初识集成电路精.ppt

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1、初识集成电路第1页，本讲稿共22页传说中的“牛屎”第2页，本讲稿共22页何谓牛屎？其实“牛屎”是一种“封装”形式在集成电路（俗称IC）的生产过程中，晶圆厂（行内人叫Wafer厂）将客人委托生产的IC做成1片片的晶圆（Wafer）之后，会先送去测试厂（当然也有人省略不测），测试厂就该IC的功能做测试（测试相关数据当然是由客人自己提供），测试OK的晶圆再送去切割厂或是包装厂1片晶圆可以切割数十颗到数千颗不等，就看是甚么功能的了。如果是像Flash，一般1片是数十颗或是百颗计算，如果是其他消费性的，比如是遥控器，1片上千颗了。第3页，本讲稿共22页正常的IC都会做封装，因为封装的面像好看，感觉也高档

2、。封装（Packaging）厂在封装的时候就会先做切割再包装，出来的IC通称“颗粒”。如果IC不需要封装，就会直接作切割（DiceSort），出来的IC通称“裸片”。那裸片如何将脚位与PCB作连接呢？打线（Bonding）厂就发挥作用了，当打线厂用铝线将裸片与PCB连接在一起之后，必须要有个保护的东西，这个东西就是“胶”打好线，测试好，就得进行”封胶“（进烤箱烘烤1个半钟头左右）出来之后就是大家看到的“牛屎”尽管卖像不好，但是生产过程也花费很多人的心血，所以大家别对“牛屎”有那么大的反感第4页，本讲稿共22页优点：开发周期短封装成本低适用于比较简单的电路缺点:因为是晶元直接绑定在线路板上,所以

3、底衬可能不能很好的焊接或者是焊接不牢靠.受热或者是受冷之后,因为热涨冷缩的原因,底衬可能会接触不良黑胶密封性比起其他方式的封装方式，密封性差很多，可能会受到水，潮湿环境和静电的影响。黑胶封装的胶体有老化的可能黑胶封装的线路板基本没有维修的可能。除了“牛屎”，你还想到了什么关于集成电路的有趣的俗称么？我是“蜈蚣”哥“牛屎牛屎”封装的优缺点封装的优缺点PLAY第5页，本讲稿共22页第三章 集成运算放大器本章内容：主要介绍集成电路在信号运算 和信号处理方面的应用。3-1 3-1 3-1 3-1 集成电路的简单介绍集成电路的简单介绍集成电路的简单介绍集成电路的简单介绍一、集成电路的发展过程一、集成电路

4、的发展过程 科学研究和生产的需要推动着电子技术的发展，而科学研究和生产的需要推动着电子技术的发展，而科学研究和生产的需要推动着电子技术的发展，而科学研究和生产的需要推动着电子技术的发展，而电子器件和电路的改进又带来了科学技术和工业生产水电子器件和电路的改进又带来了科学技术和工业生产水电子器件和电路的改进又带来了科学技术和工业生产水电子器件和电路的改进又带来了科学技术和工业生产水平的进一步提高。迄今，电子器件已经经历了平的进一步提高。迄今，电子器件已经经历了平的进一步提高。迄今，电子器件已经经历了平的进一步提高。迄今，电子器件已经经历了四次重大四次重大四次重大四次重大的变革的变革的变革的变革。第

5、6页，本讲稿共22页1 1、19041904年年,电子三极管（真空三极管）为第一次。电子三极管（真空三极管）为第一次。一、集成电路的发展过程真空三极管的发明人,“无线电之父”,LeedeForest第7页，本讲稿共22页4 4、19741974年年，出出现现了了大大规规模模集集成成电电路路(LSI(Large Scale Integration)为第四次。为第四次。2 2、19481948年，费来明发明了晶体三极管为第二次。年，费来明发明了晶体三极管为第二次。3 3、19581958年，集成电路年，集成电路(IC(IC（integrated circuit）)为第三次。为第三次。（中国（中国6

6、565年生产第一块年生产第一块TTLTTL与非门）与非门）大规模集成电路第8页，本讲稿共22页现在集成电路的规模，正在以平均现在集成电路的规模，正在以平均1 12 2年翻一番的速度在增大。年翻一番的速度在增大。1948 1966 1971 1980 1990 1998 1999 1948 1966 1971 1980 1990 1998 1999 小规模小规模 中规模中规模 大规模大规模 超大规模超大规模 超超大规模超超大规模 超亿规模超亿规模 SSI MSI LSI VLSI ULSI GSISSI MSI LSI VLSI ULSI GSI理论集成度理论集成度 10-100 100 10-

