集成的器件越来越多，使印制板上互连器件的线路、装配和调试费用越来越少，不仅大大减少了印制板的面积和接插件的数量，降低了系统综合成本，增加了可编程应用的灵活性，更重要的是降低了系统功耗，提高了系统工作速度，大大提高了系统的可靠性和安全性。
这样，硬件设计人员从过去选择和使用标准通用集成电路器件，逐步转向自己设计和制作部分专用的集成电路器件，而这些技术是由各种EDA工具软件提供支持的。
半定制逻辑器件经历了可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL、复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列FPGA的发展过程。其趋势是集成度和速度不断提高，功能不断增强，结构趋于更合理，使用变得更灵活和方便。
设计人员可以利用各种EDA工具和标准的CPLD和FPGA等，设计和自制用户专用的大规模集成电路。然后再通过自下而上的设计方法，把用半定制器件设计自制的集成电路、可编程外围器件、所选择的ASIC与嵌入式微处理器或微控制器在印制板上布局、布线构成系统。
3.第3层次：以IP内核库为设计基础，用软硬件协同设计技术的设计方法。
20世纪90年代后，进一步开始了从“集成电路”级设计不断转向“集成系统”级设计。目前已进入单片系统SOC（System on a chip）设计阶段，并开始进入实用阶段。这种设计方法不是把系统所需要用到的所有集成电路简单地二次集成到1个芯片上，如果这样实现单片系统，是不可能达到单片系统所要求的高密度、高速度、高性能、小体积、低电压、低功耗等指标的，特别是低功耗要求。单片系统设计要从整个系统性能要求出发，把微处理器、模型算法、芯片结构、外围器件各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，并通过建立在全新理念上的系统软件和硬件的协同设计，在单个芯片上完成整个系统的功能。有时也可能把系统做在几个芯片上。因为，实际上并不是所有的系统都能在一个芯片上实现的；还可能因为实现某种单片系统的工艺成本太高，以至于失去商业价值。目前，进入实用的单片系统还属简单的单片系统，如智能IC卡等。但几个著名的半导体厂商正在紧锣密鼓地研制和开发像单片PC这样的复杂单片系统。
单片系统的设计如果从零开始，这既不现实也无必要。因为除了设计不成熟、未经过时间考验，其系统性能和质量得不到保证外，还会因为设计周期太长而失去商业价值。
为了加快单片系统设计周期和提高系统的可靠性，目前最有效的一个途径就是通过授权，使用成熟优化的IP内核模块来进行设计集成和二次开发，利用胶粘逻辑技术GLT（Glue Logic Technology），把这些IP内核模块嵌入到SOC中。IP内核模块是单片系统设计的基础，究竟购买哪一级IP内核模块，要根据现有基础、时间、资金和其他条件权衡确定。购买硬IP内核模块风险最小，但付出最大，这是必然的。但总的来说，通过购买IP内核模块不仅可以降低开发风险，还能节省开发费用，因为一般购买IP内核模块的费用要低于自己单独设计和验证的费用。当然，并不是所需要的IP内核模块都可以从市场上买得到。为了垄断市场，有一些公司开发出来的关键IP内核模块（至少暂时）是不愿意授权转让使用的。像这样的IP内核模块就不得不自己组织力量来开发。
这3个层次各有各的应用范围。从应用开发角度看，在相当长的一段时间内，都是采用前2种方法。第3层次设计方法对一般具体应用人员来说，只能用来设计简单的单片系统。而复杂的单片系统则是某些大的半导体厂商才能设计和实现的，并且用这种方法实现的单片系统，只可能是那些广泛使用、具有一定规模的应用系统才值得投入研制。还有些应用系统，因为技术问题或商业价值问题并不适宜用单片实现。当它们以商品形式推出相应单片系统后，应用人员只要会选用即可。所以，3个层次的设计方法会并存，并不会简单地用后者取代前者。 初级应用设计人员会以第1种方法为主；富有经验的设计人员会以第2种方法为主；很专业的设计人员会用第3种方法进行简单单片系统的设计和应用。但所有的设计人员都可以应用半导体大厂商推出的用第3种方法设计的专用单片系统。
结束语
拥有强大的集成电路技术和产业，是我国迈向创新型国家的重要标志。工业和信息化部（以下简称“工信部”）成立5年来，出台了多项政策及举措，推动集成电路产业健康快速发展，促使中国自己的集成电路产业实现了质的飞跃。
政策全面促进
“‘18号文’对吸引海外人才回归和社会资本进入集成电路行业发挥了很大作用，为集成电路在‘十一五’期间的发展奠定了良好基础。”工信部电子信息司集成电路处处长任爱光说，2000年颁发的《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》（简称“18号文件”），令我国集成电路产业步入了快速成长的“黄金十年”。而工信部2008年成立后，在“十一五”期间继续发挥政策引导功能，完善政策环境。
