集成电路技术简介演示课件
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集成电路介绍ppt课件
5600倍
ENIAC
10万倍
3万倍
60万分之一
军用
中国集成电路现状
中国目前是世界上最大的芯片消费市场 我国集成电路自给率水平偏低，核心芯片缺乏 2018年我国集成电路自给率仅为15.35% 核心芯片自给率更低。比如计算机系统中的MPU、通用电子系统中的FPGA/EPLD和DSP、通信装备中的Embedded MPU和DSP、存储设备中的DRAM和Nand Flash、显示及视频系统中的Display Driver等，国产芯片占有率都几乎为零 2014年6月，颁布《集成电路产业发展推进纲要》，将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。
仙童公司制造的IC
诺伊斯
集成电路的诞生
单晶硅
集成电路晶圆
经过氧化、光刻、腐蚀、注入等工艺在晶圆上“刻画”出各个元件，再通过合金将元件连在一起，成为满足需要的集成电路
集成电路的诞生
平面工艺技术：三极管
三极管是一个电流控制开关元件：be端输入电流大小决定ce端输出电流大小
e
b
c
P
N
N
线宽
P
N
N
e
b
c
侧面
正面
集成电路的发展
12个 晶体管 1962年
1000个 晶体管 1966年
10万个 晶体管 1973年
15万个 晶体管 1977年
1000万个 晶体管 1993年
1亿个 晶体管 1994年
集成电路的发展
1962年，线宽25um 1970年，线宽8um 2000年，线宽180nm 2018年，线宽7nm 1mm=1000um=1000x1000nm 一根头发直径大约75um!
涂胶
ENIAC
10万倍
3万倍
60万分之一
军用
中国集成电路现状
中国目前是世界上最大的芯片消费市场 我国集成电路自给率水平偏低，核心芯片缺乏 2018年我国集成电路自给率仅为15.35% 核心芯片自给率更低。比如计算机系统中的MPU、通用电子系统中的FPGA/EPLD和DSP、通信装备中的Embedded MPU和DSP、存储设备中的DRAM和Nand Flash、显示及视频系统中的Display Driver等，国产芯片占有率都几乎为零 2014年6月，颁布《集成电路产业发展推进纲要》，将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。
仙童公司制造的IC
诺伊斯
集成电路的诞生
单晶硅
集成电路晶圆
经过氧化、光刻、腐蚀、注入等工艺在晶圆上“刻画”出各个元件，再通过合金将元件连在一起，成为满足需要的集成电路
集成电路的诞生
平面工艺技术：三极管
三极管是一个电流控制开关元件：be端输入电流大小决定ce端输出电流大小
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线宽
P
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侧面
正面
集成电路的发展
12个 晶体管 1962年
1000个 晶体管 1966年
10万个 晶体管 1973年
15万个 晶体管 1977年
1000万个 晶体管 1993年
1亿个 晶体管 1994年
集成电路的发展
1962年，线宽25um 1970年，线宽8um 2000年，线宽180nm 2018年，线宽7nm 1mm=1000um=1000x1000nm 一根头发直径大约75um!
