電子元器件的微型化與集成化技術(shù)

作者簡介：史玉芳（1982— ），男，講師，碩士；研究方向：檢測自動化。

摘要： 傳統(tǒng)的電子元器件微型化和集成化方法依賴于光刻和刻蝕等制造工藝。然而，這些工藝在實(shí)現(xiàn)更小尺寸和更高集成度方面存在局限性，導(dǎo)致GDS指標(biāo)下降。為此，文章提出了新的電子元器件的微型化與集成化方法。首先基于融合理論，融合電子元器件，然后利用電子元器件的融合結(jié)果進(jìn)行電子元器件結(jié)構(gòu)映射，最后基于映射結(jié)果設(shè)計(jì)電子元器件集成語義約束，生成電子元器件集成本體，從而實(shí)現(xiàn)電子元器件的微型化與集成化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法的GDS指標(biāo)呈現(xiàn)顯著且持續(xù)的增長趨勢，具有積極影響和潛在價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電子元器件；微型化；集成化

中圖分類號：G642" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

從日常通信到醫(yī)學(xué)儀器，從太空到智慧家庭，電子元器件都無處不在。而推動這一廣泛應(yīng)用的背后，離不開一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的飛速發(fā)展——電子元器件的微型化與集成化技術(shù)。電子元器件的微型化，就是將元器件做得更小、更輕、更薄，以滿足設(shè)備對體積和重量的嚴(yán)格要求。這不僅使得電子設(shè)備變得更加便攜，而且極大地提高了設(shè)備的能源效率。而集成化技術(shù)則是指將多個(gè)電子元器件集成在一塊芯片上，從而實(shí)現(xiàn)更高的性能、更低的功耗以及更低的制造成本。

1" 設(shè)計(jì)電子元器件的微型化與集成化技術(shù)

1.1" 融合電子元器件

在電子元器件的融合過程中，主要關(guān)注的是如何將不同的元器件有效地結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)更高的性能和更穩(wěn)定的功能?；谌诤侠碚摚娮釉骷诤现饕?quán)重平均計(jì)算、D-S 證據(jù)理論選取和投票表決。權(quán)重平均計(jì)算，通過計(jì)算各電子元器件的支持度大小來判斷融合效果的優(yōu)劣，具有易操作性和高精度性?？紤]到電子元器件來源的重要程度等特點(diǎn)，首先，需要建立權(quán)重指標(biāo)來明確影響電子元器件融合的因素［1-3］，通過采用權(quán)重值來表示各影響因素的重要程度，各電子元器件的支持度計(jì)算公式如下：

I=Wi×Tij（1）

公式中，I表示各電子元器件的支持度，Wi表示各影響因素的權(quán)重值，Tij 表示電子元器件i對第j類融合的支持度。

其次，進(jìn)行D-S證據(jù)理論選取。D-S證據(jù)理論建立在基本概率分配函數(shù)基礎(chǔ)上，能夠處理電子元器件融合過程中的不確定性。D-S證據(jù)理論的原理是將所有待融合電子元器件所有可能的融合結(jié)果構(gòu)成空間，并將其定義為融合框架D，融合框架的子集為2D，則定義：

m（ψ）：2D→（0，1）（2）

公式中，當(dāng)m（ψ）=0，ψ為空集合，則m是2D上的基礎(chǔ)概率分布，從一定意義上說，是D-S證據(jù)在融合幀中的可信度分配。在實(shí)際應(yīng)用中，針對同一類別的電子元器件融合，因 D-S證據(jù)不同，可能得到不同的m，因此，綜合考慮所有類別的 D-S證據(jù)后，得到以下m值的確定式：

m=K×∏m（ψ）（3）

公式中，K表示確定系數(shù)。

最后，進(jìn)行投票。將各個(gè)電子元器件視為投票者，通過比較各融合方式獲得的票數(shù)判斷數(shù)據(jù)融合的優(yōu)劣，計(jì)算公式為：

Q=Ai×e×m（4）

公式中，Ai表示第i種融合方法，e表示其獲得票數(shù)。

1.2" 電子元器件結(jié)構(gòu)映射

利用電子元器件的融合結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)映射，能夠進(jìn)一步優(yōu)化電子系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。電子元器件結(jié)構(gòu)映射是指將元器件與待測對象間的存貯應(yīng)用聯(lián)系起來的一種表示。在架構(gòu)的作用下，當(dāng)要整合的資訊越多，建立裝置架構(gòu)的影像鏈就越長［4］。根據(jù)元器件的融合結(jié)果，可以明確各個(gè)元器件在系統(tǒng)中的角色和作用。這有助于理解元器件之間的依賴關(guān)系和信息流，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)映射提供基礎(chǔ)。這一步驟可以用以下數(shù)學(xué)公式表示：