“十一五”期间，受金融危机影响，2008年，中国集成电路产业出现了微负增长，然而2009年便迅速恢复，2010年的增速回升至30%，近两年则都是两位数的增长。从规模上看，我国集成电路产业的销售收入2001年为199亿元，2011年1月28日，国务院了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》（简称“4号文件”），在财税、投融资、研究开发、知识产权和人才等方面，进一步加大了对集成电路产业的支持，政策促进的效果明显。到2011年，我国集成电路产业的销售收入已提高到1572亿元，十年翻了三番，占全球集成电路市场的比重提高到了9.8%。
任爱光说，4号文件还突出“扶优扶大扶强”，因为最终创新能力的体现还是“落在大企业身上”。而除了4号文件，国家以及工信部还推出了多条举措鼓励产业升级进步，如2008年的“国家科技重大专项”中就有两条半条目与集成电路相关，另外工信部还成立了电子发展基金、集成电路研发专项基金、技术改造基金等，支持集成电路企业的技术进步，帮助相关企业提升创新能力，收效显著。
首先在设计能力方面，中国企业目前的SOC芯片设计能力已逐步接轨国际水平，自主开发的CPU已经在高性能计算里得到应用，而存储器也实现了从无到有，自主生产。目前国产嵌入式芯片的出货量已经超过1亿颗。该领域，海思半导体的年销售额已超过10亿美元，另一家企业展讯的销售额也在逐渐接近10亿美元，它们的全球排名都进入了前20；其次，在制造规模上，中国本土企业的能力也在扩大。
“‘十五’期间有武汉的新芯，‘十一五’期间出现了华力微电子，都是集成电路行业里的领军企业。”任爱光说，国内已迅速成长出一批接近世界先进水平的集成电路企业，在芯片制造环节中，中芯国际的全球排名达到第五，华宏宏利也排到了全球第七，装备和材料领域也有企业的年销售收入超过两三亿元。此外，集成电路行业里，我国对于外资的利用也有显著提升，如英特尔就在中国，建立了多个芯片厂，三星公司也在西安投资建设了其海外最大的半导体生产线。从制造水平上看，目前国内芯片企业的量产能力已经达到40纳米，芯片封装的规模和技术能力都已接近国际先进水平，国内最大的封装企业江阴长电已经排名全球第八。同时，产业支撑环节之一的芯片制造装备在“十一五”期间和“十二五”初期的发展也特别快，“很多设备都实现了从无到有，包括刻蚀机和离子注入机原来都没有，现在已进入大生产链，可以批量销售或使用。”
引导持续创新
集成电路产业50多年的发展历史中，经历了PC、网络通信、消费电子三轮大发展阶段，现在，随着移动互联、云计算、物联网、大数据等热点技术的出现，第四轮发展的驱动力业已出现，它将引发技术和产业竞争格局的巨大变化，中国企业需要做好准备。
“原来信息产业基本以Wintel体系为核心，但是现在PC出货量已经下降，移动互联设备的增长达到了百分之六七十，高通的市值也超过了英特尔，这些标志性事件都预示着产业变革的到来。”任爱光说，变革是挑战也是机遇，“如何把更多社会资本及一流人才集中到这个行业应该是政府重点去做的事。”
可以看到，内需市场是我国集成电路产业发展的主要带动力，国内市场占全球市场的一半左右，所以本土企业大多立足国内市场。然而，相较知名国际公司，我国企业还存在差距。如与高通相比，我国500多家设计企业加在一起的收入不过是高通的一半，员工总数却是高通的两倍，这说明我国集成电路产业人均创造价值水平低，高素质人才稀缺。
【关键词】微电子；延伸领域；发展方向
1.引言
微电子技术是随着集成电路，尤其是大规模集成电路发展起来的一门新技术。微电子产业包括系统电路设计，器件物理，工艺技术，材料制备，自动测试及封装等一系列专门的技术的产业。微电子产业发展非常迅速，它已经渗透到了国民经济的各个领域，特别是以集成电路为关键技术的电子战和信息战都要依托于微电子产业。
微电子技术是微电子产业的核心，是在电子电路和系统的超小型化和微型化的过程中逐渐形成和发展起来的。微电子技术也是信息技术的基础和心脏，是当今发展最快的技术之一。近年来，微电子技术已经开始向相关行业渗透，形成新的研究领域。
2.微电子技术概述
2.1 认识微电子
微电子技术的发展水平已经成为衡量一个国家科技进步和综合国力的重要标志之一。因此，学习微电子，认识微电子，使用微电子，发展微电子，是信息社会发展过程中，当代大学生所渴求的一个重要课程。
生活在当代的人们，没有不使用微电子技术产品的，如人们每天随身携带的手机；工作中使用的笔记本电脑，乘坐公交、地铁的IC卡，孩子玩的智能电子玩具，在电视上欣赏从卫星上发来的电视节目等等，这些产品与设备中都有基本的微电子电路。微电子的本领很大，但你要看到它如何工作却相当难，例如有一个像我们头脑中起记忆作用的小硅片―它的名字叫存储器，是电脑的记忆部分，上面有许许多多小单元，它与神经细胞类似，这种小单元工作一次所消耗的能源只有神经元的六十分之一，再例如你手中的电话，将你的话音从空中发射出去并将对方说的话送回来告诉你，就是靠一种叫“射频微电子电路”或叫“微波单片集成电路”进行工作的。它们会将你要表达的信息发送给对方，甚至是通过通信卫星发送到地球上的任何地方。其传递的速度达到300000KM/S，即以光速进行传送，可实现双方及时通信。
“微电子”不是“微型的电子”，其完整的名字应该是“微型电子电路”，微电子技术则是微型电子电路技术。微电子技术对我们社会发展起着重要作用，是使我们的社会高速信息化，并将迅速地把人类带入高度社会化的社会。“信息经济”和“信息社会”是伴随着微电子技术发展所必然产生的。
2.2 微电子技术的基础材料――取之不尽的硅