涂胶
第1单元集成电路基础ppt课件
产品
钢筋 小轿车 彩电 计算机 集成电路
单位质量对国民生产值（GNP： Gross National Product）的贡献
1 5 30 1000 2000
1. 集成电路概述
1965年，Intel联 合创始人戈登·摩尔提 出了他著名的理论： 半导体芯片上可集成 的元器件的数目每12 个月便会增加一倍。
品测试，由封装测试公司（Assemble & Test）完成。
IC芯片
引线框架冲制 局部镀金 粘接芯片 导线丝焊接
模塑料
制柸
高频预热
模具塑封
成品
打弯成型 去溢料
引线切筋
镀锡
2. 集成电路产业链
常见封装形式
2. 集成电路产业链
➢ 集成电路测试业
集成电路产业链中测试与产品的设计、芯片制造和封装 的关系如下所示
2. 集成电路产业链
➢ 集成电路芯片制造业 现代集成电路芯片制造业（Foundry）以订单加工为主业
，只负责利用企业现有成熟工艺进行芯片制造。
晶圆尺寸（mm）
Φ38→Φ50→Φ75→Φ100→Φ125→Φ150→Φ200→Φ300→Φ450→…
加工特征尺寸
μm：8.0→6.0→5.0→4.0→3.0→2.0→1.5→1.0→0.8→0.6→0.35→0.25 →0.18→0.13→
1956年，威廉·肖克莱（William Shockley）、约翰·巴丁 （John Bardean）、沃特·布拉顿（Walter Brattain）共同获得 诺贝尔物理学奖。
1. 集成电路概述
1952年5月，英国皇家研究所的达默（G. W. A. Dummer ）第一次提出“集成电路”的设想。
1958年9月，美国德州仪器（TI）公司的杰克·基尔比（ Jack Kilby）发明集成电路，1959年2月申请专利并于1964年 获得授权，2000年12月获得诺贝尔物理学奖。
集成电路课件Cha
。
刻蚀工艺
通过刻蚀技术将硅片表面的材 料进行去除或保留，形成电路
结构。
掺杂与离子注入
向硅片中掺入杂质离子，改变 材料的导电性能，实现不同功
能电路的制造。
封装与测试流程
封装工艺
将制造完成的芯片进行封装， 保护芯片免受外界环境的影响 ，同时实现与外部电路的连接
。
测试与验证
对封装完成的集成电路进行功 能和性能测试，确保其性能符 合设计要求。
技术创新风险
集成电路技术更新换代快，企业需不断投入大量资金和人力资源 进行研发，面临技术创新风险。
市场竞争加剧
随着市场规模的不断扩大，集成电路企业间的竞争将更加激烈。
新兴市场和领域的发展机遇
新兴市场和领域如人工智能、物联网、云计算等为集成电路产业提 供了广阔的发展空间和机遇。
THANKS
感谢观看
04
集成电路技术发展趋势
摩尔定律的延续
01
02
03
持续微缩
随着半导体工艺的不断进 步，集成电路中的晶体管 尺寸持续缩小，实现更高 的性能和集成度。
三维集成
从二维芯片堆叠到三维集 成，通过垂直方向上的堆 叠，实现更高效的电路互 联和更强大的计算能力。
新材料应用
探索新型半导体材料，如 硅基氮化镓等，以提高集 成电路的能效和性能。
集成电路的发展历程
1940年代
晶体管的发明，为集成电路的出现奠定了基 础。
1950年代
第一块锗集成电路研制成功。
1960年代
硅集成电路研制成功，开始进入大规模生产阶段 。
1970年代
超大规模集成电路（VLSI）出现，微处理器问世。
1980年代
甚大规模集成电路（ULSI）出现，微电子技术进 入新时代。
刻蚀工艺
通过刻蚀技术将硅片表面的材 料进行去除或保留，形成电路
结构。
掺杂与离子注入
向硅片中掺入杂质离子，改变 材料的导电性能，实现不同功
能电路的制造。
封装与测试流程
封装工艺
将制造完成的芯片进行封装， 保护芯片免受外界环境的影响 ，同时实现与外部电路的连接
。
测试与验证
对封装完成的集成电路进行功 能和性能测试，确保其性能符 合设计要求。
技术创新风险
集成电路技术更新换代快，企业需不断投入大量资金和人力资源 进行研发，面临技术创新风险。
市场竞争加剧
随着市场规模的不断扩大，集成电路企业间的竞争将更加激烈。
新兴市场和领域的发展机遇
新兴市场和领域如人工智能、物联网、云计算等为集成电路产业提 供了广阔的发展空间和机遇。
THANKS
感谢观看
04
集成电路技术发展趋势
摩尔定律的延续
01
02
03
持续微缩
随着半导体工艺的不断进 步，集成电路中的晶体管 尺寸持续缩小，实现更高 的性能和集成度。
三维集成
从二维芯片堆叠到三维集 成，通过垂直方向上的堆 叠，实现更高效的电路互 联和更强大的计算能力。
新材料应用
探索新型半导体材料，如 硅基氮化镓等，以提高集 成电路的能效和性能。
集成电路的发展历程
1940年代
晶体管的发明，为集成电路的出现奠定了基 础。
1950年代
第一块锗集成电路研制成功。
1960年代
硅集成电路研制成功，开始进入大规模生产阶段 。
1970年代
超大规模集成电路（VLSI）出现，微处理器问世。
1980年代
甚大规模集成电路（ULSI）出现，微电子技术进 入新时代。
集成电路技术讲座(PPT 79页)
加速测试(1)
•加速试验的目的是在于让确实存在的缺 陷提前暴露出来，而不是为了诱导产生 新的缺陷或让存在的缺陷逃脱 •加速力选择要与器件可靠性要求紧密关 联，否则可能对改进设计、材料选择、 工艺参数确定等方面产生误导作用。
加速因子
加速因子： 常规条件下的失效时间 加速试验条件下的失效时间
加速因子不但与加速试验条件有关， 还与失效机理、失效位置等因素有关
Qbd＝tdbJ(t)dt
TDDB测试
TDDB
TDDB
电迁移现象
MTF=AJ-n exp[-EA/kT]
MTF=20 年 Jmax=105A/cm2
电迁移测试
%
积 累
90 70
失
效 50
30
10
Pure Al
Al-4%Cu
J=4E6A/cm2 T=175℃
6 10 100 7
400 1000 MTF (hr)
热电子效应
Vs N+
Ig Vgs
Vd N+
Isub Vb
热电子效应测试
• NMOS 0.5um 5V design • 测试方法
Vds=6.7V，7.0V, 7.3V Vss and Vbs=0V Vgs set to max Ibs
失效判据： Gm 偏移10% 时所需时间 T0.1 (->time to 0.1 failure) • 作Ibs/Ids－T0.1图 • 根据Berkeley model预测寿命 ttfIds=Cx-m (ttf 是失效0.1%的时间, C是 Ibs/Ids－T0.1图截距，m是斜率）
• 条件： 121oC/100%RH，205kPa（2atm），
集成电路技术讲座
《集成电路》课件
《集成电路》ppt课 件
