微系统技术解析

微系统技术

首先，“微系统集成”（Integrated Microsystems，IMS）是由美国国防高级研究计划局(DARPA)提出并且定义为在微电子、微机械、微光学等基础上把传感器、驱动器、执行器和信号处理器等集成在一起的具有一种或多种功能的装置。如图1所示

图1.1 微系统集成技术构成

所以以微电子、光电子、微机电系统(MEMS)为基础，结合体系架构和算法，运用微纳系统工程方法，将传感、通信、处理、执行、微能源等功能单元，在微纳尺度上采用异构、异质等方法集成在一起的微型系统。微系统能够实现单一或多类用途的综合性功能。它比目前的SoC（System on chip），SiP（System in Package）及各种三维3D集成的混合集成电路，功能模块具有更高的集成水平和更强的功能。

微系统是包含至少一个传感单元、一个处理控制单元、一个信号输出单元组成具有一定反馈功能模块。如下图的微系统组成。

图1.2 微系统组成

图1.3 摩尔定律发展与微系统技术

集成电路IC的特征尺寸已经缩小到纳米尺度，三星实现了3nm芯片量产，IBM已经发布了2nm芯片，台积电已经在1nm芯片上实现了突破性技术研发。一个系统集成芯片SoC可以包含几十亿只晶体管，构成功能复杂的电子系统。先进的5nm芯片已经用到手机上面。

遵守摩尔定律的集成电路芯片发展是否已经到极限还不能下肯定的结论。也许到了1nm后还有0.7nm、0.5nm、0.3nm技术出现。但是随着集成度的提高，芯片开发周期、工艺提升难度和制造成本都在迅速增长。如图2所示，采用系统集成与SiP、3D集成封装技术开辟了新的途径。系统集成将复杂的芯片通过特殊的异质封装技术把多种多样的其他功能器件和集成电路系统（SoC）芯片集成到一起，可以构成功能更强，容量更大的系统。使得开发更为快捷和经济。

从系统的角度看，系统封装包括了芯片级封装（或称为零级封装）、器件级封装（或称为一级封装）、板级封装（或称二级封装）、母板级封装或系统级封装（或称三级封装）等多个层面。

系统级封装的集成形态是以高密度基板为核心，集成组装射频、模拟、数字、光电等各类元器件，构建高性能核心功能单元，实现芯片的互连、散热和环境适应性防护。微系统是一项多学科交叉的新兴高新技术。在信息、生物、航天、军事等领域具有广泛的应用前景。美国军方专家评价，微系统是一项引发武器装备新一轮革命变变革的重大创举，是继集成电路之后的下一个基础性、战略性、先导性产业，是未来战场对抗的核心技术。

微系统主要优点有：

（1）微型化：体积小、重量轻、耗能低、谐振频率高、响应时间短；

（2）可批量生产，成本低；

（3）集成化高，可实现多种功能。与传统集成电路主要实现计算、信号处理或信号存储等单一功能不同的是，微系统能完成信号感知、信息处理、信令执行、通信和电源等功能。

审核编辑 ：李倩