集成芯片-第1章

集成芯片及應(yīng)用2011年9月北京信息科技大學(xué)性質(zhì):任選

考查學(xué)時(shí):？對(duì)象:電信09級(jí)課程概況了解集成電路的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和未來(lái)了解集成電路的分類、特點(diǎn)了解集成電路的設(shè)計(jì)制造過(guò)程掌握集成電路的使用方法掌握典型集成電路芯片的原理及應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)課程內(nèi)容一、緒論二、典型IC芯片的原理及應(yīng)用接口器件（數(shù)字隔離、電平轉(zhuǎn)換、USB、RS232、RS485、1-Wire、SmartCardInterface、I2C接口器件、SPI接口器件、開關(guān)器件）存儲(chǔ)器集成電路集成有源濾波器數(shù)字集成電路放大器信號(hào)發(fā)生器（信號(hào)發(fā)生器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘）電源集成電路（電源電路、基準(zhǔn)電壓）驅(qū)動(dòng)集成電路（顯示、步進(jìn)電機(jī)、LASER）信號(hào)調(diào)理器件（集成傳感器、比較器、A/DD/A）教材以及主要參考書《集成電路導(dǎo)輪》,楊之廉主編,清華大學(xué)出版社《集成電路原理及應(yīng)用》,譚博學(xué)、苗匯靜主編,電子工業(yè)出版社《通用集成電路的選擇與使用》,那文鵬、王昊主編,人民郵電出版社《新型集成電路簡(jiǎn)明手冊(cè)及典型應(yīng)用》,劉暢生等主編,西安電子科技大學(xué)出版社《新型集成電路使用手冊(cè)及應(yīng)用實(shí)例》,劉暢生等主編,西安電子科技大學(xué)出版社各個(gè)制造商集成電路主要網(wǎng)址郵箱:bistuic@

密碼:88888888

平時(shí)成績(jī):30%期末成績(jī):70%課程考核平時(shí):出勤、作業(yè)、小測(cè)驗(yàn)開卷：課堂內(nèi)容和PPT提示！第一章緒論集成電路的基本概念集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀集成電路的分類集成電路技術(shù)集成電路指標(biāo)說(shuō)明集成電路命名集成電路發(fā)展現(xiàn)狀集成電路發(fā)展趨勢(shì)1、集成電路的基本概念概念：以半導(dǎo)體晶體材料（通常硅或砷化鎵）為基片，經(jīng)過(guò)加工制造，將元件、有源器件和互連線集成在基片內(nèi)部、表面或基片之上，經(jīng)過(guò)封裝后，執(zhí)行某種功能的微型化電路（Intel45納米制造工藝，鉿元素為基礎(chǔ)氧化物質(zhì)的High-K材料）半導(dǎo)體集成電路厚膜集成電路薄膜集成電路厚膜混合集成電路

1、集成電路的基本概念薄膜集成電路由約１微米厚的金屬、半導(dǎo)體及金屬氧化物采用真空蒸發(fā)技術(shù)等工藝制成厚膜集成電路（厚膜混合集成電路）在陶瓷或玻璃基片上網(wǎng)印金屬厚膜，熱處理制成電阻、電容、導(dǎo)線，貼上有源器件組成（開關(guān)電源、功率放大電路）可與IC芯片進(jìn)行二次集成，制作多功能組件適應(yīng)于大功率和高壓電路可采用多層布線，互連線短，信號(hào)延遲減小

封裝模塊在防潮、抗腐蝕性、防銹方面提高廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車電子、電子通訊、儀器儀表、有線電視、

電力電子、微波通訊、軍工及消費(fèi)類等各種電子產(chǎn)品中面積:

幾平方毫米到幾百平方毫米。面積增大引起功耗增大、封裝困難、成品率下降，成本提高晶體管面積0.01平方毫米或更小集成度:

包含的晶體管數(shù)目或等效邏輯門

特征尺寸：集成電路中最細(xì)線條的寬度，是一條工藝線中能加工的最小尺寸。反映了集成電路版圖圖形的精細(xì)程度，特征尺寸的減少主要取決于光刻技術(shù)的改進(jìn)（光刻最小特征尺寸與曝光所用波長(zhǎng)）。小于0.1微米1、集成電路的基本概念1、集成電路的基本概念硅園片直徑：