位于元素周期表第14位的硅是微电子技术的基础材料，硅的优点是工作温度高，可达200摄氏度；二是能在高温下氧化生成二氧化硅薄膜，这种氧化硅薄膜可以用作为杂质扩散的掩护膜，从而能使扩散、光刻等工艺结合起来制成各种结构的电路，而氧化硅层又是一种很好的绝缘体，在集成电路制造中它可以作为电路互联的载体。此外，氧化硅膜还是一种很好的保护膜，它能防止器件工作时受周围环境影响而导致性能退化。第三个优点是受主和施主杂质有几乎相同的扩散系数。这就为硅器件和电路工艺的制作提供了更大的自由度。硅材料的这些优越性能促成了平面工艺的发展，简化了工艺程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大规模集成电路得到了迅猛的发展。
2.3 集成电路的发展过程
20世纪晶体管的发明是整个微电子发展史上一个划时代的突破。从而使得电子学家们开始考虑晶体管的组合与集成问题，制成了固体电路块―集成电路。从此，集成电路迅速从小规模发展到大规模和超大规模集成电路，如图1所示。
图1 集成电路发展示意图
集成电路的分类方法很多，按领域可分为：通用集成电路和专用集成电路；按电路功能可分为：数字集成电路、模拟集成电路和数模混合集成电路；按器件结构可分为：MOS集成电路、双极型集成电路和BiIMOS集成电路；按集成电路集成度可分为：小规模集成电路SSI、中规模集成电路MSI、大规模集成电路LSI、超导规模集成电路VLSI、特大规模集成电路ULSI和巨大规模集成电路CSI。
随着微电子技术的发展，出现了集成电路（IC），集成电路是微电子学的研究对象，其正在向着高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向发展。
2.4 走进人们生活的微电子
IC卡，是现代微电子技术的结晶，是硬件与软件技术的高度结合。存储IC卡也称记忆IC卡，它包括有存储器等微电路芯片而具有数据记忆存储功能。在智能IC卡中必须包括微处理器，它实际上具有微电脑功能，不但具有暂时或永久存储、读取、处理数据的能力，而且还具备其他逻辑处理能力，还具有一定的对外界环境响应、识别和判断处理能力。
IC卡在人们工作生活中无处不在，广泛应用于金融、商贸、保健、安全、通信及管理等多种方面，例如：移动电话卡，付费电视卡，公交卡，地铁卡，电子钱包，识别卡，健康卡，门禁控制卡以及购物卡等等。IC卡几乎可以替代所有类型的支付工具。
随着IC技术的成熟，IC卡的芯片已由最初的存储卡发展到逻辑加密卡装有微控制器的各种智能卡。它们的存储量也愈来愈大，运算功能越来越强，保密性也愈来愈高。在一张卡上赋予身份识别，资料（如电话号码、主要数据、密码等）存储，现金支付等功能已非难事，“手持一卡走遍天下”将会成为现实。
3.微电子技术发展的新领域
微电子技术是电子科学与技术的二级学科。电子信息科学与技术是当代最活跃，渗透力最强的高新技术。由于集成电路对各个产业的强烈渗透，使得微电子出现了一些新领域。
3.1 微机电系统
MEMS（Micro-Electro-Mechanical systems）微机电系统主要由微传感器、微执行器、信号处理电路和控制电路、通信接口和电源等部件组成，主要包括微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分，它融合多种微细加工技术，并将微电子技术和精密机械加工技术、微电子与机械融为一体的系统。是在现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。
当前，常用的制作MEMS器件的技术主要由三种：一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机械制造小机械，再利用小机械制造微机械的方法，可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置，如微型机器人，微型手术台等。第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件，它与传统IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已成为目前MEMS的主流技术，第三种是以德国为代表的LIGA（即光刻，电铸如塑造）技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑造形成深层微结构的方法，人们已利用该技术开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。
MEMS的应用领域十分广泛，在信息技术，航空航天，科学仪器和医疗方面将起到分别采用机械和电子技术所不能实现的作用。
3.2 生物芯片
