第一章_集成电路设计基础概述

集成电路设计ICDESIGN第一章集成电路设计基础概述教学目的和要求1、了解本课程的学习内容及知识体系2、微电子学、集成电路基本概念3、掌握集成电路分类及性能描述的主要指标4、了解集成电路制造的基本过程1.1集成电路的发展（IC）是指通过一系列特定的加工工艺，将多个晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容器等无源器件，按照一定的电路连接集成在一块半导体单晶片或者说陶瓷等基片上，作为一个不可分割的整体执行某一特定功能的电路组件。一、概念微电子学：主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学，其目的是实现电路和系统的集成。集成电路：研究电子或离子运动规律及其应用实现信号处理功能多个有源器件和无源器件电路连接整体执行某一特定功能的电路组件。二、集成电路的优点及主要性能优点：集成度：优值（功耗延迟积）：特征尺寸：体积小、能耗低、价廉、性能好。每块集成电路芯片中包含的元器件数目是指电路的延迟时间与功耗相乘。通常是指集成电路中半导体器件的最小尺度。一、按功能分：1、数字集成电路2、模拟集成电路3、数模混合集成电路：组合逻辑、时序逻辑线性集成电路、非线性集成电路如D/AA/D1.2集成电路的分类双极型：MOS型：BiMOS型：NPNPNP速度快、驱动能力、功耗大、成度低PMOS、NMOS、CMOS能耗低、输入阻抗、高抗干扰强、集成度高兼有二者优点，但工艺复杂二、按工艺技术分类集成电路按导电类型可分为双极型集成电路、金属－氧化物－半导体（MOS）集成电路和双极－MOS混合型（BiMOS）集成电路三类。三、按集成度分数字模拟MOS型双极型小规模（SSI）中规模（MSI）大规模（LSI）超大规模（VLSI）特大规模（ULSI）巨大规模（GSI）10210030102~103100~50030~100103~105500~2000100~30105～1072000300107~109109四、按集成方式分：1、单片集成电路：双极型、MOS型、BiMOS型：2、混合集成电路：是指将多个半导体集成电路芯片或半导体集成电路芯片与各种分立元器件通过一定的工艺进行二次集成，构成一个完整的更复杂的功能器件，该功能器件最后被封装在一个管壳中作为一个整体使用。厚膜集成电路、薄膜集成电路。五、按应用领域分六、应用性质分：民用、工业投资源、军用、航空/航天通用IC、专用IC（ASIC）1.3集成电路（IC）制造过程电路设计测试掩模板封装芯片制造单晶材料一、集成电路制造过程框图制造过程环境单个MOS管物理结构示意图二、原始材料制造分为：由硅砂提炼成多晶硅、单晶棒的生长、制造单晶。從矽晶棒切割成的晶圓三、集成电路设计集成电路设计包括功能设计、逻辑设计、电路设计和版图设计。设计过程在计算机辅助下完成，设计人员的最终设计成果是掩模版图。掩模版图四、集成电路芯片制造集成电路芯片制造的主要流程是：单晶片清洗――薄膜制备――图形转移（包括涂布感光胶、曝光、显影和蚀刻）――离子注入――回火――金属溅镀（制金属薄膜）等反复工序――芯片测试。图形转移供测试的芯片五、集成电路封装所谓“封装技术”是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。封装时主要考虑的因素：1、芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1：1。2、引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能。3、基于散热的要求，封装越薄越好。封装后的芯片六、计算机辅助测试（CAT）技术把测试向量作为测试输入激励，利用故障模拟器，计算测试向量的故障覆盖率，并根据获得的故障辞典进行故障定位的技术。集成电路测试是集成电路设计和生产的一道重要工序。1.4本课程的主要内容及要求一、本课程的教学目的1、了解集成电路设计和生产过程，掌握该过程中涉及的主要概念；2、熟悉集成电路设计思路和基本单元电路设计的主要环节；3、掌握逻辑单元阵列法设计集成电路的方法，实现基本数字电路和系统的设计。二、主要内容及要求1、了解集成电路的生产过程，主要是芯片加工工艺，结合一种典型的集成加工工艺过程，对各种工序在整个工艺流程中的作用和意义有全局性的认识，并掌握一些重要工艺的概念和作用，安排在第二章集成电路制造工艺中介绍。2、重点是学习集成电路设计，包括总体设计思路及流程、设计实现的方法、版图设计及设计规则、常用电路组件的设计，功能模块设计。3、学习应用PSPICE软件设计模拟电路、在系统可编程技术设计数字系统的理论与实践。4、介绍CAD概念和常用软件。