微系統技術

首先，“微系統集成”（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、驅動器、執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 微系統集成技術構成

所以以微電子、光電子、微機電系統(MEMS)為基礎，結合體系架構和算法，運用微納系統工程方法，將傳感、通信、處理、執行、微能源等功能單元，在微納尺度上采用異構、異質等方法集成在一起的微型系統。微系統能夠實現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。如下圖的微系統組成。

圖1.2 微系統組成

圖1.3 摩爾定律發展與微系統技術

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

遵守摩爾定律的集成電路芯片發展是否已經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。但是隨著集成度的提高，芯片開發周期、工藝提升難度和制造成本都在迅速增長。如圖2所示，采用系統集成與SiP、3D集成封裝技術開辟了新的途徑。系統集成將復雜的芯片通過特殊的異質封裝技術把多種多樣的其他功能器件和集成電路系統（SoC）芯片集成到一起，可以構成功能更強，容量更大的系統。使得開發更為快捷和經濟。

從系統的角度看，系統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）、母板級封裝或系統級封裝（或稱三級封裝）等多個層面。

系統級封裝的集成形態是以高密度基板為核心，集成組裝射頻、模擬、數字、光電等各類元器件，構建高性能核心功能單元，實現芯片的互連、散熱和環境適應性防護。微系統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，微系統是一項引發武器裝備新一輪革命變變革的重大創舉，是繼集成電路之后的下一個基礎性、戰略性、先導性產業，是未來戰場對抗的核心技術。

微系統主要優點有：

（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，成本低；

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

審核編輯 ：李倩