7、100 1001000 10001000 10001010万万 10 10万万100100万万 100 100万万1 1亿亿 1 1亿亿商业集成度商业集成度 1 10 100 1 10 1001000 10001000 10002 2万万 2 2万万5 5万万 5050万万 10001000万万 触发器触发器 计数器计数器 单片机单片机 16 16位和位和3232位位 图象图象 SRAM SRAM 加法器加法器 ROM ROM 微处理器微处理器 处理器处理器 128 128位位CPUCPU（1 1）设计技术的提高，简化电路，合理布局布线）设计技术的提高，简化电路，合理布局布线（2 2）器件的尺

8、寸缩小（工艺允许的最细线条）器件的尺寸缩小（工艺允许的最细线条）（生产环境：超净车间）（生产环境：超净车间）（3 3）芯片面积增大，从）芯片面积增大，从1 15 mm5 mm2 2到现在的到现在的1 cm1 cm2 219671967年在一块晶片上完成年在一块晶片上完成10001000个晶体管的研制成功。个晶体管的研制成功。集成电路集成度的提高主要依靠三个因素集成电路集成度的提高主要依靠三个因素 由由由由于于于于现现现现在在在在这这这这三三三三方方方方面面面面都都都都有有有有所所所所突突突突破破破破，所所所所以以以以集集集集成成成成规规规规模模模模发发发发展展展展很很很很快快快快.这样的发展速

9、度也给我们提出了一些新的问题？这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？7777年美国年美国30mm30mm2 2制作制作1313万个晶体管，即万个晶体管，即64K64K位位DRAMDRAM。第9页，本讲稿共22页 目目前前使使用用的的1616兆兆位位DRAMDRAM集集成成电电路路的的线线条条宽宽度度为为0.5 0.5 微微米米，6464兆兆位位DRAMDRAM集集成成电电路路的的线线条条宽宽度度为为0.3 0.3 微微米米，继继续续发发展展可可望望达达到到0.010.01微微米米，0.010.01微微米米的

10、的概概念念相相当当于于3030个个原原子子排排成成一一列列的的长长度度。这这一一尺尺寸寸在在半半导导体体集集成成电电路路中中，已已经经成成为为极极限限，再再小小PNPN结结的的理理论论就就不不存存在在了了，或或者者说说作作为为电电子子学学范范畴畴的的集集成成电电路路已已达达极极限限，就就会会从从电电子子学学跃跃变变到到量量子子工工学学的的范范畴畴，随随之之而而来来的的一一门门新新的的工工程程学学对对量量子子现现象象加加以以工工程程应应用用的的“量量子子工工学学”也也就就诞诞生生了了，由由这这一一理理论论指指导导而而将将做做成成的的量量子子器器件件，将将延延续续集集成成电电路路的的发发展展。现现

11、在在美美国国和和日日本本正正投投入入大大量量的的人人力力和和物物力力进进行行这这方方面面的的研研究究，并并且且在在“原原子子级级加加工工”方方面取得了一定的成果。面取得了一定的成果。集成电路的技术发展是否有极限？集成电路的技术发展是否有极限？集成电路的技术发展是否有极限？集成电路的技术发展是否有极限？在一块芯片上能制造的晶体管是否有极限？在一块芯片上能制造的晶体管是否有极限？如果如果如果如果“有有有有”，它的极限是多少？还有没有新的，它的极限是多少？还有没有新的，它的极限是多少？还有没有新的，它的极限是多少？还有没有新的方法以求得继续发展。方法以求得继续发展。方法以求得继续发展。方法以求得继续

12、发展。第10页，本讲稿共22页二、集成电路的分类 模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器，集集集集成成成成功功功功放放放放，集集集集成成成成稳稳稳稳压压压压电电电电源源源源，集集集集成成成成模模模模数数数数A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换和和和和数数数数模模模模D/AD/AD/AD/A转转转转换换换换及及及及各各各各种种种种专专专专用用用用的的的的模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路。而而而而集集集集成成成成运运运运放放放放只只只只是是是是模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中的的的的一一

