【芯片设计 精】集成电路技术简介
超大规模集成电路设计 集成电路制作工艺：CMOS工艺
通过改进制程技术和优化工艺参数，降低芯片静 态功耗，提高能效比。
新型CMOS工艺的研究与开发
新型材料的应用
异构集成技术
研究新型半导体材料，如碳纳米管、 二维材料等，以实现更高的性能和更 低的功耗。
研究将不同类型的器件集成在同一芯 片上的技术，以提高芯片的功能多样 性和集成度。
新型制程技术
探索新型制程技术，如自对准技术、 无源元件集成技术等，以提高芯片集 成度和降低制造成本。
高可靠性
CMOS电路的开关速度较 慢，减少了电路中的瞬态 电流和电压尖峰，提高了 电路的可靠性。
集成度高
CMOS工艺可以实现高密 度的集成电路，使得芯片 上可以集成更多的器件和 功能。
稳定性好
CMOS工艺的输出电压与 输入电压的关系较为稳定， 具有较好的线性度。
CMOS工艺的应用领域
计算机处理器
CMOS工艺广泛应用于计 算机处理器的制造，如中 央处理器（CPU）和图形 处理器（GPU）。
可靠性挑战
随着集成电路集成度的提高，CMOS工艺面临着 可靠性方面的挑战，如热稳定性、电气性能、可 靠性等。
解决方案
采用先进的材料和制程技术，如高k介质材料、金 属栅极材料、应力引入技术等，以提高集成电路 的可靠性和稳定性。
环境问题与解决方案
环境问题
CMOS工艺中使用的化学物质和制程过程中产生的废弃物对环境造成了影响。
同性的刻蚀。
反应离子刻蚀（RIE）
02
结合等离子体和化学反应，实现各向异性刻蚀，特别适合于微
细线条的加工。
深反应离子刻蚀（DRIE）
03
一种更先进的刻蚀技术，能够实现深孔和槽的加工，广泛应用
于三维集成电路制造。
集成电路的介绍
集成电路的介绍集成电路是一种采用特殊工艺，将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，英文缩写为IC，也俗称芯片。
集成电路是六十年代出现的，当时只集成了十几个元器件。
后来集成度越来越高，也有了今天天地P－III。
集成电路根据不同的功能用途分为模拟和数字两大派别，而具体功能更是数不胜数，其应用遍及人类生活的方方面面。
集成电路根据内部的集成度分为大规模中规模小规模三类。
其封装又有许多形式。
“双列直插”和“单列直插”的最为常见。
消费类电子产品中用软封装的IC，精密产品中用贴片封装的IC等。
对于CMOS型IC，特别要注意防止静电击穿IC，最好也不要用未接地的电烙铁焊接。
使用IC也要注意其参数，如工作电压，散热等。
数字IC多用＋5V的工作电压，模拟IC工作电压各异。
集成电路有各种型号，其命名也有一定规律。
一般是由前缀、数字编号、后缀组成。
前缀表示集成电路的生产厂家及类别，后它一般用来表示集成电路的封装形式、版本代号等。
常用的集成电路如小功率音频放大器LM386就因为后缀不同而有许多种。
LM386N美国国家半导体公司的产品，LM代表线性电路，N代表塑料双列直插。
这里有各大IC生产公司的商标及其器件型号前缀。
集成电路型号众多，随着技术的发展，又有更多的功能更强、集成度更高的集成电路涌现，为电子产品的生产制作带来了方便。
在设计制作时，若没有专用的集成电路可以应用，就应该尽量选用应用广泛的通用集成电路，同时考虑集成电路路的价格和制作的复杂度。
在电子制作中，有许多常用的集成电路，如NE555（时基电路）、LM324（四个集成的运算放大器）、TDA2822（双声道小功率放大器）、KD9300（单曲音乐集成电路）、LM317（三端可调稳压器）等。
集成电路的设计与制造技术
集成电路的设计与制造技术集成电路是当今计算机科学和电子工程领域的核心技术之一。
它可以将数百万个电子元件集成在一个芯片上，实现了巨大的计算和数据处理能力。
在这篇文章中，我们将深入探讨集成电路的设计和制造技术，了解其背后的原理和工艺。
一、简介集成电路是一种电子元件，主要由晶体管、电容器和电阻器等构成。
这些元件可以在微小的芯片上布置成复杂电路和逻辑门。
通过这些电路，集成电路可以实现多种计算和数据处理功能，例如中央处理器、随机存储器和数字信号处理器等。
集成电路可以分为数字集成电路和模拟集成电路两种类型。
数字集成电路主要用于处理数字信号，例如计算机中的算术运算和逻辑门。
模拟集成电路则主要用于处理模拟信号，例如放大器和滤波器等。
二、设计技术集成电路的设计是一个复杂的过程，需要涉及电路理论、计算机科学和芯片制造工艺等多个方面。
下面我们来看看几种常用的设计技术。
1.逻辑门设计逻辑门是计算机中的基本组成单元，它可以接受一个或多个输入，然后输出一个或多个输出信号。
逻辑门的种类有很多种，例如与门、或门、非门和异或门等。
逻辑门的设计涉及到布尔代数和逻辑函数等数学知识。
通过这些理论，我们可以将逻辑门的输入和输出转化为二进制信号，并将其实现在芯片上。
2.电路仿真电路仿真是一种模拟电路行为的技术。
利用电路仿真软件，我们可以模拟集成电路的电路行为，查看其合理性和性能。
电路仿真能够在设计早期发现问题，并提供一种验证设计的方法。
电路仿真还可以帮助工程师进行电路优化。
通过反复调整和仿真，我们可以找到最优的电路设计方案，从而实现更高的性能和可靠性要求。
