武汉半导体实验室有哪些

武汉半导体实验室主要设有：

1、微电子器件实验室：以研究量子点、纳米结构、复合材料等新型半导体器件为主；

2、微电子器件物理实验室：以研究微电子器件的物理特性、发光特性、性能特性等为主；

3、半导体材料实验室：以研究半导体材料的光学性质、电学性质、热学性质、机械性质等特性为主；

4、信号处理实验室：以研究半导体信号处理技术、信号处理系统设计、非线性信号处理等技术为主；

5、微机电系统实验室：以研究微机电系统设计、微机电系统技术、微机电系统性能等技术为主；

6、特种半导体实验室：以研究特种半导体技术、特种半导体性能改善等技术为主；

7、系统设计实验室：以研究微电子系统设计、数字系统设计、系统结构设计等技术为主。

背景

目前，以硅为代表的传统半导体材料正在面临严峻挑战。通过原理创新、结构改善、工艺进步，科研人员很难再大幅度提升硅基半导体器件的总体性能。“后摩尔时代”已经悄然到来。作为有望取代硅基半导体材料的新一代半导材料，近年来二维半导体的研究进展迅猛。

石墨烯凭借机械强度高、导电导热性好、轻薄、柔性、透明等优势，一度被誉为“新材料之王”，也让二维材料成为了备受瞩目的热点。遗憾的是，石墨烯中独特的碳原子排列，虽然有利于电子轻松地高速流动，但也使之不适合作为半导体。石墨烯没有带隙，无法选择”打开“或者”关闭“电流，而这种二进制开关机制正是现代电子器件的基础。

不过除了石墨烯之外，越来越多的二维材料被人类发现并研究，其中也不乏可以作为半导体的二维材料，例如过渡金属硫族化合物、黑磷等。科学家们已经通过这些二维材料创造出诸多半导体器件，例如：

然而，在二硫化钼（MoS2）为代表的二维半导体器件的制造工艺中，采用电子束光刻技术，将金属电极纳米刻画到这种原子级二维材料的层上，目前会产生一些问题，导致“非欧姆接触”与“肖特基势垒”。

创新

近日，美国纽约大学工学院化学与生物分子工程系教授 Elisa Riedo 领导的团队，报告了原子级薄度处理器制造工艺中的一项重要突破。这一发现不仅将对纳米芯片制造工艺产生深远影响，而且也将鼓舞全世界各个实验室中 探索 将二维材料应用于更小更快的半导体的科学家们。

团队将他们的科研成果发表在最近一期的《自然电子学（Nature Electronics）》期刊上。

技术

他们演示的这种刻蚀技术，采用了加热至100摄氏度以上的探针，超越了在二硫化钼等二维半导体上制造金属电极的普遍方法。科学家们相信，这种过渡金属属于有望替代硅应用于原子级微型芯片的材料。团队开发的新制造方法，称为“热扫描探针刻蚀技术（t-SPL）”，相比于目前的电子束光刻技术（EBL）具有一系列优势。

价值

首先，热刻蚀技术显著提升了二维晶体管的质量，抵消了肖特基势垒。肖特基势垒阻碍了二维衬底与金属交界处的电子流动。其次，不同于EBL，热刻蚀技术使芯片制造者可轻松获取二维半导体图像，然后在期望的位置刻画电极。再次， t-SPL 制造系统有望显著减少初始投入以及运营成本：它们通过在一般环境条件下的运作大幅降低功耗，无需生成高能电子以及超高真空。最后，这种热加工方法很容易通过采用“并行”的热探针来扩展，从而应用于工业生产。

Riedo 表示，她希望 t-SPL 将许多加工过程带出稀缺的净室，带入个人实验室。在净室中，研究人员们必须为这些昂贵的设备争取时间；而在个人实验室中，他们将迅速地推进材料科研与芯片设计。3D打印机这个先例，就是一个很好的类比。有朝一日，这些低于10纳米分辨率的 t-SPL 工具，在普通环境条件下，依靠标准的120伏电源运行，将遍及像她的实验室一样的各个研究实验室。