封裝：把IC管芯放入管殼內(nèi)并加以密封從扦孔形式（THP）向表面按裝形式（SMP）發(fā)展2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀

電子二極管2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀

電子三極管2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀晶體管2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀集成電路2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀摩爾定律特征尺寸縮小為2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀SOC20世紀(jì)90年代出現(xiàn)，是在單芯片上集成微電子應(yīng)用產(chǎn)品所需的所有功能系統(tǒng)。以超深亞微米VDSM（VeryDeepSubmicron）工藝和知識(shí)產(chǎn)權(quán)IP核復(fù)用技術(shù)為支撐，包含一個(gè)或多個(gè)處理器、存儲(chǔ)器、RF電路模塊、模擬電路模塊、數(shù)?；旌闲盘?hào)模塊以及片上可編程邏輯。類型：專用集成電路ASIC可編程SoCAtmel、Xilinx和AlteraOEM(OriginalequipmentManufacturer)型SoC2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀SOC結(jié)構(gòu)示意圖2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀微處理器中摩爾定律2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀45納米工藝Corei7處理器7.31億個(gè)DRAM容量變化規(guī)律2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀時(shí)鐘頻率2、集成電路的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)狀3、集成電路的分類按集成度分類：（SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI、GLSI）按制造工藝分類：（半導(dǎo)體集成電路、厚膜集成電路、薄膜集成電路、厚膜混合集成電路）按制造工藝與導(dǎo)電類型分類：雙極型速度高、驅(qū)動(dòng)強(qiáng)，功耗大，集成度低MOS型輸入阻抗高、功耗低，抗干擾強(qiáng)、集成度高BiMOS工藝復(fù)雜、成本高按處理信號(hào)分類：數(shù)字（組合、時(shí)序）模擬（線性、非線性、接口）數(shù)字模擬混合電路3、集成電路的分類按用途分類按功能分類通用集成電路專用集成電路ASIC專用標(biāo)準(zhǔn)電路ASSP按設(shè)計(jì)制造方法分類全定制FullCustom半定制Semi-Custom可編程ProgrammableASIC通用集成電路專用集成電路ASIC3、集成電路的分類－按功能分類3、集成電路的分類－按功能分類專用集成電路ASIC3、集成電路的分類－按設(shè)計(jì)制造方法分類全定制FullCustom3、集成電路的分類－按設(shè)計(jì)制造方法分類全定制FullCustom3、集成電路的分類－按設(shè)計(jì)制造方法分類全定制FullCustom3、集成電路的分類－按設(shè)計(jì)制造方法分類半定制Semi-Custom基于單元的IC（Cell-BasedIC）3、集成電路的分類－按設(shè)計(jì)制造方法分類半定制Semi-Custom基于單元的IC（Cell-BasedIC）基于門陣的IC（GateArrayIC）3、集成電路的分類－按設(shè)計(jì)制造方法分類半定制Semi-Custom3、集成電路的分類－按設(shè)計(jì)制造方法分類可編程ProgrammableASIC復(fù)雜可編程邏輯器件（ＣＰＬＤ）現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FieldProgrammableGateArray)3、集成電路的分類－按設(shè)計(jì)制造方法分類可編程ProgrammableASIC編程技術(shù)：編程技術(shù)編程技術(shù)編程技術(shù)編程技術(shù)編程技術(shù)編程技術(shù)各種設(shè)計(jì)制造方法比較編程技術(shù)編程技術(shù)編程技術(shù)NRE（NonRecurringEngineering）4、集成電路技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)制造技術(shù)測(cè)試技術(shù)封裝技術(shù)制造技術(shù)主要工藝：熱氧化熱擴(kuò)散快速熱處理離子注入化學(xué)氣相淀積光刻刻蝕制造技術(shù)封裝技術(shù)封裝技術(shù)根據(jù)材料分類：金屬封裝：由于該種封裝尺寸嚴(yán)格、精度高、金屬零件便于大量生產(chǎn)，故其價(jià)格低、性能優(yōu)良、封裝工藝容易靈活，被廣泛應(yīng)用于晶體管和混合集成電路如振蕩器、放大器、鑒頻器、交直流轉(zhuǎn)換器、濾頗器、繼電器等等產(chǎn)品上，現(xiàn)在及將來(lái)許多微型封裝及多芯片模塊(MCM)也采用此金屬封裝陶瓷封裝：