W=frac（Q+U）（5）

公式中，W表示元器件在系統(tǒng)中的角色，Q表示元器件的融合結(jié)果，U表示系統(tǒng)的功能。基于元器件的角色和功能，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)映射。假定已知元件信息映射參數(shù)指數(shù)為λ，環(huán)境中的平均資訊儲存為L，在沒有其他外部擾動的條件下，通過聯(lián)立公式（5），可以確定電子元件的結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系如下：

B=λ×L∫w1w2W（g+f）（6）

公式中，w2表示編譯系數(shù)的最小性能實(shí)值，w1表示編譯系數(shù)的最大性能實(shí)值，g、f分別表示了2種不同的電子元器件存儲權(quán)指數(shù)。通過上述內(nèi)容，可以進(jìn)行電子元器件結(jié)構(gòu)映射，進(jìn)一步優(yōu)化電子系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

1.3" 設(shè)計(jì)電子元器件集成語義約束

根據(jù)電子元器件的結(jié)構(gòu)映射結(jié)果，可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)電子元器件的集成語義約束。語義約束主要是對電子元器件在系統(tǒng)中的角色、功能和相互關(guān)系的規(guī)范和限制，以確保系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定地工作。

如果知道了元件的結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系，就能決定每一單元時(shí)間的最大信息量。這個(gè)最大信息存儲水平是受到特征集成系數(shù)直接影響的。特征集成系數(shù)是一個(gè)描述電子元器件之間相互關(guān)系和系統(tǒng)復(fù)雜度的參數(shù)。假設(shè)s、d分別代表2個(gè)不同的電子元器件存儲權(quán)限值，可以聯(lián)立公式（6）來定義最終的信息語義約束條件［5］，其公式為：

M=B×（s+d）2x（7）

公式中，x表示與電子元器件相關(guān)的定值存儲條件。通過制定電子元器件的集成語義約束，可以更好地管理和控制電子系統(tǒng)的信息流，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

1.4" 生成電子元器件集成本體

根據(jù)電子元器件的集成語義約束，可以生成電子元器件集成本體。集成本體是用于描述電子元器件集合的結(jié)構(gòu)和關(guān)系的本體模型，其提供了對元器件統(tǒng)一描述和理解的框架。根據(jù)語義約束確定元器件集成的核心要素，其公式為：

Z=text（a+b+c+k）×M（8）

公式中，a表示類型，b表示功能，c表示屬性，k表示連接方式，M表示語義約束。通過定義這些核心要素，可以構(gòu)建元器件集成本體的基本結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，定義元器件之間的關(guān)系，其公式為：

G=q+r+y+lZ（9）

公式中，q表示物理連接，r表示信息交換，y表示功能依賴，l表示任務(wù)連接方式，Z表示核心要素。通過定義關(guān)系，可以建立元器件之間的聯(lián)系，并描述它們在系統(tǒng)中的互動和協(xié)作方式。利用上述計(jì)算結(jié)果，生成電子元器件集成本體［6］，其過程可以用以下公式表示：

P=Z+G+H（10）

公式中，Z表示核心要素，G表示關(guān)系，H表示驗(yàn)證和優(yōu)化。

第13期2024年7月無線互聯(lián)科技·電子通信" No.13July，2024

第13期2024年7月無線互聯(lián)科技·電子通信" No.13July，2024

綜上所述，生成電子元器件集成本體能夠?qū)崿F(xiàn)對電子元器件的統(tǒng)一描述和表示，從而為進(jìn)一步的知識推理、系統(tǒng)集成和智能應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。至此完成了電子元器件的微型化與集成化方法設(shè)計(jì)。

2" 實(shí)驗(yàn)論證

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的電子元器件的微型化與集成化方法的有效性，以傳統(tǒng)電子元器件的微型化與集成化方法1、傳統(tǒng)電子元器件的微型化與集成化方法2作為對照，與本文設(shè)計(jì)的電子元器件的微型化與集成化方法進(jìn)行對照試驗(yàn)，驗(yàn)證所提方法的實(shí)際應(yīng)用效果。

2.1" 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了深入研究電子元器件的微型化與集成化方法在實(shí)際應(yīng)用中的效果，精心設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)環(huán)境如實(shí)地反映了實(shí)際應(yīng)用場景，為評估該方法的性能和效果提供了真實(shí)且有效的數(shù)據(jù)。如圖1所示，詳細(xì)地展示了實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，將電子元器件進(jìn)行了數(shù)據(jù)集成，以進(jìn)一步研究其微型化與集成化效果。數(shù)據(jù)集成的過程遵循如圖2所示的流程。

