微电子技术简介12.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.2微电子技术简介,（,1）微电子技术与集成电路,（2）集成电路的制造,（3）集成电路的发展趋势,（4）IC卡,1.2.1 微电子技术与集成电路,微电子技术是 信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础微电子技术的核心是集成电路技术1.2.,微电子技术简介,微电子技术,:,是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础,是在电子电路和系统的超小型化及微型化过程中逐渐形成和发展起来的是以集成电路核心的电子技术,1.2.1 微电子技术与集成电路,元,器件,即电子电路中使用的基础元件，具有开关和放大作用的电子元件（例如，真空电子管、二极管、三极管等）1.2.1 微电子技术与集成电路,电子元,器件,即电子电路中使用的基础元件，具有开关和放大作用的电子元件（例如，真空电子管、二极管、三极管等以及电阻、电容）。

微电子技术是,在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的微电子技术是,实现电子电路和电子系统的超小型化及微型化的技术，是以集成电路为核心的电子技术真空电子管,传统的电子技术的基础元件,在这个阶段产生了广播、电视、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子计算机晶体管,1948,年晶体管的发明，再加上印制电路组装技术的使用，使电子电路在小型化方面前进了一大步产生了第二代计算机,1.2.1 微电子技术与集成电路,电子线路使用的基础元件的演变：,真空电子管,晶体管,中小规模集成电路,大规模超大规模集成电路,1.2.1 微电子技术与集成电路,电子线路使用的基础元件的演变：,中/小规模集成电路,(1950,s),大规模/超大规模,集成电路(1970,s),第三代计算机,第四代计算机和微型计算机,1.2.1 微电子技术与集成电路,电子线路使用的基础元件的演变：,1904年 英国电气工程师,弗莱明（John Ambrose Fleming）,真空二极管,1906年 美国工程师,德福雷斯特(Lee De Forest）,真空三极管,1.2.1 微电子技术与集成电路,电子线路使用的基础元件的演变：,1956年诺贝尔奖,肖克利,William Bradford Shockley,巴丁,John Bardeen,布拉顿,Walter Brattain,1.2.1 微电子技术与集成电路,电子线路使用的基础元件的演变,基尔比,Jack S.Kilby,“第一块集成电路的发明家”,诺依斯 N.Noyce,“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人,它以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上，构成一个微型化的电路或系统。

集成电路20,世纪50年代,出现,集成电路使用的半导体材料,通常是硅(,Si,)，也可以是化合物半导体如砷化镓(,GaAs,)等什么是集成电路？,集成电路,(Integrated Circuit，,简称,IC,）,小规模集成电路,超大规模集成电路,什么是集成电路？,集成电路的规模（集成度）,集成电路的规模由单个芯片中包含的基本电子元器件（晶体管、电阻、电容等）的个数确定集成电路的特点：,体积小、重量轻、可靠性高,（,因集成度大，焊点少，故障率低）,、功耗低、速度快,1.2.1 微电子技术与集成电路,集成电路,第一个集成电路,小,规模集成电路(,SSI,),中,规模集成电路(,MSI,),大,规模集成电路(,LSI,),超大,规模集成电路(,VLSI,),极大,规模集成电路,(,ULSI,),小,规模集成电路,超大,规模集成电路,集成电路的分类,按集成度,（,芯片中包含的元器件数目,）分,集成度小于100个电子元件,集成度在1003000个电子元件,集成度在300010万个电子元件,集成度达10万100万个电子元件,集成度超过100万个电子元件,通常并不严格区分,VLSI,和,ULSI,，而是统称为,VLSI,。

集成电路的分类,集成电路的集成对象,超大规模和极大规模集成电路：,微处理器、芯片组、图形加速芯片,中、小规模集成电路,：,简单的门电路、单级放大器,大规模集成电路：,功能部件、子系统,集成电路的分类,按晶体管结构、电路和工艺分,双极型,(,Bipolar,)集成电路,金属-氧化物-半导体,(,MOS,)集成电路,双极金属-氧化物-半导体,集成电路(,Bi-MOS,),按集成电路的功能来分，可分为,数字集成电路,模拟集成电路,如逻辑电路、存储器、微处理器、微控制器、数字信号处理器等,又称为线性电路，如信号放大器、功率放大器等,通用集成电路,专用集成电路（,ASIC）,微处理器、存储器等,按照某种应用的特定要求而专门设计、定制的集成电路,集成电路的分类,按它们的用途可分为：,1.2.1 微电子技术与集成电路,集成电路的分类,先进的微电子技术,高集成度芯片,高性能的计算机,利用计算机进行集成电路的设计、生产过程控制及自动测试,又能制造出性能高、成本更低的集成电路芯片1.2.1 微电子技术与集成电路,集成电路芯片,是微电子技术的结晶，是计算机的核心,1.2.2 集成电路的制造(选学),集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要,400多道工序,，工艺复杂且技术难度非常高，有一系列的关键技术。