生物芯片（Bio chip）将微电子技术与生物科学相结合的产物，它以生物科学基础，利用生物体、生物组织或细胞功能，在固体芯片表面构建微分析单元，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞及其他生物组分的正确、快速的检测。目前已有DNA基因检测芯片问世。如Santford和Affymetrize公司制作的DNA芯片包含有600余种DNA基本片段。其制作方法是在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维，不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基本片段。采用施加电场等措施可使一些特殊物质反映出某些基因的特性从而达到检测基因的目的。以DNA芯片为代表的生物工程芯片将微电子与生物技术紧密结合，采用微电子加工技术，在指甲大小的硅片上制作包含多达20万种DNA基本片段的芯片。DNA芯片可在极短的时间内检测或发现遗传基因的变化，对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。生物工程芯片是21世纪微电子领域的一个热点并且具有广阔的应用前景。
3.3 纳米电子技术
在半导体领域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代电子器件，如：高电子迁移晶体管（HEMT），异质结双极晶体管（HBT），低阈值电流量子激光器等。
在半导体超薄层中，主要的量子效应有尺寸效应、隧道效应和干涉效应。这三种效应，已在研制新器件时得到不同程度的应用。
（1）在FET中，采用异质结构，利用电子的量子限定效应，可使施主杂质与电子空间分离，从而消除了杂质散射，获得高电子迁移率，这种晶体管，在低场下有高跨度，工作频率，进入毫米波，有极好的噪声特性。
（2）利用谐振隧道效应制成谐振隧道二极管和晶体管。用于逻辑集成电路，不仅可以减小所需晶体管数目，还有利于实现低功耗和高速化。
（3）制成新型光探测器。在量子阱内，电子可形成多个能级，利用能级间跃迁，可制成红外线探测器。
利用量子线、量子点结构作激光器的有源区，比量子阱激光器更加优越。在量子遂道中，当电子通过隧道结时，隧道势垒两侧的电位差发生变化，如果势垒的静电能量的变化比热能还大，那么就能对下一个电子隧道结起阻碍作用。基于这一原理，可制作放大器件，振荡器件或存储器件。
量子微结构大体分为微细加工和晶体生长两大类。
4.微电子技术的主要研究方向
目前微电子技术正朝着三个方向发展。第一，继续增大晶圆尺寸并缩小特征尺寸。第二，集成电路向系统芯片（system on chip，SOC）方向发展。第三，微电子技术与其他领域相结合将产生新产业和新学科，如微机电系统和生物芯片。随着微电子学与其他学科的交叉日趋深入，相关的新现象，新材料，新器件的探索日益增加，光子集成如光电子集成技术也不断发展，这些研究的不断深入，彼此间的交叉融合，将是未来的研究方向。
参考文献
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关键词:节能;减排;功率半导体
Foundational Technology of Energy-Saving & Emission Reduction ――Power Semiconductor Devices and IC’s
ZHANG Bo
(State key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices,
University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054,China)
Abstract: Power semiconductor devices and IC’s, an important branch of semiconductor technology, are a key and basic technology for energy-saving and emission reduction with the wide spread use of electronics in the consumer, industrial and military sectors. The development,challengeand market of power semiconductor devices are discussed in this paper. The future perspectives and key development areas of power semiconductor devices and IC’s in China are also described.
Keywords: Energy-saving; Emission reduction; Power semiconductor device
1引言
功率半导体芯片包括功率二极管、功率开关器件与功率集成电路。近年来,随着功率MOS技术的迅速发展,功率半导体的应用范围已从传统的工业控制扩展到4C产业(计算机、通信、消费类电子产品和汽车电子),渗透到国民经济与国防建设的各个领域。