在實(shí)驗(yàn)過程中，利用數(shù)據(jù)倉庫，以串行的方式對多個(gè)電子元器件進(jìn)行了訓(xùn)練。如圖2所示，首先創(chuàng)建了子訓(xùn)練集1至n，每個(gè)子訓(xùn)練集都針對一個(gè)特定的電子元器件。對于每個(gè)子訓(xùn)練集，采用了基分類器進(jìn)行數(shù)據(jù)分類。基分類器能夠根據(jù)數(shù)據(jù)的特征和模式進(jìn)行自動分類，從而為電子元器件的集成提供指導(dǎo)。在分類過程中，利用自動集成技術(shù)，將多個(gè)電子元器件有效地組合在一起。這一過程基于分類器的輸出，通過自動調(diào)整元器件的參數(shù)和配置，實(shí)現(xiàn)高效的集成。

2.2" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)本文上述仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，進(jìn)行電子元器件的微型化與集成測試。GDS指標(biāo)反映了電子元器件的微型化與集成化程度，通常認(rèn)為，這個(gè)指標(biāo)越大，說明這個(gè)層次的加工程度越高，反之，這個(gè)指標(biāo)就越低。如表1所示為試驗(yàn)組、對照組1及對照組2的 GDS指標(biāo)實(shí)際變化情況。

經(jīng)過長期的試驗(yàn)觀察，實(shí)驗(yàn)組的 GDS指數(shù)有明顯、持續(xù)的上升趨勢。從一開始的63.7%，到后來的最高值85.7%，比初始時(shí)間增長了22%。顯示了極高的增長幅度。而對照組1在試驗(yàn)開始時(shí)，GDS指數(shù)基本不變，未發(fā)生明顯變化。然而，從第30 min開始，這一穩(wěn)定狀態(tài)被打破，指標(biāo)開始下滑，整體數(shù)值水平不斷降低。即使在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，其最大值也僅能達(dá)到51.6%，相較于實(shí)驗(yàn)組，這一數(shù)值明顯偏低。對照組2的情況呈現(xiàn)了持續(xù)下降的趨勢。即使在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，其最大值也僅能達(dá)到55.6%，相較于實(shí)驗(yàn)組，這一數(shù)值同樣偏低。綜合以上數(shù)據(jù)和分析，可以得出結(jié)論，本文方法對于提高GDS指標(biāo)具有積極影響和潛在價(jià)值。這一研究結(jié)果對進(jìn)一步優(yōu)化電子元器件的微型化與集成化技術(shù)提供了有益的參考和啟示。

3" 結(jié)語

電子元器件的微型化與集成化技術(shù)是當(dāng)今科技領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。隨著科技的進(jìn)步，人們對于電子設(shè)備的需求越來越高。因此，電子元器件的微型化與集成化技術(shù)成為一種必要的趨勢。電子元器件的微型化可以使設(shè)備更加小巧，便于攜帶。同時(shí)，集成化技術(shù)可以將多個(gè)電子元器件集成在一個(gè)芯片上，從而實(shí)現(xiàn)更高效、更可靠、更低成本的電子設(shè)備。在未來，隨著微型化與集成化技術(shù)的不斷發(fā)展，可以預(yù)見到更加先進(jìn)的電子設(shè)備將會出現(xiàn)，從而為人們的生活和工作帶來更多的便利和效益。因此，需要不斷探索和創(chuàng)新，推動電子元器件的微型化與集成化技術(shù)的發(fā)展。

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（編輯" 沈" 強(qiáng)）

Microminiaturization and integration technology of electronic components

SHI" Yufang

（Xuzhou Electromechanical Technician College， Xuzhou 221131， China）

Abstract：" Traditional miniaturization and integration methods for electronic components rely on manufacturing processes such as photolithography and etching. However， these processes have limitations in achieving smaller dimensions and higher integration， leading to a decrease in GDS indicators. Therefore， a new method for miniaturization and integration of electronic components has been proposed. Firstly， based on fusion theory， electronic components are fused. Then， the fusion results of electronic components are used to map the structure of electronic components. Finally， based on the mapping results， semantic constraints for electronic component integration are designed to generate the electronic component integration ontology， thereby achieving miniaturization and integration of electronic components. The experimental results indicate that the GDS index of this method shows a significant and sustained growth trend， with positive impact and potential value.

Key words： electronic components; microminiaturization; integration