13、一一种种种种，但但但但是是是是应应应应用用用用最最最最为为为为广广广广泛泛泛泛的的的的一一一一种种种种。由由由由于于于于最最最最初初初初用用用用于于于于作作作作运运运运算算算算用用用用，所所所所以以以以称称称称为为为为集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器，而而而而现现现现在在在在的的的的功功功功能能能能已已已已经经经经远远远远远远远远超超超超过过过过了了了了当时的功能，而得到了方泛的应用。当时的功能，而得到了方泛的应用。当时的功能，而得到了方泛的应用。当时的功能，而得到了方泛的应用。大类分：大类分：大类分：大类分：模拟集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路

14、数字集成电路数字集成电路数字集成电路数数字字集集成成电电路路：门门电电路路，触触发发器器，计计数数器器，存存贮贮器器，微处理器等电路。微处理器等电路。7474系系列列，74LS74LS，74HC74HC，40004000系系列列，CMOSCMOS等等各各种种型号。型号。第11页，本讲稿共22页三、集成运放的结构及特点 结结结结构构构构上上上上有有有有圆圆圆圆壳壳壳壳式式式式、扁扁扁扁平平平平式式式式和和和和双双双双列列列列直直直直插插插插式式式式三三三三种种种种，管管管管脚引出线有脚引出线有脚引出线有脚引出线有8 8 8 8、10101010、12121212、14141414等多种。等多种。

15、等多种。等多种。LM741 1 2 3 48 7 6 5结构结构1 12 23 34 45 56 67 78 8 LM741 1 2 3 48 7 6 5第12页，本讲稿共22页特点：4 4、元件的精度低，但对称性好，温度特性好。、元件的精度低，但对称性好，温度特性好。1 1、制制造造容容量量大大于于2000PF2000PF的的电电容容元元件件很很困困难难，如如需需大大电电容容必必须须外外接接，所所以以集集成成运运放放一一般般都都采采用用直直接接耦耦合合放放大大电电路。路。2 2、制制造造太太大大和和太太小小的的电电阻阻不不经经济济，占占用用硅硅面面积积大大。一般一般R R的范围为的范围为10

16、010030K30K，大电阻用恒流源代替。，大电阻用恒流源代替。3 3、集成工艺是做的元件愈单纯愈好做。、集成工艺是做的元件愈单纯愈好做。第13页，本讲稿共22页集成电路的封装分类第14页，本讲稿共22页IC制造过程第15页，本讲稿共22页芯片封装知识简介封装考虑的主要因素芯片面积与封装面积之比尽量接近1:1基于散热的要求，封装越薄越好引脚尽量短，引脚间距尽量大要便于安装发展历史上世纪60年代末期到现在，经历了金属圆管壳扁平陶瓷管壳双列陶瓷管壳、双列塑封陶瓷QFP管壳、塑料QFP陶瓷、塑料LCC陶瓷PGA管壳的封装，目前正在进入BGA、BGA、CSP的封装阶段。第16页，本讲稿共22页芯片封装

17、知识简介IC制造图纸设计实物制造前工程后工程IC封装引脚插入型DIP/SIP/ZIP/PGA表面实装型SOP/QFP/SOJ/TCP/BGA/CSP/MCMDIP:Dual Inline PackageSIP:Single Inline PackageZIP:Zigzag Inline PackagePGA:Pin Grid Array PackageSOP:Small Outline PackageQFP:Quad Flat PackageSOJ:Small Outline J-leaded packageTCP:Tape Carrier PackageBGA:Ball Grid Array

18、 PackageCSP:Chip Size/Scale PackageMCM:Multi Chip Model第17页，本讲稿共22页芯片封装知识简介双列直插式(DualInlinePackage,DIP)8088CPU绝大多数中小规模IC均采用这种封装形式，引脚100专用工具（表面安装设备SMD）装卸高频使用、可靠性高，封装面积小第19页，本讲稿共22页芯片封装知识简介引脚网格阵列（PinGridArray，PGA）专用PGA插槽操作方便，可靠性高，但电耗大IntelCPU中80286、80386和某些486ZIF（ZeroInsertionForce）插座，486以后第20页，本讲稿共22页芯片封装知识简介球状网格阵列（BallGridArray，BGA）100MHz,Crosstalk,208PinBGA封装引脚数虽然增多，但引脚间距大于QFP传输延迟小，散热性能好(可控塌陷封装法)共面焊接，可靠性提高1.5mm,1.27mm,1.0mm第21页，本讲稿共22页芯片封装知识简介芯片级封装（ChipScalePackage，CSP）体积小，重量轻引脚多电、热、气密性能好第22页，本讲稿共22页