xx年xx月xx日
• 集成电路概述 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的种类与特点 • 集成电路的发展趋势与挑战 • 集成电路的实际应用案例
目录
01
集成电路概述
集成电路的定义
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微型电子部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在 一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结 构。
超大规模集成电路（VLSI）
包含10万-100万个逻辑门或元件。
按结构分类的集成电路
单片集成电路
所有元件都在一个芯片上 。
多片集成电路
由多个芯片集成在一个封 装内。
模块化集成电路
由多个独立芯片通过线路 板连接而成。
按应用领域分类的集成电路
01
通信集成电路
用于通信设备中的信号处理和传输 。
消费电子集成电路
射频识别（RFID）技术的集成电路应用
总结词
射频识别技术是利用无线电波进行通信的一种非接触式识别技术，其集成电路应用主要涉及标签芯片和读写器芯 片。
详细描述
RFID标签芯片通常包含存储器、无线通信电路和天线等部分，用于存储和传输信息。而RFID读写器芯片则负责 与标签芯片进行通信，实现信息的读取和写入。RFID技术广泛应用于物流、供应链管理、身份识别等领域。
用于家电、数码产品等消费电子产 品中。
03
02
计算机集成电路
用于计算机硬件中的逻辑运算和数 据处理。
汽车电子集成电路
用于汽车控制系统和安全系统中。
04
xx年xx月xx日
• 集成电路概述 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的种类与特点 • 集成电路的发展趋势与挑战 • 集成电路的实际应用案例
目录
01
集成电路概述
集成电路的定义
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微型电子部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在 一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结 构。
超大规模集成电路（VLSI）
包含10万-100万个逻辑门或元件。
按结构分类的集成电路
单片集成电路
所有元件都在一个芯片上 。
多片集成电路
由多个芯片集成在一个封 装内。
模块化集成电路
由多个独立芯片通过线路 板连接而成。
按应用领域分类的集成电路
01
通信集成电路
用于通信设备中的信号处理和传输 。
消费电子集成电路
射频识别（RFID）技术的集成电路应用
总结词
射频识别技术是利用无线电波进行通信的一种非接触式识别技术，其集成电路应用主要涉及标签芯片和读写器芯 片。
详细描述
RFID标签芯片通常包含存储器、无线通信电路和天线等部分，用于存储和传输信息。而RFID读写器芯片则负责 与标签芯片进行通信，实现信息的读取和写入。RFID技术广泛应用于物流、供应链管理、身份识别等领域。
用于家电、数码产品等消费电子产 品中。
03
02
计算机集成电路
用于计算机硬件中的逻辑运算和数 据处理。
汽车电子集成电路
用于汽车控制系统和安全系统中。
04
《集成电路应用》课件
集成电路的技术创新
新材料的应用
采用新型材料，如碳纳米管、二维材料等，提高 集成电路的性能和降低功耗。
制程技术的进步
不断缩小芯片制程尺寸，提高芯片性能和集成度 。
封装技术的创新
采用先进的封装技术，如晶圆级封装、3D封装等 ，提高集成效率和可靠性。
集成电路在未来的应用前景
人工智能
物联网
集成电路作为人工智能技术的硬件基础， 将广泛应用于人工智能芯片、边缘计算等 领域。
集成电路的工作流程
集成电路的工作流程主要包括输入信号 的处理、信号的传输、信号的处理和输 出信号的处理等步骤。
在输出信号处理阶段，集成电路将处理 后的信号转换回适合外部应用的信号， 并将其输出。
在信号处理阶段，集成电路对接收到的 信号进行必要的处理，如放大、运算、 比较等。
在输入信号处理阶段，集成电路接收外 部输入的信号，并将其转换为适合内部 处理的信号。
集成电路的应用领域
总结词
集成电路应用广泛，涉及通信、计算机、工业控制、消费电子、医疗电子等多个领域。
详细描述
集成电路应用广泛，涉及通信领域的手机、基站、路由器等；计算机领域的个人电脑、 服务器等；工业控制领域的智能仪表、工业控制系统等；消费电子领域的电视、音响、 游戏机等；医疗电子领域的医疗设备、远程诊疗系统等。集成电路作为现代电子系统的
感谢您的观看
医疗设备中的集成电路
医疗设备是现代医疗中不可或缺的重要工具， 而集成电路在医疗设备中扮演着关键角色。
医疗设备中的集成电路主要用于信号处理、控 制、监测等功能，如心电图机、监护仪、超声 波诊断仪等设备中都有集成电路的存在。
集成电路的应用使得医疗设备更加精准、可靠 ，提高了医疗诊断和治疗的水平，为人们的健 康提供了更好的保障。
集成电路课件Cha
逻辑合成工具
将硬件描述语言转换为门级网 表，进行逻辑优化和布局规划 。
布图工具
用于物理版图的绘制和编辑， 如Cadence、Synopsys等。
仿真工具
用于模拟电路行为，如 ModelSim、NC-Sim等。
集成电路设计的挑战与解决方案
功耗问题
随着芯片规模不断增大，功耗问 题越来越突出。解决方案包括优 化芯片架构、降低工作电压和使
1965年
仙童半导体的摩尔提出了著名的摩尔定律 ，预测了集成电路的发展趋势。
集成电路的应用领域
计算机领域
CPU、GPU、内存、硬盘等计 算机硬件中都集成了大量的集 成电路。
汽车电子领域
汽车中的发动机控制、安全气 囊、ABS防抱死系统等都依赖 于集成电路。
通信领域
手机、基站、路由器等通信设 备中都使用了大量的集成电路。
用低功耗设计技术等。
时序问题
随着芯片工作频率不断提高，时 序问题越来越突出。解决方案包 括精确估算时钟偏差、使用时钟
管理和同步技术等。
可靠性问题
随着芯片工作温度和电压波动范 围不断增大，可靠性问题越来越 突出。解决方案包括使用耐久性 和可靠性设计技术、进行可靠性
分析和测试等。
03
集成电路制造
制造工艺流程
高性能挑战
随着集成电路速度和性能的提高，测 试的难度增加。解决方案：采用高速、 高稳定的测试设备和算法，确保测试 结果的准确性和可靠性。
05
集成电路发展趋势与未 来展望
技术创新与进步
摩尔定律的延续
集成电路技术不断进步，晶体管尺寸持续缩小，性能不断提升。