3.EDA工具EDA（Electronic Design Automation）工具是一种电子设计自动化软件，它可以帮助工程师快速设计、布局和验证集成电路。
例如，我们可以使用EDA工具自动产生电路板原型，自动生成布线方案和排布芯片布局等。
EDA工具的优势在于它可以大大缩短集成电路的设计周期，提高设计精度和效率，同时也减少了设计错误的风险。
集成电路基础知识概述
集成电路基础知识概述集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是指将多个电子元件（如晶体管、电阻、电容等）以一种特定的方式集成在单一的半导体芯片上的电路。
IC的出现和发展对现代电子技术的发展起到了重要的推动作用。
本文将对集成电路的基础知识进行概述，介绍其定义、分类、制造工艺和应用领域。
一、集成电路的定义集成电路是指将多个电子元件集成在单一芯片上，实现特定功能的电路。
它可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。
模拟集成电路处理连续信号，数字集成电路处理离散信号。
集成电路的核心是晶体管，其作为开关元件存在于集成电路中，通过控制晶体管的导通与截止实现电路的功能。
二、集成电路的分类1. 按集成度分类根据集成度的不同，集成电路可以分为小规模集成电路（Small Scale Integration，SSI）、中规模集成电路（Medium Scale Integration，MSI）、大规模集成电路（Large Scale Integration，LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）等几种。
随着技术的发展，集成度不断提高，芯片上可容纳的元件数量也不断增加。
2. 按构成元件分类按照集成电路中所使用的主要元件类型，可以将集成电路分为晶体管-电阻-电容（Transistor-Resistor-Capacitor，TRC）型集成电路、金属-氧化物-半导体 (Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)型集成电路、双极性晶体管 (Bipolar Junction Transistor，BJT)型集成电路等。
不同类型的集成电路适用于不同的应用场景。
三、集成电路的制造工艺集成电路的制造工艺主要包括晶圆制备、掩膜生成、光刻、腐蚀、离子注入、金属蒸镀、电火花、封装测试等步骤。
其中，晶圆制备过程是整个制造工艺的基础，它包括晶体生长、切片和研磨抛光等步骤。
集成电路介绍
集成电路介绍集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是一种关键的电子元件，它能够将上千个电子元器件集成在一个芯片上。
集成电路可以说是现代电子行业的核心和支柱，它在计算机、通信、家电、医疗等各个领域发挥着重要作用。
本文将为大家介绍集成电路的原理、分类、制造工艺以及应用方向等内容。
首先，让我们来了解一下集成电路的原理。
集成电路的核心是芯片，而芯片由晶体管、电阻、电容等元件组成，它们通过微细的线路连接在一起，并在一个硅片上完成制作。
芯片中的晶体管是最关键的元件，它能实现电流的控制，从而实现逻辑电路的功能。
通过不同的电流组合，集成电路可以完成各种计算和控制任务，使得我们的设备具备智能、高效的性能。
根据功能的不同，集成电路可以分为数字集成电路和模拟集成电路两类。
数字集成电路主要用于逻辑运算、数字信号处理等领域，它们能够高效地处理大量的二进制数据。
而模拟集成电路则可以实现信号的放大、滤波、混频等功能，广泛应用于音频、视频等领域。
此外，还有混合信号集成电路，它结合了数字和模拟电路的特点，可以处理数字和模拟信号的混合输入输出，使得系统的性能更加出色。
集成电路的制造工艺也是非常重要的。
目前最常见的制造工艺是CMOS工艺（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）。
CMOS工艺利用硅片作为基底，通过一系列工序进行晶体管的制作。
该工艺因为功耗低、集成度高等优点，被广泛应用于各个领域。
除此之外，还有Bipolar、BICMOS等制造工艺，它们在特定的应用场景下具有独特的优势。
集成电路的应用范围非常广泛。
在计算机领域，集成电路是CPU、内存等重要组成部分，它们决定了计算机的运算速度和存储能力。
在通信领域，集成电路被广泛应用于无线通信、卫星通信等系统中，实现了快速、稳定的数据传输。
在家电领域，集成电路使得电视、洗衣机、空调等设备具备了智能控制和效能调节功能。
在医疗领域，集成电路的应用包括医疗器械、医学影像设备等，为医生提供了更加精准、高效的诊疗手段。
集成电路设计中的新技术和应用
集成电路设计中的新技术和应用集成电路（Integrated Circuit，IC）是电子技术领域的关键技术和基础，其应用范围广泛，贯穿了现代科技的方方面面。
它的发展进入到精密化、高速化、低功耗化、多功能等多个方向。
新技术的不断涌现和新应用的不断拓展是推动集成电路发展的重要动力，本文将会介绍集成电路设计中的新技术和应用。