金屬一陶瓷封裝：最大特征是高頻特性好而噪音低而被用于微波功率器件塑料封裝：其成本低廉、工藝簡(jiǎn)單，并適于大批量生產(chǎn)，因而具有極強(qiáng)的生命力，自誕生起發(fā)展得越來(lái)越快，在封裝中所占的份額越來(lái)越大。目前塑料封裝在全世界范圍內(nèi)占集成電路市場(chǎng)的95％以上根據(jù)密封性分類：氣密性封裝：真空、氮?dú)饧岸栊詺怏w樹脂封裝封裝形式對(duì)照QFP（Quad

Flat

Package）：方形扁平封裝。

PLCC（Plastic

Leaded

Chip

Carrier）：有引線塑料芯片栽體。

DIP（Dual

In-line

Package）：雙列直插封裝。

SIP（Single

inline

Package）：?jiǎn)瘟兄辈宸庋b

Flip-Chip：倒裝焊芯片。

THT（Through

Hole

Technology）：通孔插裝技術(shù)

SMT（Surface

Mount

Technology）：表面安裝技術(shù)LGA（LandGridArray）封裝形式與引腳數(shù)1155LGA

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雙列直插式封裝帶散熱片的雙列直插式封裝

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帶引腳的陶瓷芯片載體

舉例

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帶引腳的塑料芯片載體

舉例

小外形晶體管塑料四邊引腳扁平封裝

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四邊引腳扁平封裝

其引腳數(shù)一般從幾十到幾百，而且其封裝外形尺寸較小、寄生參數(shù)減小、適合高頻應(yīng)用。該封裝主要適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線。但是由于QFP的引線端子在四周布置，若引線間距過(guò)窄，引線過(guò)細(xì)，則端子難免在制造及實(shí)裝過(guò)程中發(fā)生變形。

舉例

小尺寸貼片封裝

單列直插式封裝

引腳中心距通常為2.54mm，引腳數(shù)最多為二三十收縮型雙列直插式封裝

引腳中心距

為1.778mm

舉例

J型引腳小外形封裝

J形引腳小尺寸封裝SOJ。多數(shù)用于DRAM等內(nèi)存LSI電路，用SOJ封裝的DRAM器件很多都裝配在SIMM上。引腳中心距1.27mm，引腳數(shù)從20至40不等。

舉例

縮小型SOP

三極管引腳插入式封裝形式信號(hào)放大和電源穩(wěn)壓

舉例

舉例

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薄小外形封裝只有1mm，適合高頻使用。大部分的SDRAM內(nèi)存芯片

舉例

薄的縮小型SOP

輸入輸出引腳數(shù)大大增加主要缺陷，即錫球的共面性問題

微型球型矩陣封裝

舉例

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當(dāng)前國(guó)際封裝業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)芯片封裝工藝：由逐個(gè)芯片封裝在向圓片級(jí)封裝、模塊封裝，系統(tǒng)封裝轉(zhuǎn)變；芯片與封裝間的互連：從引線鍵合（WB）在向倒裝焊（FC）轉(zhuǎn)變；引線短、密度增大、頻率高封裝兩側(cè)（DIP，SOP）向封裝四周（QFP，PLCC）和封裝底面面陣列（BGA，PGA）布線轉(zhuǎn)變；微電子封裝和PCB板或卡之間的互連已由通孔插裝為主轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻姘惭b為主；封裝密度正越來(lái)越高。芯片面積與封裝面積之比越來(lái)越接近于1，適用頻率越來(lái)越高，耐溫性能越來(lái)越好，引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性提高，使用更加方便等等。