新材料、新工艺的应用
新型材料如碳纳米管、二维材料等在集成电路制造中的应用，提高 了芯片性能和集成度。
将硬件描述语言转换为门级网 表，进行逻辑优化和布局规划 。
布图工具
用于物理版图的绘制和编辑， 如Cadence、Synopsys等。
仿真工具
用于模拟电路行为，如 ModelSim、NC-Sim等。
集成电路设计的挑战与解决方案
功耗问题
随着芯片规模不断增大，功耗问 题越来越突出。解决方案包括优 化芯片架构、降低工作电压和使
1965年
仙童半导体的摩尔提出了著名的摩尔定律 ，预测了集成电路的发展趋势。
集成电路的应用领域
计算机领域
CPU、GPU、内存、硬盘等计 算机硬件中都集成了大量的集 成电路。
汽车电子领域
汽车中的发动机控制、安全气 囊、ABS防抱死系统等都依赖 于集成电路。
通信领域
手机、基站、路由器等通信设 备中都使用了大量的集成电路。
用低功耗设计技术等。
时序问题
随着芯片工作频率不断提高，时 序问题越来越突出。解决方案包 括精确估算时钟偏差、使用时钟
管理和同步技术等。
可靠性问题
随着芯片工作温度和电压波动范 围不断增大，可靠性问题越来越 突出。解决方案包括使用耐久性 和可靠性设计技术、进行可靠性
分析和测试等。
03
集成电路制造
制造工艺流程
高性能挑战
随着集成电路速度和性能的提高，测 试的难度增加。解决方案：采用高速、 高稳定的测试设备和算法，确保测试 结果的准确性和可靠性。
05
集成电路发展趋势与未 来展望
技术创新与进步
摩尔定律的延续
集成电路技术不断进步，晶体管尺寸持续缩小，性能不断提升。
新材料、新工艺的应用
新型材料如碳纳米管、二维材料等在集成电路制造中的应用，提高 了芯片性能和集成度。
集成电路演示文稿(共13张PPT)
第8页，共13页。
IC在产品中的应用
第9页，共13页。
第10页，共13页。
第11页，共13页。
第12页，共13页。
第13页，共13页。
LM124
AP1501可调整 稳压输出IC
4053 电子开关
MC802 CPU
BH1417调频发 射IC
TDA7478 RDISR解2Y码31视频解 BA3884F/BA3884码S音IC频转换IC
TDA7386功放
LM2575 3.3V稳 CD4053电子开
压管
关
STR736 CPU 9945双N-MOS管
集成电路演示文稿
第1页，共13页。
IC（集成电路）分类
集成电路定义： 集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，
把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元 件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质 基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微 型结构。
第2页，共13页。
4FC*MS17S61S625DG0R1GA电SM视子AD频开VV2解D关频18缓码解8冲ID码C存VD储音器
LM8272高频运 算放大器
AM2576-ADJ 可 FMS6501电子开
调整稳压器
关
29JL064H闪存
PT2328(按键处 理IC)
FM7843解码T触DA摸7屏478 RDS解 集成电路特点： 码
方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到 广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体 PT2328管(按键可处理提IC) 高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。
我司常用一些IC的分类 TDA7478 RDS解码 TDA7419音频二分五 集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。 (五)按外形分类
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 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。
全定制
低
高
长
标准单元
可编程逻辑器件
高
低
短
© 2014 NJUPT
l Confidential
33
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
© 2014 NJUPT
l Confidential
模拟集成电路设计流程
• 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。
• 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。
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
© 2014 NJUБайду номын сангаасT
l Confidential
19
Fabless & Foundry
基准源
共模反馈电路
偏置电路
OUT1 OUT2
36
结构级
晶体管级
© 2014 NJUPT
l Confidential
器件物理级
37
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
© 2014 NJUPT
l Confidential
0.35um->0.25um->0.18um->0.13um-> 纳米时代
90nm ->65nm->45nm-> 32nm
© 2014 NJUPT
l Confidential
10
集成电路的尺寸
© 2014 NJUPT
l Confidential
11
各种IC相关产品无处不在
流媒体 手机电视
汽车电子
• 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 …
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…
© 2014 NJUPT
l Confidential
Fabless & Foundry
2% 18%
13% 67%
22
Asia North America Japan Europe
© 2014 NJUPT
Foundry业务地区分布
l Confidential
23
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
