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集成电路发展的关键路径有哪些?

👁 1855 Tags:异构集成Chiplet架构技术芯片封装清洗

一、技术研发路径

(一)制程工艺的演进

集成电路的制程工艺不断朝着更小的尺寸发展,这是提升芯片性能、降低功耗和提高集成度的关键。从早期的微米级制程逐步发展到如今的纳米级制程,如从110nm、90nm、45nm、28nm一路演进至14nm等,未来还将向1nm节点发展。每一次制程工艺的突破都需要在光刻技术、刻蚀技术、掺杂技术等方面进行创新。例如光刻技术,它是将电路图案转移到硅片上的关键技术,其发展涉及到精密机械、光学、材料科学及控制技术等多个学科领域的协同进步。随着制程的缩小,对光刻设备的分辨率、对准精度等要求越来越高,这推动着光刻技术不断升级,从传统的光刻技术发展到极紫外光刻(EUV)等先进光刻技术。这种制程工艺的演进路径为集成电路在单位面积上集成更多的晶体管提供了可能,从而实现计算密度、存储密度、连接密度的不断提高,满足日益增长的高性能计算、人工智能等领域的需求。

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(二)新材料的探索与应用

传统的硅基材料在集成电路发展到一定阶段后可能面临物理极限的挑战,因此探索和应用新材料成为关键路径之一。例如,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料在功率器件领域具有很大的优势,它们能够承受更高的电压、电流和温度,具有更低的导通电阻,在新能源汽车、5G通信、电力电子等领域有着广泛的应用前景。此外,二维材料如石墨烯也备受关注,石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能,有可能为集成电路带来新的性能提升,例如更高的电子迁移率等。还有一些新型的存储材料,如磁随机存储器(MRAM)所使用的磁性材料,相比传统的存储材料在读写速度、非易失性等方面具有独特的优势,这些新材料的研发和应用有助于突破传统材料的局限,推动集成电路向更高性能发展。

(三)架构创新

特定领域架构(DSA)和异构集成Chiplet架构技术等是当前集成电路架构创新的重要方向。DSA是针对特定应用领域(如人工智能、图像处理等)进行优化的架构,能够提高特定任务的计算效率。例如,在人工智能领域,专门为神经网络计算设计的架构可以大幅提高深度学习算法的运行速度。Chiplet架构则是将不同功能的小芯片(Chiplets)通过先进的封装技术集成在一起,这种架构可以提高芯片的设计灵活性,降低设计成本,同时也有利于提高芯片的性能和可靠性。不同功能的Chiplets可以采用最适合其功能的制程工艺进行制造,然后再集成,克服了单一大型芯片在制程工艺、成本和良率等方面的挑战,为集成电路的发展提供了新的架构思路,满足多样化的应用需求。

二、产业发展路径

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(一)全产业链协同发展

集成电路产业具有高度全球化和分工精细化的特点,全产业链协同发展至关重要。从上游的材料、设备供应,到中游的芯片设计、制造,再到下游的封装测试,各个环节相互依存、相互影响。例如,在芯片制造过程中,需要使用到大量的半导体设备(如光刻机、刻蚀机等)和材料(如硅片、光刻胶等),如果上游的设备和材料供应不足或技术水平落后,将直接影响芯片制造的产能和质量。同时,芯片设计需要考虑制造工艺的可行性和封装测试的要求,而封装测试则要根据芯片的设计和制造特点进行优化。只有全产业链各环节协同创新、协同发展,才能提升整个集成电路产业的竞争力。近年来,随着国际竞争的加剧,国内也在不断加强全产业链的布局,提高产业链的自主可控能力,从原材料的国产化替代到高端芯片制造技术的突破,再到封装测试技术的提升,全产业链协同发展成为集成电路发展的必然路径。

(二)产学研用合作

产学研用合作是集成电路发展的有效路径之一。高校和科研机构在基础研究、前沿技术研发等方面具有优势,能够为集成电路产业提供技术储备和创新源泉。例如,高校可以开展半导体物理、材料科学、电路设计等相关学科的基础研究,培养大量的专业人才。科研机构则可以聚焦于一些关键技术的攻关,如国家重点实验室在光刻技术、新型半导体材料等方面的研究。企业则在产业化应用、市场需求把握等方面具有优势,能够将科研成果转化为实际的产品推向市场。通过产学研用的紧密合作,可以加速技术创新成果的转化,提高集成电路产业的技术水平。例如,一些企业与高校合作成立联合实验室或研发中心,共同开展项目研究,高校提供科研人员和研究设施,企业提供资金和市场需求导向,实现资源共享和优势互补,推动集成电路产业的发展。

(三)国际合作与竞争并存

在全球化背景下,集成电路产业既面临着激烈的国际竞争,也需要积极开展国际合作。一方面,各国都在争夺集成电路产业的制高点,美国、韩国、日本等国家在集成电路技术、市场等方面具有很强的竞争力,通过制定相关政策(如美国的《芯片法案》)来保护本国产业、限制竞争对手。中国的集成电路产业在发展过程中也受到一些国际限制,如美国及其盟友对我国出口半导体制造设备实施严格的出口管制。另一方面,国际合作也是集成电路产业发展的必然选择。集成电路产业的全球化分工使得各国在产业链上相互依存,例如,荷兰的ASML公司在光刻机领域具有全球领先地位,其产品供应全球多个国家的芯片制造企业。中国也在积极开展国际合作,吸引外资、引进技术、参与国际标准制定等,在国际竞争与合作中不断提升自身的集成电路产业水平,拓展国际市场份额,实现产业的可持续发展。

 

芯片封装清洗介绍

·          研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

·         水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

·         污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

·         这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。

·          运用自身原创的产品技术,满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求,打破国外厂商在行业中的垄断地位,为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

 

 


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