功率半导体器件是进行电能处理的半导体产品。在可预见的将来,电能将一直是人类消耗的最大能源,从手机、电视、洗衣机、到高速列车,均离不开电能。无论是水电、核电、火电还是风电,甚至各种电池提供的化学电能,大部分均无法直接使用,75%以上的电能应用需由功率半导体进行变换以后才能供设备使用。每个电子产品均离不开功率半导体器件。使用功率半导体的目的是使用电能更高效、更节能、更环保并给使用者提供更多的方便。如通过变频来调速,使变频空调在节能70%的同时,更安静、让人更舒适。手机的功能越来越多,同时更加轻巧,很大程度上得益于超大规模集成电路的发展和功率半导体的进步。同时,人们希望一次充电后有更长的使用时间,在电池没有革命性进步以前,需要更高性能的功率半导体器件进行高效的电源管理。正是由于功率半导体能将 ‘粗电’变为‘精电’,因此它是节能减排的基础技术和核心技术。
随着绿色环保在国际上的确立与推进,功率半导体的发展应用前景更加广阔。据国际权威机构预测,2011年功率半导体在中国市场的销售量将占全球的50%,接近200亿美元。与微处理器、存储器等数字集成半导体相比,功率半导体不追求特征尺寸的快速缩小,它的产品寿命周期可为几年甚至十几年。同时,功率半导体也不要求最先进的生产工艺,其生产线成本远低于Moore定律制约下的超大规模集成电路。因此,功率半导体非常适合我国的产业现状以及我国能源紧张和构建和谐社会的国情。
目前,国内功率半导体高端产品与国际大公司相比还存在很大差距,高端器件的进口替代才刚刚开始。因此国内半导体企业在提升工艺水平的同时,应不断提高国内功率半导体技术的创新力度和产品性能,以满足高端市场的需求,促进功率半导体市场的健康发展以及国内电子信息产业的技术进步与产业升级。
2需求分析
消费电子、工业控制、照明等传统领域市场需求的稳定增长,以及汽车电子产品逐渐增加,通信和电子玩具市场的火爆,都使功率半导体市场继续保持稳步的增长速度。同时,高效节能、保护环境已成为当今全世界的共识,提高效率与减小待机功耗已成为消费电子与家电产品的两个非常关键的指标。中国目前已经开始针对某些产品提出能效要求,对冰箱、空调、洗衣机等产品进行了能效标识,这些提高能效的要求又成为功率半导体迅速发展的另一个重要驱动力。
根据CCID的统计,从2004年到2008年,中国功率器件市场复合增长率达到17.0%,2008年中国功率器件市场规模达到828亿元,在严重的金融危机下仍然同比增长7.8%,预计未来几年的增长将保持在10%左右。随着整机产品更加重视节能、高效,电源管理IC、功率驱动IC、MOSFET和IGBT仍是未来功率半导体市场中的发展亮点。
在政策方面,国家中长期重大发展规划、重大科技专项、国家863计划、973计划、国家自然科学基金等都明确提出要加快集成电路、软件、关键元器件等重点产业的发展,在国家刚刚出台的“电子信息产业调整和振兴规划”中,强调着重从集成电路和新型元器件技术的基础研究方面开展系统深入的研究,为我国信息产业的跨越式发展奠定坚实的理论和技术基础。在国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)中明确提出,功率器件及模块技术、半导体功率器件技术、电力电子技术是未来5～15年15个重点领域发展的重点技术。在目前国家重大科技专项的“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”和“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”两个专项中,也将大屏幕PDP驱动集成电路产业化、数字辅助功率集成技术研究、0.13微米SOI通用CMOS与高压工艺开发与产业化等功率半导体相关课题列入支持计划。在国家973计划和国家自然科学基金重点和重大项目中,属于功率半导体领域的宽禁带半导体材料与器件的基础研究一直是受到大力支持的研究方向。
总体而言,从功率半导体的市场需求和国家政策分析来看,我国功率半导体的发展呈现以下三个方面的趋势:① 硅基功率器件以实现高端产品的产业化为发展目标;② 高压集成工艺和功率IC以应用研究为主导方向;③ 第三代宽禁带半导体功率器件、系统功率集成芯片PSoC以基础研究为重点。
3功率半导体技术发展趋势
四十多年来,半导体技术沿着“摩尔定律”的路线不断缩小芯片特征尺寸。然而目前国际半导体技术已经发展到一个瓶颈:随着线宽的越来越小,制造成本成指数上升;而且随着线宽接近纳米尺度,量子效应越来越明显,同时芯片的泄漏电流也越来越大。因此半导体技术的发展必须考虑“后摩尔时代”问题,2005年国际半导体技术发展路线图(The International Technology Roadmap for Semiconductors,ITRS)就提出了另外一条半导体技术发展路线,即“More than Moore-超摩尔定律”, 如图1所示。