第一块集成电路
8
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
© 2014 NJUPT
l Confidential
9
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
6
分立vs 集成
© 2014 NJUPT
l Confidential
7
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
© 2014 NJUPT
l Confidential
John Bardeen
模拟电路设计
34
布局布线(Layout)
晶体管级原理图设计 前仿真
CMOS、双极(Bipolar)、Bi-CMOS
物理规则验证 (DRC: Design Rule Check)
与电路图一致性验证 (LVS: Layout vs. Schematic)
寄生参数提取 (PE: Parasitical Extraction)
• 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。
© 2014 NJUPT
l Confidential
16
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
现代IC设计绝大多数采用CMOS工艺
© 2014 NJUPT
GDSII文件
l Confidential
后仿真
35
数数字字集集成成电电路路设设计计流流程程
数字电路设计
(Complementary
CMOS Metal Oxide
Semiconductor)
Verilog/VHDL进行 行为级功能设计
布局布线 (LAYOUT)
行为级功能仿真 综合(Synthesis) 门级verilog仿真
1
集成电路技术简介
张长春 副教授
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zhangcc@
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2
集成电路与微电子
材料与物理
系统
微电子 广义与狭义
器件与工艺
集成电路
电路
设计
工具
电路与系统
工艺
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3
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
物理规则验证 (DRC: Design Rule Check)
与电路图一致性验证 (LVS: Layout vs. Schematic)
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GDSII文件
电路设计抽象级别
ENABLE ENABLE
DIN
系统级
使能电路
上电复位电路
发送控制电路
输出驱动电路
高清影像 视频电话
音响设备 DVD 播放器
游戏机 USB闪存
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集成电路市场产品构成
其他, 729.7, 22%
12
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%。
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39
集成电路材料
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集成电路制造
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41
集成电路制造
数字电路 数模混合电路 现代模拟电路
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我国IC制造骨干企业地区分布
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29
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
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集成电路的分类
根据电路类型：
期短，性能较好 专用电路 (ASIC)
✓可编程逻辑器件 (FPGA/PLD) 预先生产的芯片，设计周期最短
，低研发成本 原形验证(Prototyping)，可重构计
算
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集成电路设计方法的比较
全定制
低
高
长
标准单元
可编程逻辑器件
高
低
短
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33
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
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模拟集成电路设计流程
• 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。
• 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。
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
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19
Fabless & Foundry
基准源
共模反馈电路
偏置电路
OUT1 OUT2
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结构级
晶体管级
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器件物理级
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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
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0.35um->0.25um->0.18um->0.13um-> 纳米时代
