1.2　现代微电子装备技术的发展

1.2.1　现代微电子装备技术发展的特点

1. 光、机、电一体化

现代微电子技术驱使各类先进IC封装集数字、射频、光学和声学功能于一体，实现光、机、电、声一体化的真正的系统级功能封装SiP（System in a Package，系统级封装）和SoC（System on Chip，片上系统），二者正沿着两条路线并行向前发展。

2. 三维微电子机械系统（MEMS）

采用微电子技术和微机械以及电铸和塑铸成型等加工方法，制作的三维（3D）微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）超越了SiP和SoC的范畴，真正实现了光、机、电、声一体化，同时MEMS又是SiP和SoC的延伸与扩展。

3. 微电子封装与电子整机已融为一体

从上述内容可知，微电子部件（封装）与电子整机的界限已十分模糊，微电子部件（SiP、SoC或MEMS）已远远超出了单一电子整机的功能，达到了一系列电子整机的系统级功能。

（1）单片微波集成电路

单片微波集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit，MMIC）采用平面技术，将所有的微波功能电路用半导体工艺制作在砷化镓（GaAs）、硅锗（SiGe）或硅（Si）等半导体芯片上。其集成的功能电路主要有：低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）、混频器、上变频器、检波器、调制器、压控振荡器（VCO）、移相器开关、MMIC收发前端，甚至整个发射／接收（T/R）组件。MMIC大大简化了系统结构，集成度高、功能全、成本低、成品率高，更适合于大规模生产。

（2）车载毫米波雷达

前端发射／接收（T/R）组件是毫米波雷达的核心射频部分，负责毫米波信号的调制、发射、接收以及回波信号的解调。例如，车载雷达要求前端发射／接收组件具有体积小、成本低、稳定性好等特点，最可行的方法就是将前端发射／接收组件集成化。目前，大多数毫米波前端MMIC均基于SiGe和BiCMOS技术，CMOS是产业链更成熟的工艺，利用CMOS工艺，不仅可将MMIC做得更小，甚至可以与微控制单元（MCU）和数字信号处理器（DSP）集成在一起，实现更高的集成度。这不仅能显著地降低系统尺寸、功耗和成本，还能嵌入更多的功能。

上述微电子封装与电子整机已融为一体，这将驱使电子整机走向微小型化。

4. 信号传输的光化

由于电互连在物理性能上的局限性，光子取代电子在板与板、芯片与芯片之间传输数据，实现信号传输的光化。在高速信号电路系统中用光互连替换铜线互连，显示了非常明显的优势，具体说明如下：

• 光传输具有高密度集成、低能耗、宽带宽、高速度、免于串扰和电磁干扰的优势；

• 在一个光学媒介中传输多波长时，不同的波长可以平行通过，简化了物理设计；

• 与传统制造方法兼容，非常适合于芯片与芯片、板与板之间的信号传输。

苏格兰伊洛瓦特大学的研究结果表明，光电技术是唯一可解决处理器速度和内存频宽差异的方案。美国半导体产业协会也已证明了这一点。人们在新一代移动通信技术5G的研发中，提出了“5G＋微波＋光波”融合的技术路线，催生了新一代微电子装备，也驱动了对新一代微电子装备制造技术的研究。

在这一过程中，其涉及的主要技术内容有光波导材料、光波导的制作方法、低成本光电元器件以及光组装等。而且，以上技术必须与传统的微波系统设计、制造、加工和配合精度相兼容，这一切构成了以“5G＋微波＋光波”为技术主体的新一代微电子装备制造技术的核心研究内容。

苏格兰伊洛瓦特大学通过光电技术将传统的印制电路板与其功能进行整合，从而实现了标准电子装备组装流程的大幅进步，其研究的主要成果是，成功地将光纤、无线技术以及光学领域的组件相结合，构成强大的光电接口，并使其与标准电子装备组装流程兼容。其关键技术是，将光学接口加载在商用平行光纤阵列和低成本的光波导上，使其可轻易地与传统的印制电路板整合为一体，实现以光来实现信号传输，以电来进行运算，解决了现有内存延时的技术瓶颈。

高速电信号传输光化的实施案例如图1.4所示，该图展示了在OEPCB板上的3D安装。

1.2.2　新一代微电子装备的应用场景

随着5G技术的迅速推广应用，微波作为5G信号传播及测距、定位传感器的主要技术手段，在5G应用场景中发挥了不可替代的作用，全球有50%～60%的移动基站通过微波承载信号。随着5G部署步伐的加快，移动基站数量的增加，微波链路技术作为无光纤场景下的重要承载手段，在5G接入中有望发挥更大的作用。5G频段的工作频率很高（达毫米波），网络传输速率将是4G峰值的100倍。在未来的世界里，每一个物体都可具有传感器功能和IP地址，利用“5G＋微波”的方式可实现万物互联和数据交互，将世界上的万物互联在一起，超越了空间和时间的限制。

车载雷达技术的飞速发展，对信号传输速度、电路带宽和容量的要求急剧增加，毫米波是解决这些问题的最有效的途径。