一、硅基光电集成电路传统的集成电路主要采用电信号来进行信号的传输和处理，如今，随着光电技术的迅速发展，硅基光电集成电路（Silicon Photonics）已成为新一代高速通信和计算机数据存储技术的重要代表之一。
硅基光电集成电路通过在硅基材料上集成光电器件来实现光电信号的传输和处理功能，可以实现高速、低功耗、高集成度等特性。
硅基光电技术的发展对于未来的计算机通信和互联网技术有着重要的推动作用。
它可以应用于高速光通信、光网络、计算机系统等领域。
近年来，一些国际顶尖的半导体制造企业纷纷涉足该领域并获得了一定的成就，旨在为未来的5G通信和大规模云计算提供更快速、更安全的通信和数据处理方案。
二、三维集成电路三维集成电路（3D-IC）是一种新型的集成电路设计技术，它利用微处理器堆叠和垂直互连技术实现了多层芯片的封装集成。
相比于传统的单层芯片设计，三维集成电路设计可以大大提高芯片的集成度和性能，减小尺寸和功耗。
三维集成电路在大规模集成电路设计领域具有广泛应用前景。
它可以应用于高端计算机、存储器、传感器等领域，并有望成为未来智能手机、平板电脑、智能手表等移动设备的新一代芯片技术。
三、先进封装在传统集成电路设计中，芯片设计完成后，需要通过封装等技术将芯片与外部世界进行连接，实现芯片的功能。
而现在，一种新的芯片封装技术——先进封装技术出现在了人们的视野。
先进封装技术是一种先进的封装技术，可以将多功能封装在更小、更薄和更集成的封装体积内，既可以满足复杂电路的需要，又可以提高芯片的耐用性和可靠性。
这种技术主要有晶圆级封装（WLP）、先进梯形封装（ADT）、面向板级封装（B2B）等。
第2讲 集成电路技术基础知识
电路规模：2300个晶体管 生产工艺：10um 最快速度：108KHz
Intel 公司 CPU—386TM 通信终端新技术
电路规模：275,000个晶体管
生产工艺：1.5um 最快速度：33MHz
Intel 公司最新一代CPU—Pentium® 4
通信终端新技术
电路规模：4千2百万个晶体管
生产工艺：0.13um
ULSI (1990) 107-108 <1 15-10
结深(um) 芯片面积 (mm2)
被加工硅片直 径(mm)
2-1.2 <10
50-75
1.2-0.5 10-25
100-125
0.5-.02 25-50
150
0.2-.01 50-100
>150
通信终端新技术 Intel 公司第一代 CPU—4004
37
通信终端新技术
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通信终端新技术
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通信终端新技术
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通信终端新技术
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通信终端新技术
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通信终端新技术
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通信终端新技术
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通信终端新技术
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通信终端新技术
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通信终端新技术
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通信终端新技术
交流/直流
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通信终端新技术
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通信终端新技术
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通信终端新技术
51
通信终端新技术
通信终端新技术
PVD
2,500 additional square feet of "State of the Art" Class One Cleanroom is currently processing wafers! With increased 300mm & 200mm processing capabilities including more PVD Metalization, 300mm Wet processing / Cleaning capabilities and full wafer 300mm 0.35um Photolithography, all in a Class One enviroment.