从路线图可以清楚看到,未来半导体技术主要沿着“More Moore”与“More Than Moore”两个维度的方向不断发展,同时又交叉融合,最终以3D集成的形式得到价值优先的多功能集成系统。“More Moore”是指继续遵循Moore定律,芯片特征尺寸不断缩小(Scaling down),以满足处理器和内存对增加性能/容量和降低价格的要求。这种缩小除了包括在晶圆水平和垂直方向上的几何特征尺寸的继续缩小,还包括与此关联的三维结构改善等非几何学工艺技术和新材料的运用等。而“More Than Moore”强调功能多样化,更注重所做器件除了运算和存储之外的新功能,如各种传感功能、通讯功能、高压功能等,以给最终用户提供更多的附加价值。以价值优先和功能多样化为目的的“More Than Moore”不强调缩小特征尺寸,但注重系统集成,在增加功能的同时,将系统组件级向更小型、更可靠的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。日本Rohm公司提出的“Si+α”集成技术即是“More Than Moore”思想的一种实现方式,它是以硅材料为基础的,跨领域(包括电子、光学、力学、热学、生物、医药等等)的复合型集成技术,其核心理念是电性能(“Si”)与光、力、热、磁、生化(“α”)性能的组合,包括:显示器/发光体(LCD、EL、LD、LED)+LSI的组合感光体、(PD、CCD、CMOS传感器)+LSI的形式、MEMS/生化(传感器、传动器)+LSI等的结合。
在功能多样化的“More Than Moore”领域,功率半导体是其重要组成部分。虽然在不同应用领域,对功率半导体技术的要求有所不同,但从其发展趋势来看,功率半导体技术的目标始终是提高功率集成密度,减少功率损耗。因此功率半导体技术研发的重点是围绕提高效率、增加功能、减小体积,不断发展新的器件理论和结构,促进各种新型器件的发明和应用。下面我们对功率半导体技术的功率半导体器件、功率集成电路和功率系统集成三个方面的发展趋势进行梳理和分析。
1) 功率半导体(分立)器件
功率半导体(分立)器件国内也称为电力电子器件,包括:功率二极管、功率MOSFET以及IGBT等。为了使现有功率半导体(分立)器件能适应市场需求的快速变化,需要大量融合超大规模集成电路制造工艺,不断改进材料性能或开发新的应用材料、继续优化完善结构设计、制造工艺和封装技术等,提高器件功率集成密度,减少功率损耗。目前,国际上在功率半导体(分立)器件领域的热点研究方向主要为器件新结构和器件新材料。
在器件新结构方面,超结(Super-Junction)概念的提出,打破了传统功率MOS器件理论极限,即击穿电压与比导通电阻2.5次方关系,被国际上誉为“功率MOS器件领域里程碑”。超结结构已经成为半导体功率器件发展的一个重要方向,目前国际上多家半导体厂商,如Infineon、IR、Toshiba等都在采用该技术生产低功耗MOS器件。对于IGBT器件,其功率损耗和结构发展如图2所示。从图中可以看到,基于薄片加工工艺的场阻(Field Stop)结构是高压IGBT的主流工艺;相比于平面结结构(Planar),槽栅结构(Trench)IGBT能够获得更好的器件优值,同时通过IGBT的版图和栅极优化,还可以进一步提高器件的抗雪崩能力、减小终端电容和抑制EMI特性。
功率半导体(分立)器件发展的另外一个重要方向是新材料技术,如以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料。宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、临界击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、抗辐射能力强等特点,是高压、高温、高频、大功率应用场合下极为理想的半导体材料。宽禁带半导体SiC和GaN功率器件技术是一项战略性的高新技术,具有极其重要的军用和民用价值,因此得到国内外众多半导体公司和研究结构的广泛关注和深入研究,成为国际上新材料、微电子和光电子领域的研究热点。
2) 功率集成电路(PIC)
功率集成电路是指将高压功率器件与信号处理系统及接口电路、保护电路、检测诊断电路等集成在同一芯片的集成电路,又称为智能功率集成电路(SPIC)。智能功率集成作为现代功率电子技术的核心技术之一,随着微电子技术的发展,一方面向高压高功率集成(包括基于单晶材料、外延材料和SOI材料的高压集成技术)发展,同时也向集成更多的控制(包括时序逻辑、DSP及其固化算法等)和保护电路的高密度功率集成发展,以实现功能更强的智能控制能力。
3)功率系统集成
功率系统集成技术在向低功耗高密度功率集成技术发展的同时,也逐渐进入传统SoC和CPU、DSP等领域。目前,SoC的低功耗问题已经成为制约其发展的瓶颈,研发新的功率集成技术是解决系统低功耗的重要途径,同时,随着线宽的进一步缩小,内核电压降低,对电源系统提出了更高要求。为了在标准CMOS工艺下实现包括功率管理的低功耗SoC,功率管理单元需要借助数字辅助的手段,即数字辅助功率集成技术(Digitally Assisted Power Integration,DAPI)。DAPI技术是近几年数字辅助模拟设计在功率集成方面的深化与应用,即采用更多数字的手段,辅助常规的模拟范畴的集成电路在更小线宽的先进工艺线上得到更好性能的电路。
4我国功率半导体发展现状、
问题及发展建议
在中国半导体行业中,功率半导体器件的作用长期以来都没有引起人们足够的重视,发展速度滞后于大规模集成电路。国内功率半导体器件厂商的主要产品还是以硅基二极管、三极管和晶闸管为主,目前国际功率半导体器件的主流产品功率MOS器件只是近年才有所涉及,且最先进的超结低功耗功率MOS尚无法生产,另一主流产品IGBT尚处于研发阶段。宽禁带半导体器件主要以微波功率器件(SiC MESFET和GaN HEMT)为主,尚未有针对市场应用的宽禁带半导体功率器件(电力电子器件)的产品研发。目前市场热点的高压BCD集成技术虽然引起了从功率半导体器件IDM厂家到集成电路代工厂的高度关注,但目前尚未有成熟稳定的高压BCD工艺平台可供高性能智能功率集成电路的批量生产。