参考资料

【1】https://engineering.nyu.edu/news/breakthrough-reported-fabricating-nanochips

【2】https://www.nature.com/articles/ncomms8702

【3】Xiaorui Zheng, Annalisa Calò, Edoardo Albisetti, Xiangyu Liu, Abdullah Sanad M. Alharbi, Ghidewon Arefe, Xiaochi Liu, Martin Spieser, Won Jong Yoo, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Carmela Aruta, Alberto Ciarrocchi, Andras Kis, Brian S. Lee, Michal Lipson, James Hone, Davood Shahrjerdi, Elisa Riedo. Patterning metal contacts on monolayer MoS2 with vanishing Schottky barriers using thermal nanolithography . Nature Electronics, 20192 (1): 17 DOI: 10.1038/s41928-018-0191-0

一：什么是SMT？

SMT概述SMT是Surface Mount Technology的缩写形式，译成表面安装技术。美国是SMT 的发明地，1963年世界出现第一只表面贴装元器件和飞利蒲公司推出第一块表面贴装集成电路以来，SMT已由初期主要应用在军事，航空，航天等尖端产品和投资类产品逐渐广泛应用到计算机，通讯，军事，工业自动化，消费类电子产品等各行各业。SMT发展非常迅猛。进入80年代SMT技术已成为国际上最热门的新一代电子组装技术，被誉为电子组装技术一次革命。2：SMT组成：主要由表面贴装元器件（SMC/SMD），贴装技术，贴装设备三部分。2．1：表面贴装元器件（SMC/SMD）2．1．1：表面贴装元器件（SMC/SMD）说明：SMC: Surface mount components，主要是指一些有源的表面贴装元件；SMD: surface mount device，主要是指一些无源的表面贴装元件；2．1．2：SMC/SMD的发展趋势(1):SMC――片式元件向小、薄型发展。其尺寸从1206（3.2mm＊1.6mm）向0805（2.0mm＊1.25mm）－0603（1.6mm＊0.8mm）－0402（1.0mm＊0.5mm）－0201（0.6mm＊0.3mm）发展。(2)SMD――表面组装器件向小型、薄型和窄引脚间距发展。引脚中心距从1.27向0.635mm－0.5mm－0.4mm及0.3mm发展。(3)出现了新的封装形式BGA（球栅阵列，ball grid arrag）、CSP（UBGA）和FILP CHIP（倒装芯片）。由于QFP（四边扁平封装器件受SMT工艺的限制，0.3mm的引脚间距已经是极限值。而BGA的引脚是球形的，均匀地分布在芯片的底部。BGA和QFP相比最突出的优点首先是I/O数的封装面积比高，节省了PCB面积，提高了组装密度。其次是引脚间距较大，有1.5mm、1.27mm和1.00mm，组装难度下降，加工窗口更大。例：31mm 31mmR BGA 引脚间距为1.5mm时，有400个焊球（I/O）；引脚间距为1.0mm时，有900个焊球（I/O）。同样是31mm＊31mm的QFP-208，引脚间距为0.5mm时，只有208条引脚。 BGA无论在性能和价格上都有竞争力，已经在高（I/O）数的器件封装中起主导作用。 (4)窄间距技术（FPT）是SMT发展的必然趋势 FPT是指将引脚间距在0.635－0.3mm之间的SMD和长＊宽小于等于1.6mm＊0.8mm的SMC组装在PCB上的技术。由于计算机、通信、航空航天等电子技术飞速展，促使半导体集成电路的集成度越来越高，SMC越来越小，SMD的引脚间距也越来越窄。目前，0.635mm和0.5mm引脚间距的QFP已成为工业和军用电子装备中的通信器件。2．2：SMT贴装技术介绍：2.2.1:SMT组装工艺类型：单面/双面表面贴装、单面混合贴装、双面混合贴装。2.2.2: 焊接方式分类：波峰焊接--插装件（DIP）的焊接和部分贴片（SMC/SMD）的焊接。再流焊接--加热方式有红外线、红外加热风组合、全热风加热等。2.2.3:印制电路板：基板材料--玻璃纤维、陶瓷、金属板。电路板设计--图形设计、布线、间隙设定、拼版、SDM焊盘设计和布局、2．2：SMT贴装设备： 丝印机、点胶机、贴片机、回流焊、波峰焊、检测系统、维修系统