5、集成電路指標(biāo)說(shuō)明特性功能用途邏輯符號(hào)封裝工作條件極限工作條件特性直流特性交流特性6、集成電路命名國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的命名方法5個(gè)部分：XXXXXXXXXC，表示中國(guó)表示分類，用字母表示表示品種代號(hào)，數(shù)字或字母，與國(guó)際品種一致表示工作溫度范圍，用字母表示表示封裝形式，用字母表示電路分類字母表AD模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換B非線性電路CCMOSD音響電路DA數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換EECLF放大器HHTLJ接口電路M存儲(chǔ)器S特殊電路TTTLW穩(wěn)壓器U微型計(jì)算機(jī)6、集成電路命名國(guó)外產(chǎn)品溫度范圍：M（1類產(chǎn)品，軍品級(jí)）-55-----125L（2類產(chǎn)品，工業(yè)級(jí)）-25-----85C（3類產(chǎn)品，民品級(jí)）0-----70國(guó)外產(chǎn)品封裝形式：A陶瓷扁平B塑料扁平C陶瓷雙列直插D塑料雙列直插Y金屬園殼F金屬菱形字母后面數(shù)字為引腳個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的發(fā)源地---美國(guó)，全球前20家集成電路設(shè)計(jì)公司大都在美國(guó)核心技術(shù)---美、日和歐洲代工業(yè)主要分布在亞洲，臺(tái)灣地區(qū)和韓國(guó)2005年世界集成電路市場(chǎng)規(guī)模為2357億美元，預(yù)計(jì)2010年總規(guī)模將達(dá)到4247億美元技術(shù)水平進(jìn)入納米時(shí)代，主流技術(shù)的線寬是0.13－0.25微米領(lǐng)先技術(shù)的線寬是0.065－0.130微米全球多條90納米/12英寸的生產(chǎn)線用于規(guī)?；a(chǎn)，基于70－65納米水平線寬的生產(chǎn)技術(shù)已基本成形，Intel公司的CPU芯片已經(jīng)采用45（32）納米的生產(chǎn)工藝。目前，世界最高水平的單片集成電路芯片上所容納的元器件數(shù)量已經(jīng)達(dá)到80多億個(gè)。目前國(guó)際高端集成電路晶片直徑是12英寸7、集成電路的發(fā)展現(xiàn)狀2007年全球十大公司2007年全球集成電路銷售收入最多的十家公司分別是英特爾，三星電子、東芝、德州儀器、意法半導(dǎo)體、英飛凌、現(xiàn)代半導(dǎo)體、瑞薩、恩智浦和日本電氣1965年，我國(guó)研制出第一塊雙極型集成電路初步形成了設(shè)計(jì)業(yè)、芯片制造業(yè)及封裝測(cè)試業(yè)三業(yè)并舉、比較協(xié)調(diào)的發(fā)展格局出現(xiàn)長(zhǎng)江三角洲（上海、杭州、無(wú)錫）、京津地區(qū)（北京,天津?yàn)橹行?包括遼寧,河北）和珠江三角洲（深圳、珠海、廣州）三個(gè)相對(duì)集中的產(chǎn)業(yè)區(qū)，建立了多個(gè)國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)化基地制造業(yè)的技術(shù)工藝已進(jìn)入國(guó)際主流領(lǐng)域，設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)接近國(guó)際水平。北京、無(wú)錫、武漢和上海等分別建成代表國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)水平的12英寸集成電路生產(chǎn)線。2006年中國(guó)集成電路市場(chǎng)銷售額為4862.5億元。2007年華大公司銷售收入總額大致相當(dāng)于英特爾銷售額的5％。在排名前幾位的芯片設(shè)計(jì)制造商中，業(yè)務(wù)種類主要集中在身份管理、消費(fèi)結(jié)算、通信、MPi、多媒體等低端芯片上面。中國(guó)-集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)存在問題資源利用率芯片與整機(jī)脫節(jié)制造技術(shù)以代工為主業(yè)、缺乏自我品牌創(chuàng)新能力較弱缺乏發(fā)展的資金缺乏專業(yè)的設(shè)計(jì)人才缺乏應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)集成電路制造業(yè)與設(shè)計(jì)業(yè)發(fā)展不協(xié)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)與軟件行業(yè)和集成電路制造業(yè)雙方未能做到相互促進(jìn)和協(xié)調(diào)發(fā)展在許多科研院所和高等院校中，集成電路的設(shè)計(jì)由于缺乏與制造業(yè)等的溝通!造成產(chǎn)品成本過(guò)高!無(wú)法達(dá)到量化生產(chǎn)的目的8、集成電路發(fā)展趨勢(shì)高速、低壓、低功