由于高性能功率半导体器件技术含量高,制造难度大,目前国内生产技术与国外先进水平存在较大差距,很多中高端功率半导体器件必须依赖进口。技术差距主要表现在:(1)产品落后。国外以功率MOS为代表的新型功率半导体器件已经占据主要市场,而国内功率器件生产还以传统双极器件为主,功率MOS以平面工艺的VDMOS为主,缺乏高元胞密度、低功耗、高器件优值的功率MOS器件产品,国际上热门的以超结(Super junction)为基础的低功耗MOS器件国内尚处于研发阶段;IGBT只能研发基于穿通型PT工艺的600V产品或者NPT型1200V低端产品,远远落后于国际水平。(2)工艺技术水平较低。功率半导体分立器件的生产,国内大部分厂商仍采用IDM方式,采用自身微米级工艺线,主流技术水平和国际水平相差至少2代以上,产品以中低端为主。但近年来随着集成电路的迅速发展,国内半导体工艺条件已大大改善,已拥有进行一些高端产品如槽栅功率MOS、IGBT甚至超结器件的生产能力。(3)高端人才资源匮乏,尤其是高端设计人才和工艺开发人才非常缺乏。现有研发人员的设计水平有待提高,特别是具有国际化视野的高端设计人才非常缺乏。(4)国内市场前十大厂商中无一本土厂商,半导体功率器件产业仍处在国际产业链分工的中低端,对于附加值高的产品如IGBT、AC-DC功率集成电路,现阶段国内仅有封装能力,不但附加值极低,还形成了持续的技术依赖。
笔者认为,功率半导体是最适合中国发展的半导体产业,相对于超大规模集成电路而言,其资金投入较低,产品周期较长,市场关联度更高,且还没有形成如英特尔和三星那样的垄断企业。但中国功率半导体的发展必须改变目前封装强于芯片、芯片强于设计的局面,应大力发展设计技术,以市场带动设计、以设计促进芯片,以芯片壮大产业。
功率半导体芯片不同于以数字集成电路为基础的超大规模集成电路,功率半导体芯片属于模拟器件的范畴。功率器件和功率集成电路的设计与工艺制造密切相关,因此国际上著名的功率器件和功率集成电路提供商均属于IDM企业。但随着代工线的迅速发展,国内如华虹NEC、成芯8英寸线、无锡华润上华6英寸线均提供功率半导体器件的代工服务,并正积极开发高压功率集成电路制造平台。功率半导体生产企业也应借鉴集成电路设计公司的成功经验,成立独立的功率半导体器件设计公司,充分利用代工线先进的制造手段,依托自身的销售网络,生产高附加值的高端功率半导体器件产品。
设计弱于芯片的局面起源于设计力量的薄弱。虽然国内一些功率半导体生产企业新近建设了6英寸功率半导体器件生产线,但生产能力还远未达到设计要求。笔者认为其中的关键是技术人员特别是具有国际视野和丰富生产经验的高级人才的不足。企业应加强技术人才的培养与引进,积极开展产学研协作,以雄厚的技术实力支撑企业的发展。
我国功率半导体行业的发展最终还应依靠功率半导体IDM企业,在目前自身生产条件落后于国际先进水平的状况下,IDM企业不能局限于自身产品线的生产能力,应充分依托国内功率半导体器件庞大的市场空间,用技术去开拓市场,逐渐从替代产品向产品创新、牵引整机发展转变;大力发展设计能力,一方面依靠自身工艺线进行生产,加强技术改造和具有自身工艺特色的产品创新,另一方面借用先进代工线的生产能力,壮大自身产品线,加速企业发展。
5结束语
总之,功率半导体技术自新型功率MOS器件问世以来得到长足进展,已深入到工业生产与人民生活的各个方面。与国外相比,我国在功率半导体技术方面的研究存在着一定差距,但同时日益走向成熟。总体而言,功率半导体的趋势正朝着提高效率、多功能、集成化以及智能化、系统化方向发展;伴随制造技术已进入深亚微米时代,新结构、新工艺硅基功率器件正不断出现并逼近硅材料的理论极限,以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体器件也正不断走向成熟。
我国拥有国际上最大的功率半导体市场,拥有迅速发展的半导体代工线,拥有国际上最大规模的人才培养能力,但中国功率半导体的发展必须改变目前封装强于芯片、芯片强于设计的局面。功率半导体行业应加强技术力量的引进和培养,大力发展设计技术,以市场带动设计、以设计促进芯片,以芯片壮大产业。
石家庄十三所是国企事业单位，石家庄十三所就是中国电子科技集团公司第十三研究所，于1956年建于北京，1963年迁至石家庄。十三所是我国成立早、规模大、技术力量雄厚、专业结构配套的综合性微电子研究所，是国家首批“微电子学与固体电子学”专业工学硕士学位授予单位。
十三所科学研究涉及的专业领域主要包括，微波和毫米波半导体器件及集成电路、砷化镓超高速集成电路、新型光电子器件及集成电路、微波通讯及光纤通讯部件和整机、微电子机械系统、新型电力电子器件及模块、半导体专用设备开发、计算机应用研究及开发等。
十三所的宗旨是以高技术研究为先导，以高技术产品为核心，促进高新技术产业的发展。建所四十余年来，已取得2000多项科研成果，十三所实力雄厚，经济收益良好，有较强的科研、开发能力，生活设施较为完备，环境优美，交通便利，通讯发达，国内外信息交流方便。