二：SMT的特点和目前的发展动态

SMT的特点：1．1组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。 1.2 可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。 1.3 高频特性好。减少了电磁和射频干扰。 1.4 易于实现自动化，提高生产效率。 1.5 降低成本达30%~50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。2、SMT的发展动态：SMT（表面组装技术）是新一代电子组装技术。经过20世纪80年代和90年代的迅速发展，已进入成熟期。SMT已经成为一个涉及面广，内容丰富，跨多学科的综合性高新技术。最新几年，SMT又进入一个新的发展高潮，已经成为电子组装技术的主流。 SMT是无需对印制板钻插装孔，直接将处式元器件或适合于表面组装的微型元件器贴、焊到印制或其他基板表面规定位置上的装联技术。 由于各种片式元器件的几何尺寸和占空间体积比插装元器件小得多，这种组装形式具有结构紧凑、体积小、耐振动、抗冲击、高频特性好和生产效率高等优点。采用双面贴装时，组装密度的5倍以左右，从而使印制板面积节约了60％-70％，重量减轻90％以上。 SMT在投资类电子产品、军事装备领域、计算机、通信设备、彩电调谐器、录像机、数码相机、摄像机、数码摄象机、袖珍式高档多波段收音机、随身听、MP3、传呼机和手机等几乎所有的电子产品生产中都得到广泛应用。SMT是电子装联技术的主要发展方向，已成为世界电子整机组装技术的主流。 SMT是从厚、薄膜混合电路演变发展而来的。 美国是世界上SMD和SMT最早起源的国家，并一直重视在投资类电子产品和军事装备领域发挥SMT高组装密度和高可靠性能方面的优势，具有很高的水平。 日本在70年代从美国引进SMD和SMT应用在消费类电子产品领域，并投入世资大力加强基础材料、基础技术和推广应用方面的开发研究工作，从80年代中后期起加速了SMT在产业电子设备领域中的全面推广应用，仅用四年时间使SMT在计算机和通信设备中的应用数量增长了近30％，在传真机中增长40％，使日本很快超过了美国，在SMT方面处于世界领先地位。 欧洲各国SMT的起步较晚，但他们重视发展并有较好的工业基础，发展速度也很快，其发展水平和整机中SMC/SMD的使用效率仅次于日本和美国。80年代以来，新加坡、韩国、香港和台湾省亚洲四小龙不惜投入巨资，纷纷引进先进技术，使SMT获得较快的发展。 据飞利浦公司预测，到2010年全球范围插装元器件的使用率将由目前和40％下降到10％，反之，SMC/SMD将从60％上升到90％左右。 我国SMT的应用起步于80年代初期，最初从美、日等国成套引进了SMT生产线用于彩电调谐器生产。随后应用于录像机、摄像机及袖珍式高档多波段收音机、随身听等生产中，近几年在计算机、通信设备、航空航天电子产品中也逐渐得到应用。 据2000年不完全统计，我国约有40多家企业从事SMC/SMD的生产，全国约有300多家引进了SMT生产线，不同程度的采用了SMT。全国已引进5000-7000台贴装机。随着改革开放的深入以及加入WTO，近两年一些美、日、新加坡、台商已将SMT加工厂搬到了中国，仅2001-2002一年就引进了4000余台贴装机。我国将成为SMT世界加工厂的基地。我国SMT发展前景是非常广阔的。 SMT总的发展趋势是：元器件越来越小、组装密度越来越高、组装难度也越来越大。最近几年SMT又进入一个新的发展高潮。为了进一步适应电子设备向短、小、轻、薄方向发展，出现了0210（0.6mm＊0.3mm）的CHIP元年、BGA、CSP、FLIP、CHIP、复合化片式元件等新型封装元器件。由于BGA等元器件技术的发展，非ODS清洗和无铅焊料的出现，引起了SMT设备、焊接材料、贴装和焊接工艺的变化，推动电子组装技术向更高阶段发展。SMT发展速度之快，的确令人惊讶，可以说，每年、每月、每天都有变化。