90nm ->65nm->45nm-> 32nm
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10
集成电路的尺寸
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各种IC相关产品无处不在
流媒体 手机电视
汽车电子
• 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 …
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…
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Fabless & Foundry
2% 18%
13% 67%
22
Asia North America Japan Europe
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Foundry业务地区分布
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23
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
第一块集成电路
8
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
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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
6
分立vs 集成
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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
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John Bardeen
模拟电路设计
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布局布线(Layout)
晶体管级原理图设计 前仿真
CMOS、双极(Bipolar)、Bi-CMOS
物理规则验证 (DRC: Design Rule Check)
与电路图一致性验证 (LVS: Layout vs. Schematic)
寄生参数提取 (PE: Parasitical Extraction)
• 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。
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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
现代IC设计绝大多数采用CMOS工艺
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GDSII文件
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后仿真
35
数数字字集集成成电电路路设设计计流流程程
数字电路设计
(Complementary
CMOS Metal Oxide
Semiconductor)
Verilog/VHDL进行 行为级功能设计
布局布线 (LAYOUT)
行为级功能仿真 综合(Synthesis) 门级verilog仿真
1
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张长春 副教授
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集成电路与微电子
材料与物理
系统
微电子 广义与狭义
器件与工艺
集成电路
电路
设计
工具
电路与系统
工艺
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3
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
物理规则验证 (DRC: Design Rule Check)
与电路图一致性验证 (LVS: Layout vs. Schematic)
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GDSII文件
电路设计抽象级别
ENABLE ENABLE
DIN
系统级
使能电路
上电复位电路
发送控制电路
输出驱动电路
高清影像 视频电话
音响设备 DVD 播放器
游戏机 USB闪存
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集成电路市场产品构成
其他, 729.7, 22%
12
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%。
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集成电路材料
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集成电路制造
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集成电路制造
数字电路 数模混合电路 现代模拟电路
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我国IC制造骨干企业地区分布
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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
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集成电路的分类
根据电路类型：
期短，性能较好 专用电路 (ASIC)
✓可编程逻辑器件 (FPGA/PLD) 预先生产的芯片，设计周期最短
，低研发成本 原形验证(Prototyping)，可重构计
算
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集成电路设计方法的比较