集成電路技術已經進入納米時代,世界上多條90nm/12英寸的生產線已進入規模化生產;65nm的生產技術已經基本成型,采用65nm技術的產品已經出產。
集成電路設計技術中,EDA工具已成為必備基礎手段,一系列設計方法學的研究成果在其中得以體現并在產品設計過程中發揮作用,IP核復用技術已被廣泛應用,相關產業即將成熟,系統級芯片(SOC)的設計思想在實際應用中得到廣泛應用,并處于逐漸豐富和完善之中:芯片制造技術得益于光刻技術、SOI(Silicon on Insulator)技術、銅互連等技術的突破,目前已經達到90nm的水平并且正向65nm工藝節點前進I封裝技術中,封裝形式的主流已經轉變,新型封裝技術的應用正在增多,以Sp(System in Package)封裝為代表的下一代封裝形式已經出現,封裝與組裝的界限已經變得模糊:測試技術從相關領域中的分離已經成為定局,測試系統向高速、多管腳、多器件并行同測、SOC測試的方向發展明確。
集成電路設計技術
隨著工藝技術水平的不斷提高,早期的人工設計已逐步被計算機輔助設計(CAD)所取代,目前已進入超超大規模集成電路設計和SOC設計階段。在集成電路設計技術中最重要的設計方法、EDA工具及IP核三個方面都有新的發展:
半定制正向設計成為世界集成電路設計的主流技術,而全定制一般應用在CPU(Central ProcessUnit)等設計要求較高的產品中,逆向設計多應用于特定的集成電路設計過程中,當今世界領先的EDA工具基本掌握在世界專業EDA公司手中,如益華計算機(Cadence)、新思科技(Synopsys)、明導科技(Mentor Graphics)和近年發展迅猛的邁格瑪(Magma),它們的世界市場占有率高達60%以上,世界上IP專營公司日見增多,目前自主開發和經營IP核的公司有英國的ARM和美國的DeSOC等,世界IP核產業已經初具規模。
在我國,近年來集成電路設計業得到了長足發展,大唐微電子、杭州士蘭、珠海炬力、華大等專業設計公司已經嶄露頭角,年銷售額已經達到幾億元人民幣。其設計能力達到0.25-0.18μm,高端設計達到0.13μm。我國集成電路設計已從逆向設計過渡到正向設計,全定制的設計方法也在某些電路設計中得到體現。但值得指出的是,我國集成電路設計公司基本上都是依賴國際先進的設計工具。
在EDA工具方面,華大集成電路設計中心足我國大陸唯一研發EDA工具的科研機構。該設計中心已經成功開發出全套EDA工具軟件包——熊貓九天系列(Zeni系列)。雖然我國在EDA工具研發方面取得了一定的成績,但產品仍未達到普及的水平,還不能與世界頂尖廠家在高層次、高水平上競爭。
在IP核方面,我國IP核技術的發展相對落后,研發總量不大,未能形成規模市場,而且還存在著接口標準不統一、復用機制不健全以及知識產權保護力度不夠等問題,加之國際大型IP公司紛紛以各種合作的方式向國內企業以低價甚至免費方式授權使用其IP核產品,對我國IP核產品的市場化形成非常大的阻力。
集成電路芯片制造技術
當前,國際先進的集成電路芯片加工水平已經進入90nm/12英寸,而且正向65nm水平前進,65nm以下設備已逐步進入實用,45~22nm設備和技術正在開發當中。在芯片制造技術領域的一個顯著特點是,集成電路工藝與設備的結合更為緊密,芯片制造共性工藝技術的開發越來越多地由設備制造商來承擔。目前,設備制造商的職責已經從單純地提供硬件設備轉變為既要提供硬件設備又要提供軟件(含工藝菜單)、工藝控制及工藝集成等服務的總體解決方案,芯片制造技術越來越多地融入設備之中。
我國集成電路芯片制造技術水平與世界先進水平相差巨大。近年在全球市場興旺發展大潮的帶動下,我國集成電路產業投資加大,國際合作的大環境促進了產業從境外向我國大陸轉移,中芯國際、上海華虹NEC等大型芯片制造企業已經具備大規模集成電路的生產能力。目前,我國8英寸晶片制造產能快速擴充,主流制造工藝水平為0.18μm。
