微系統(tǒng)技術

首先，“微系統(tǒng)集成”（Integrated Microsystems，IMS）是由美國國防高級研究計劃局(DARPA)提出并且定義為在微電子、微機械、微光學等基礎上把傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行器和信號處理器等集成在一起的具有一種或多種功能的裝置。如圖1所示

圖1.1 微系統(tǒng)集成技術構成

所以以微電子、光電子、微機電系統(tǒng)(MEMS)為基礎，結合體系架構和算法，運用微納系統(tǒng)工程方法，將傳感、通信、處理、執(zhí)行、微能源等功能單元，在微納尺度上采用異構、異質(zhì)等方法集成在一起的微型系統(tǒng)。微系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單一或多類用途的綜合性功能。它比目前的SoC（System on chip），SiP（System in Package）及各種三維3D集成的混合集成電路，功能模塊具有更高的集成水平和更強的功能。

微系統(tǒng)是包含至少一個傳感單元、一個處理控制單元、一個信號輸出單元組成具有一定反饋功能模塊。如下圖的微系統(tǒng)組成。

圖1.2 微系統(tǒng)組成

圖1.3 摩爾定律發(fā)展與微系統(tǒng)技術

集成電路IC的特征尺寸已經(jīng)縮小到納米尺度，三星實現(xiàn)了3nm芯片量產(chǎn)，IBM已經(jīng)發(fā)布了2nm芯片，臺積電已經(jīng)在1nm芯片上實現(xiàn)了突破性技術研發(fā)。一個系統(tǒng)集成芯片SoC可以包含幾十億只晶體管，構成功能復雜的電子系統(tǒng)。先進的5nm芯片已經(jīng)用到手機上面。

遵守摩爾定律的集成電路芯片發(fā)展是否已經(jīng)到極限還不能下肯定的結論。也許到了1nm后還有0.7nm、0.5nm、0.3nm技術出現(xiàn)。但是隨著集成度的提高，芯片開發(fā)周期、工藝提升難度和制造成本都在迅速增長。如圖2所示，采用系統(tǒng)集成與SiP、3D集成封裝技術開辟了新的途徑。系統(tǒng)集成將復雜的芯片通過特殊的異質(zhì)封裝技術把多種多樣的其他功能器件和集成電路系統(tǒng)（SoC）芯片集成到一起，可以構成功能更強，容量更大的系統(tǒng)。使得開發(fā)更為快捷和經(jīng)濟。

從系統(tǒng)的角度看，系統(tǒng)封裝包括了芯片級封裝（或稱為零級封裝）、器件級封裝（或稱為一級封裝）、板級封裝（或稱二級封裝）、母板級封裝或系統(tǒng)級封裝（或稱三級封裝）等多個層面。

系統(tǒng)級封裝的集成形態(tài)是以高密度基板為核心，集成組裝射頻、模擬、數(shù)字、光電等各類元器件，構建高性能核心功能單元，實現(xiàn)芯片的互連、散熱和環(huán)境適應性防護。微系統(tǒng)是一項多學科交叉的新興高新技術。在信息、生物、航天、軍事等領域具有廣泛的應用前景。美國軍方專家評價，微系統(tǒng)是一項引發(fā)武器裝備新一輪革命變變革的重大創(chuàng)舉，是繼集成電路之后的下一個基礎性、戰(zhàn)略性、先導性產(chǎn)業(yè)，是未來戰(zhàn)場對抗的核心技術。

微系統(tǒng)主要優(yōu)點有：

（1）微型化：體積小、重量輕、耗能低、諧振頻率高、響應時間短；

（2）可批量生產(chǎn)，成本低；

（3）集成化高，可實現(xiàn)多種功能。與傳統(tǒng)集成電路主要實現(xiàn)計算、信號處理或信號存儲等單一功能不同的是，微系統(tǒng)能完成信號感知、信息處理、信令執(zhí)行、通信和電源等功能。

審核編輯 ：李倩