三、为什么要学习使用表面贴装技术(SMT)？

为什么要用表面贴装技术(SMT)？1.1: 电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小 。1.2: 电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件。1.3: 产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力 。 1.4: 电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用 5. 电子科技革命势在必行，追逐国际潮流 。2、SMT：电子制造技术关键制造技术是产品形成的关键，越来越引起企业界的高度重视。随着诸多跨国公司的大量涌入，我国已成为电子制造业的巨人。SMT作为电子制造业最先进的技术，其发展也越来越受到人们的关注。3、中国SMT最需要SMT的专业人才中国的电子生产工业，在改革开放后的发展可谓神速 。作为电子生产技术主角的表面贴装技术SMT，也相应得到高速的发展。这种现象主要是由两种因素造成的，一是国内本身的改革需求，另一是国内庞大市场对外国的吸引力。刚刚进行改革的中国电子生产工业，不论在资金或技术上，都得依赖外国。外国资金和技术的引进，不会是没有代价的。一方面、技术和资金的引进，会使我们国家SMT的发展从一穷二百走向目前的欣欣向荣。但另一方面，我们国家自己电子工业的发展，不能仅仅靠着别人的技术，如果那样，我们的发展是先天不足的，是没有可持续发展能力的。所以对一个国家来说，这种以依靠外来协助为主的做法，只能是在发展的过渡时期使用，长远来说还是必须学会自己的一套能力。 以目前中国SMT工业界的情况，若要朝着提高竞争力，甚至只是维持竞争力的方向走，什么是最需要的呢？ 国内所缺乏的，最主要是资金和人才两大方面。资金的来源，一来自国内（通过生产积累），二来自国外投资。而决定我们国家电子行业稳健的、可持续的发展则要看我们SMT的专业人才了，SMT技术的开发人才、SMT技术的应用人才、SMT的专业技术人才才是我们目前电子行业发展的瓶颈之一。这对我们目前培养人才的高校来说，培养高科技的SMT人才、适应市场上人才的需求发展，是刻不容缓的责任和义务。4、SMT的应用越来越广SMT与我们日常生活息息相关，我们使用的计算机﹑手机﹑MP3﹑打印机﹑复印机﹑掌上电脑﹑快译通﹑电子记事本﹑DVD﹑VCD﹑CD﹑随身听﹑摄象机﹑传真机﹑微波炉﹑高清晰度电视﹑数码照相机﹑IC卡，还有许多集成化程度高﹑体积小﹑功能强的高科技控制系统，都是采用SMT生产制造出来的，可以说如果没有SMT做基础，很难想象我们能使用上这些使生活丰富多采的商品。

四：高校建立SMT实验室的必要性和紧迫性！

在近十年内，发展最快的行业莫过于电子行业了，一次又一次的技术革新推动了电子行业的飞速发展。直至今日，电子产品已经遍及我们生活、生产、工作的每一个角落。从事电子行业的人也越来越多，于是，就造就了很多的硬件工程师、软件工程师、技术工艺师等等专业性很强的技术人才。大中专院校也不断的向各类工厂、企业、研究所输送了大量的人才。多数学校都设立了电子类相关的众多专业，筹建了专业的电子实验室，渴望培养出更多的理论知识扎实，动手能力强的人才，进一步提高自己的就业率和影响力。现在，也有些学校开始筹建SMT实验室，那么，究竟学校有没有必要投资筹建这样的类似于生产厂房的实验室呢？这又有什么样的意义呢？学校培养的电子方面的人才既然是要进入电子行业，无论是做研究还是做生产，他都必须服从生产的实际能力和生产的实际需求，符合目前国家SMT行业发展的大的方向的需求。那么学校的培养也应该更接近实际生产，让学生了解生产过程和生产工艺，因此我们的大中专院校很有必要筹建起自己的SMT生产线，不能让学生仅仅是纸上谈兵，只有具备较强的理论知识，又有出色的动手能力的人才，才更适合社会的需求。我们在前面说过。首先，电子行业的发展一直是朝着高集成度、高可靠性和高智能性的方向发展。由于高集成的表面贴装元器件的大量采用，现在许多的电路板已经不像从前用烙铁和焊锡就可以进行焊接了，对许多高集成度的元件已经必须借助专用的设备和专用的工具来进行焊接，为了满足电子产品的大量生产，新的焊接技术和焊接工艺既SMT技术得到了飞速的发展。它是产生于电子产品的实际生产中，又影响和指导着电子产品的生产。所有的电子工厂都需要大量的生产工艺技术人员和熟悉生产工艺的设计人员、研发人员。那么学校就应该培养出人才市场中缺少的人才，进一步提高学生的动手能力。这也是顺应了市场的需求。目前我们国内，很多实验室和实验课都停留在烙铁焊接的原始水平。其次，电子焊接工艺和技术也从很大的程度上制约了中国的电子行业的发展，如果让我们的电子技术赶上欧美日韩等国家，还需要大量的技术人员了解和熟悉SMT技术，在工作中不断探索，在务实中求得发展，从这个角度看。高校当然应该凭借自己雄厚的技术资本，成为推动中国电子行业可持续发展的先锋，也更应该人更多的学生了解和熟悉SMT技术，这也是国家和民族的需要。所以，高校筹建SMT实验室是有必要的。从目前的实际情况看，高校建立SMT实验室不仅是必要的，这种需求还很紧迫。现在，国内SMT行业的就业人才大部分都是毕业后再经过学习进入这个行业的，而且基本上是机电工程、机械设计、计算机、微电子等专业的学生。许多的教育专家指出，我们现在的教育体制已经不能和人才的需求紧密结合，同时，很多学生都是理论知识丰富，动手能力差。导致许多用人单位找不到合适的人才，许多的毕业生找不到合适的单位。许多高校毕业生就业的就业率逐年递减，许多专业人才过剩，现在甚至出现了许多的技校毕业生的就业率比很多高校毕业生的就业率还高的现象。这些问题都是大多数高校想尽快解决的难题。不少的学校已经开始根据人才需求调整专业，加大力度培养学生的动手能力。就SMT行业来说，已经有很多的大中专院校筹建了自己的实验室，开设了相关的课程。只有这样才能提高就业率、缓解就业压力、为众多的用人单位培养合适的人才。从这个角度考虑，在高校建立SMT实验室是具有迫切性的。我们相信，高校建立起SMT实验室将会为电子行业提供大量的更优秀的技术人才，必将会对中国的电子行业起到推动作用。中国电子行业的可持续发展就有了强有力的保障。