集成电路设计中的关键技术解析
集成电路设计中的关键技术解析一、前言集成电路是当今信息科技崛起的核心技术，它是各种电子设备的掌控中心，为人们的生活提供了便利。
而集成电路的设计是实现其功能的前提，设计的好坏直接关系到芯片的性能和质量。
因此，掌握集成电路设计的核心技术非常重要。
本文针对集成电路设计中的关键技术进行分析和探讨，旨在帮助读者了解和掌握集成电路设计的关键技术，为其在该领域拓展更广阔的发展空间提供技术支持和指导。
二、基础知识在讨论集成电路设计中的关键技术之前，有几个基础概念需要了解。
1、芯片元件设计芯片元件设计在整个集成电路设计中占据着重要的地位，它是实现集成电路功能的最基本要素。
芯片元件设计主要包括三个方面：（1）电路设计，指的是集成电路内部的电路原理图设计。
（2）版图设计，是指对电路布局的设计。
（3）物理设计，包括对电路的物理尺寸、硅片材料等细节设置。
2、库库，是用来存储和组织芯片设计的基础元件（如逻辑门等）和算法的数据库。
在芯片设计过程中，设计工程师可以查找所需元件或算法，从而加快芯片设计进程。
3、封装封装就是将单个芯片先封装成一个元件（例如，芯片上的几个电子器件在消山一般的封装中被组合成一个管），再将这个元件与其他部件组装成完整的设备。
三、关键技术1、低功耗设计技术随着移动设备、物联网等电子设备的不断发展，对于集成电路能够持久、快速运行的实时、高速、高效的需求也在不断增加。
低功耗设计技术应运而生，其重点是降低芯片静态和动态功率，以满足设备的可持续有效运行。
低功耗的关键在于优化电路和设计。
采用节能技术如深度睡眠/待机模式、动态频率调整、静态电压缩等技术，避免无谓的功耗损失。
同时，还要考虑尽可能地缩小电路动态电压的漂移幅度，以减少功耗的损失，提高芯片的稳定性。
2、嵌入式系统设计技术嵌入式系统是指将计算机技术应用于各种电子设备，通过芯片对设备进行控制和处理。
嵌入式系统的应用范围非常广泛，如手机、电视、智能穿戴等。
嵌入式系统设计技术主要包括：架构设计和软件开发。
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1980年代至1990年代
1990年代之後
System
IC-ASSP
IC-ASIC
SOC-IP
产业分工
IC 产业主要由设计业、制造业、封测业组成
制造
设计
封装测
试
除此之外，还有半导体材料、设备、设计软件工具等 附加产业
Fabless & Foundry
微米
10
1
栅长
10G
芯片复杂度
1G
58%/年
100M
差距增大 10M
1M
0.1
20%/人年
100K
设计产率
10K
0.01
1K
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
集成电路设计能力增长不能跟上芯片复杂度的增长速率
Fabless & Foundry
• 无生产线（Fabless）：IC设计单位不拥有生产线。拥有设计人才和技 术
• 代工（Foundry）：芯片设计单位和工艺制造单位的分离，即芯片设计 单位可以不拥有生产线而存在和发展，而芯片制造单位致力于工艺实现， 即代客户加工（简称代工）方式。代工方式已成为集成电路技术发展的 一个重要特征。
集成电路技术简介
集成电路与微电子
材料与物理
微电子 广义与狭义
器件与工艺
集成电路 设计
电路与系统
系统 电路 工具 工艺
内容
➢ 集成电路的出现 ➢ 集成电路的产业分工 ➢ 集成电路的分类 ➢ 集成电路的设计 ➢ 集成电路制造 ➢ 集成电路的封装 ➢ 集成电路的测试
电子管vs.晶体管
• 最早的电子计算机 18000个电子管，1500个继电器，占地150m2, 重30吨，耗电140kW
集成电路设计
• EDA工具、服务器、个人计算机(PC)、工程 技术人员……
集成电路制造
• 厂房、动力、材料（硅片、化合物半导体材料） 、专用设备、仪器（光刻机、刻蚀机、注入机…
集成电路封装 集成电路测试 集成电路应用
• 划片机、粘片机、键合机、包封机、切筋打弯机、 芯片、塑封料、引线框架、金丝………