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【关键词】微电子技术 电路芯片 发展前进
一、引言
微电子学是研究微型电路、系统的电子学的分支，其主要研究方向是离子或者电子在固体材料中的应用，并通过它来实现信号处理功能的科学[1]。如今微电子技术在电子学、化学、物理学、机械加工等一系列都广泛的应用，其最主要的特征就是实现了电子器件的微型化，做到了核心电路系统的集成。
二、微电子技术的定义以及影响
（一）微电子技术的定义。微电子技术是在本世纪六十年代随着集成电路（IC）而诞生的一门新的电子技术，尤其是在一些大规模的集成电路发展当中表现的尤为突出，其中微电子技术包含了器件物理设计、系统电路设计、材料制备、工艺技术等一系列专门的技术，简单来讲微电子技术就是指微电子学中的各项工艺技术的总和，是1947年在晶体管的基础上慢慢发展起来的。
（二）微电子的影响。当今社会科学技术的发展速度是日益飞涨，在这强大的发展阵势当中影响最大、其最具有代表性的就是微电子技术的发展。微电子技术作为目前电子信息发展的基础核心，其对生活、通讯技术、网络技术以及计算机技术等等产业的发展都具有直接性的影响。
1.微电子对我国未来发展的主要影响。微电子技术的不断开发利用引起了世界电子行业的新革命，在微电子的技术的指导之下，使得我国的电子行业的发展变得突飞猛进，从而最大限度的满足了市场人民的生活需要。
2.微电子技术对人类生活的影响。微电子技术开发使得信息的放大、获取、储存、传输、处理等等变得方面，外加微电子器件的大量发展使得我们MEMS系统以及器件都具有体积小、功耗低等等特点方便了人类的日常生活。
二、当前微电子技术发展所面临的限制
微电子技术在电子行业的发展主要表现在集成电路芯片的制造方向。随着微电子技术的不断更新，所制造出的各种高纯度单晶硅片逐渐被投入电子行业，加速了电子行业的发展，在IC芯片的容量方面也提到了很大的改善。但是根据摩尔定律的预言，微电子技术的在电子行业发展方面还是面临着极大的挑战，这要挑战主要可以归纳成以下四个方面。
（一）物理规律限制。微电子技术发展的基础是硅基互补金属氧化物半导体（CMOS），而集成电路性能的提高是通过电源电压以及器件合理缩小来实现的。但是对于集成电路的缩小并不是无极限的缩小，而是受到了电源电压、氧化层厚度以及器件沟道长度的影响。在目前的集成电路当中无法通过物理学来克服这些电子、离子的反物理规律运行，从而很大程度上阻碍了电子技术发展[2]。
（二）材料限制。决定微电子材料性质的参数主要有载流子的迁移率μ、介电常数ε、击穿电场强度Ec、载流子的饱和速度vs、热导系数K等，目前世界上微电子技术所用的主要材料都是硅，而硅的这些性质使得微电子技术在集成电路的高度集成时就容易受到限制，影响微型化的进步发展。
（三）工艺技术限制。微电子工艺技术主要针对的是微电子应用制作，主要包括了微细线条加工以及高质量薄膜的离子注入控制。其工艺的主要挑战就是光刻设备的利用。虽然按照摩尔定律的发展光刻设备已经从1微米推进到了0.05微米，但是如果还想进一步的微化光刻设备基本是不可能。
（四）半导体的限制。半导体是在常温的状态下介于导体和绝缘体之间的材料，其也是电业行业采用的一种工艺材料，其中微电子技术在半导体材料中由于受到材料性质的各参数影响，致使了微电子技术面临着沟道杂质涨落的限制、半导体模拟与模型的限制以及强电场影响和氧化层等方面的限制，使得微电子技术在设计仿真的工艺当中，面临着各方面的限制。
三、微电子技术的发展前景
根绝微电子技术在电子行业发展中所遇到的限制问题，研究人员必须通过新的方法寻找到新的解决途径，并且通过在基本的物理规律上综合其他学科创新出新的产品，以帮助微电子技术的发展，从而进一步维持摩尔定律。
（一）碳纳米管。为了克服越发困难的硅工艺技术，研究人员开始才材料着手，寻找到一种能够代替硅的材料，来集成电路当中线宽缩小的问题。经过多年的研究碳纳米管制成的晶体管在2001年终于出现了，其大量的应用到了电子生产行业当中。纳米材料打破了硅性质参数的限制，提高了电路当中的信号强度，推动了微电子技术的发展。
（二）塑料半导体技术。塑料半导体是微电子技术与化学有机的结合，它和硅半导体晶体管不一样，塑料半导体是用塑料制作成晶体管，这种晶体管可以采用精密的喷墨技术以及印刷技术，在很短的时间内就可以完成一个作品的制作。
四、微电子技术在电子行业发展的重点
随着市场经济的调控以及电子产品消费的需求使得目前电子业的发展逐渐从传统的生产模式转向了高速率、大容量、低消耗、移动化、多元化等多功能的生产模式，从而也导致了电子行业所需的电路要求也越来越高，传统的IC设计已经无法再满足电子产品的生产需要。正是因为在这种市场需求的推动之下，IC设计工艺水平也逐渐得到了提升。微电子技术的开发只有把握住了整个行业生产发展的重点，制作出的各式产品也越来越多，才可提升了整个行业的发展速率。
五、结束语
微电子技术一门渗透性很强的技术，通过近几年的发展不仅和电子学、化学、物理、生物、计算机等学科有机的结合成了一体，给人类的发展生活提供了良好的物质基础，而对于电子行业来讲，应该时刻把握住集成电路高速率、大容量、高密度等多功能的发展方向，利用微电子技术的不断进行创新[3]。
参考文献：
[1]晏博武；张兆春.微电子技术发展和展望[A].舰船电子工程.2009，（5）：7―9