五：高校SMT实验室所需要的设备！

附录1：从1955年至今的封装形式介绍！！！微电子封装的基本类型约每15年变更一次，1955年起主要是TO型圆型金属封装，封装对象是晶体管和小规模集成电路，封装引线数为3--12线。 1965年起主要是双列直插封装（DIP），先是陶瓷的DIP后是塑料的DIP，引线脚数为6--64。 1980年出现了表面安装封装（SMT），主要封装形式是SOP、SOT、SOJ、PLCC、PQFP等。引线数为3--300。 1995年出现焊球阵列（BGA）和芯片尺寸封装（CSP），BGA的外引线为焊料球，排列在芯片的底部。CSP硅芯片面积和封装所占印制版面积之比大于80，外引线可以是引线框架的引线、焊料球或者是焊凸点。 目前已可以将焊凸点直接做在硅圆片的各个芯片上，然后在切割成独立的可以直接倒装焊的集成电路芯片。

附录二：高密度封装摘要：本文介绍了微电路的几种高密度封装，着重介绍当今最盛行的多芯片封装(MCP)、新的片内系统(SIP)及三维封装等，并指出这是一种实现片上系统的变通方法。关键词：封装；高密度；多芯片；三维

推动微电子技术不断创新飞速发展的原动力无疑是电子装置的小、轻、便携、可靠、便宜的永恒要求。历史与现实均证明：实现这些要求的技术手段，不容置疑地是以半导体集成包括设计、制造、封装、测试、装配等为核心的新技术、新材料、新工艺的不断发展，甚至是革命性的突破。 半导体集成技术已成为微电子的基础，是其最活跃最有生命力而令人兴奋不已的一个分支；与之相适应的，微电子封装亦成为一个日新月异、欣欣向荣的工业领域。 微电子封装走过一段不寻常的历史。可分为四个阶段：二十世纪七十年代的双列直插(DIP)、引线键合、在印制板上通孑L连接；八十年代的表面贴装(SMT)；九十年代的焊球阵列(BGA)，最近的壳内系统或系统封装(SIP)。从观念上也发生了革命性的变化。如今，已从过去的单纯的封装壳体(PACKAGE)概念，演变成与被封装体不可分割的一部分，即成为半导体器件性能的组成部分--"封装"已渗透到被封装体内(称之谓PACKAGING)。 试想，大约30多年前，一个64kb的磁芯存贮器约有两个冰箱大；而今256Mb的芯片只有拇指甲大小。早期一个25mm2的硅片上只有一个晶体管；今天一个17mm2的硅片上含有50M以上的晶体管电路。当初，12．7mm的陶瓷模块有16只引脚，只能封装一个上述的单晶体管及几个厚膜电阻器；现在多层陶瓷模块大致为5×645．16mm2以上，可包含3千万-五千万个晶体管芯片且有3000只以上的引脚。最早装配板为线绕的双板对，今天已超过30层可有几个板对。互连技术从最初的16引脚25mm间距的模块到今天的32mmBG／L模缺有1．27mm引脚间距及42mmCGAR有1．00mm间距，而CSP及微型BGA的引脚间距约是0．5mm。

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