• Step2：设计单位根据研究项目提出的技术指标，在自己掌握的电路与系统 知识的基础上，利用PDK提供的工艺数据和CAD/EDA工具，进行电路设计、电 路仿真（或称模拟）和优化、版图设计、设计规则检查DRC、参数提取和版 图电路图对照LVS，最终生成通常称之为GDS-Ⅱ格式的版图文件。再通过因 特网传送到代工单位。
各种IC相关产品无处不在
流媒体 手机电视
汽车电子
高清影像 视频电话
音响设备 DVD 播放器
游戏机 USB闪存
集成电路市场产品构成
其他, 729.7, 22%
3C概念
消费类, 669.5, 20%
计算机类, 1329.4, 40%
通信类, 613.4, 18%
集成电路市场按整机应用划分，可分为 计算机类、消费类、 通信类等不同类别。这三类占了整个市场的78%。
内容
➢ 集成电路的出现 ➢ 集成电路的产业分工 ➢ 集成电路的分类 ➢ 集成电路的设计 ➢ 集成电路制造 ➢ 集成电路的封装 ➢ 集成电路的测试
产业链
整机系统提出应用需求
• 计算机与网络、通信（有线、无线、光通信、 卫星通信）
• 数字音视频（电视机、视盘机DVD、MP3播放器、 音响……）
• IC卡（身份认证）与电子标签、汽车电子、生 物电子、工业自动化 …
Fabless & Foundry
2% 18%
13% 67%
Asia
North America Japan
EuropeBiblioteka Foundry业务地区分布
多项目晶圆（MPW）计划
MPW：将几到几十种工艺上兼容的芯片拼装到一个宏芯片上然后以步进的 方式排列到一到多个晶圆上
MPW意义： • 降低研制成本 • MPW技术服务中心成为虚拟中心为无生产线IC和代工制造之间建立信息流和
• 流片：完成芯片的流水式加工，将版图数据定义的图形最终有序地固化 到芯片上的过程。
Fabless & Foundry
无生产线与代工（F & F）的关系图
Fabless & Foundry
• Step1：代工单位将经过前期开发确定的一套工艺设计文件PDK（Pocess Design Kits)通过因特网传送给设计单位。
• Step3：代工单位根据设计单位提供的GDS-Ⅱ格式的版图数据，首先制作掩 模（Mask），将版图数据定义的图形固化到铬板等材料的一套掩模上。
• Step4：在一张张掩模的参与下，工艺工程师完成芯片的流水式加工，将版 图数据定义的图形最终有序的固化到芯片上。这一过程通常简称为“流片”
• Step5：设计单位对芯片进行参数测试和性能评估。符合技术要求时，进入 系统应用。从而完成一次集成电路设计、制造和测试与应用的全过程。
• 测试设备、测试程序、测试夹具、测试探针 卡、测试、分选、包装……
• 电脑及网络、通信及终端（手机） 、电视机 、DVD、数码相机、其他
产业分工
系統廠商為主
IDM廠商為主 Fabless為主 晶圓代工為主 IP廠商為主
System
System
System
System
System IC Design IDM Fab Assembly
Test
IC Design IDM Fab Assembly
Test
IC Design
IDM Fab
Assembly Test
IC Design
IDM Fab Foundry Assembly
Test
IP Vendor IC Design IDM Fab Foundry Assembly
Test
1970年代之前
摩尔定律
IC上可容纳的晶体管数目，
微米时代
约每 18 个月便会增加一倍，
3um->2um->1.2um-> 亚微米时代
性能也提升一倍
0.8um->0.5um-> 深亚微米时代
0.35um->0.25um->0.18um->0.13um-> 纳米时代
90nm ->65nm->45nm-> 32nm
集成电路的尺寸
电子管vs.晶体管
分立vs 集成
第一个晶体管
William Bradford Shockley
第一个晶体管 1947年12月23日 贝尔实验室
Walter Houser Brattain John Bardeen
第一块集成电路
Kilby, TI公司 2000年诺贝尔物理奖
1958年第一块集成电路：12个器件，Ge晶片
物流的多条公共渠道
多项目晶圆（MPW）计划 MPW技术降低成本