雖然我國集成電路芯片制造業近年來大規模發展,但不容忽視的是,生產過程中所用到的設備基本都是從國外進口。以光刻機為例,我國集成電路生產線中的光刻機基本都足從歐美和日本進口,尤其是0.5μm以下的光刻機百分之百都來自國外。可喜的是,在“十五”計劃期間,國家安排了集成電路專用設備重大科研專項,包括100nm分辨率集成電路光刻機、等離子刻蝕機和大傾角離子注入機,目前相關設備的研究已經取得成果,等離子刻蝕機、大角度離子注入機已完成項目驗收,并被中芯國際批量采購。
集成電路封裝技術
集成電路封裝技術的發展主要體現在封裝方式上。最早的集成電路封裝技術起源于半導體器件封裝技術,封裝方式足TO型(禮帽型)金屬殼和扁平長方形陶瓷殼,時至今日,封裝方式已經發展到幾大類和若干小類,包括:(1)直插式:單列直插(SIP)、雙列直插式(DIP),(2)引線芯片載體:引線陶瓷芯片載體(LCCC)、塑料有引線芯片載體(PLCC),(3)四方型扁平封裝(QFP):薄型QFP(TQFP)等,(4)小外形封裝(SOP):J型引腳小外型封裝(SOJ)、薄小外形封裝(TSOP)等,(5)陣列式封裝:針柵陣列(PGA)、球柵陣列(BGA)、柱柵陣列(CGA)等。
進入21世紀以來,新型的封裝方式不斷出現,其中以芯片級封裝(Chip Si*********ePackage,CSP)、多芯片/三維立體封裝(MultiChipPackaging,MCP/3D Packaging,3D)、晶片級封裝(Wafer LevelPackaging,WLP)等幾項新型封裝技術最為引人矚目,這幾種新型的封裝方式代表著當今封裝技術的最先進水平。CSP是一種封裝體尺寸最接近裸芯片尺寸的小型封裝,目前CSP技術已趨于成熟,被眾多的產品所選用。WLP技術是在芯片制造工序完成后,直接對晶片利用半導體工藝進行后續封裝,而后再切割分離成單個器件。使用這種封裝方式,可以提供相當于芯片尺寸大小的小型組件。三維立體封裝是指在垂直于芯片表面的方向上堆疊、互連兩片以上裸芯片的封裝方式,其空間占用小,電性能穩定。目前,采用三、四或五層裸芯片構成的堆疊式存儲器產品已經出現。除此之外,諸如系統級封裝(System in Package,SIP)等下一代封裝技術也由專家和研發機構提出,相關的基礎研究已經開展。每一代封裝技術的產生和推廣,均有相應的加工設備作支撐,目前國際上各類先進封裝設備在封裝方式、封裝速度和封裝可靠性等方面均可滿足大規模、快變化的工業生產需要,而且大有向專業設備寡頭化發展的趨勢。
近些年來,我國在集成電路封裝設備方面的開發和設備國產化方面有了一定的進展,典型設備包括;銅陵三佳公司研制的集成電路塑封模具、塑封壓機,振華集團建新分公司研制的塑封壓機,中電集團45所研制的全自動引線鍵合機和全自動芯片鍵合機等。經過多年的努力,國內一些單位在某些單臺集成電路專用設備研發上填補了我國在封裝設備領域的空白,但無論從設備先進性和整體規模方面,距離滿足大工業化生產的要求還有很大的差距,距離世界先進設備的水平,相差更遠,而且國內封裝技術發展速度明顯變緩。我國國內的集成電路封裝大廠基本是合資或獨資企業,所擁有的封裝技術基本來自國外。
集成電路測試技術
測試技術的進步主要體現在測試設備的發展上,測試設備從測試小規模集成電路發展到測試中規模、大規模和超大規模集成電路,設備水平從測試儀發展到大規模測試系統。現今測試系統已向高速、多管腳、多器件并行同測和SOC測試的方向發展。世界先進的測試設備技術,基本掌握在美國、日本等專業測試設備生產廠家手中,如美國泰瑞達(TERADYNE)、安捷倫(AgilentTechnologies)公司、日本愛德萬測試(ADVANTEST)公司等。
國產集成電路測試設備雖有一定的發展,但與國際水平相比仍存在較大差距。市場上各種型號國產測試儀,中小規模占80%,只有少數采用計算機輔助測試的設備可稱之為測試系統,但由于價格、可靠性、實用性等因素導致沒有實用化。在大規模集成電路測試系統方面一片空白,國內所用的設備,完全是隨生產線一起引進。
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