许多工序必须在恒温、恒湿、超洁净的无尘厂房内完成目前兴建一个有两条生产线能加工8英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币10亿元以上,1.2.2 集成电路的制造,硅衬底,硅平面工艺,晶圆,芯片,集成电路,成品,剔除分类,封装,成品测试,共有400多道工序,继续,晶棒,将,单晶硅,锭（,晶棒,）经切割、研磨和抛光严格清洗后制成的像镜面一样光滑的圆形薄片，称为,硅抛光片,硅平面工艺,，它包括,氧化，光刻，掺杂,和,互连,等多项工序把这些工序反复交叉使用，最终在硅片上制成包含,多层电路,及,电子元件,的集成电路，每一硅抛光片上可制作出,成百上千,个独立的集成电路(,晶粒,)，硅片称为,晶圆,对晶圆上的,每个,晶粒,（每,一个独立的集成电路）,进行检测，,将不合格的,晶粒,用磁浆点上记号然后将晶圆分割,成一颗颗单独的晶粒（,集成电,）,把,废品剔除,，把合格的,集成电路,分类，再封装成一个个独立的集成电路,将单个的芯片固定在塑胶或陶瓷制的芯片基座上，并把芯片上蚀刻出的一些的,引线,与基座底部伸出的,插脚,进行连接，以作为与外界电路板连接之用，最后盖上塑胶盖板，用胶水封死，,封焊,这样就制成了一块集成电路。

跳出,硅抛光片,厚度：不足1mm,直径：6、8、12英寸,晶棒,单晶硅锭,集成电路是在,硅衬底上,制作而成的硅衬底,是将,单晶硅,锭经切割、研磨和抛光后制成的像镜面一样光滑的圆形薄片，,硅抛光片经过严格清洗（净化率,10,级）可用于集成电路制造,硅衬底,晶棒生长,晶棒裁切与检测,外径研磨,切片,圆边,表层研磨,蚀刻,去疵,抛光,清洗,检验,包装,硅抛光片,厚度：不足1mm,直径：6、8、12英寸,晶棒,单晶硅锭,集成电路是在,硅衬底上,制作而成的硅衬底,是将,单晶硅,锭经切割、研磨和抛光后制成的像镜面一样光滑的圆形薄片，,硅抛光片经过严格清洗（净化率,10,级）可用于集成电路制造,硅衬底,晶棒生长,晶棒裁切与检测,外径研磨,切片,圆边,表层研磨,蚀刻,去疵,抛光,清洗,检验,包装,硅平面工艺、,晶圆,硅平面工艺,，它包括,氧化，光刻，掺杂,和,互连,等多项工序把这些工序反复交叉使用，最终在硅片上制成包含,多层电路,及,电子元件,（如晶体管、电容、逻辑开关等）的集成电路，,就形成了一个个的小格，即,晶粒,每一硅抛光片上可制作出,成百上千,个独立的集成电路(,晶粒,)，这种整整齐齐排满了,晶粒,(,集成电路)的硅片称作“,晶圆,”。

晶圆切片（简称,晶圆,）,像镜子一样的光滑圆形薄片，是供芯片生产的后道工序作深加工的原材料剔除分类,晶圆针测,：,晶圆制成后，用集成电路检测仪对,每个,晶粒,（每,一个独立的集成电路）,检测其电气特性,，将不合格的,晶粒,用磁浆点上记号晶圆切割：,将晶圆切开，分割成一颗颗单独的晶粒（,集成电,）通过电磁法把点了磁浆的废品剔除，将合格的集成电路按其电气特性进行分类这些集成电路小片就称为,芯片,集成电路芯片（简称,芯片,）,直接应用在计算机、电子、通讯等许多行业上的最终产品包括CPU、内存单元和其它各种专业应用芯片封装 1,将单个的芯片固定在塑胶或陶瓷制的芯片基座上，并把芯片上蚀刻出的一些的,引线,与基座底部伸出的,插脚,进行连接，以作为与外界电路板连接之用，最后盖上塑胶盖板，用胶水封死,，,封焊,这样就制成了一块集成电路,常见的封装形式有：,单列直插式（,SIP,）,双列直插式（,DIP,）,阵列式（,PGA,）,集成电路封装的目的：,电功能：传递芯片的电信号,散热功能：散发芯片内部产生的热量,机械化学保护功能：保护芯片本身 及导电丝,封装 2,塑料有引线芯片载体PLCC,(Plastic Leaded Chip Carrier),(主板BIOS芯片),双列直插封装DIP,(Dual In-line Package),(主板BIOS芯片),封装 3,FC-PGA2 封装方式,（Pentium 4 处理器）,插座,封装 4,塑料四边引出扁平封装PQFP,(Plastic Quad Flat Package),(主板集成的声卡芯片),球栅阵列封装BGA,(Ball Grid Array Package),(主板北桥芯片),封装 5,小外形封装SOP,(Small Outline Package),（主板频率发生器芯片）,Micro-BGA2封装 的笔记本电脑CPU,478脚P4CPU的BGA插座,成品测试,一般测试：,将芯片置于各种环境下测试其电气特性，如消耗功率、运行速度、耐压度等。

经测试后的芯片，,依其电气特性划分为不同等级,特殊测试：,根据客户特殊需求的技术参数，从相近参数规格、品种中拿出部分芯片，做有针对性的专门测试，看是否能满足客户的特殊需求，以决定是否须为客户设计专用芯片经一般测试合格的产品贴上规格、型号及出厂日期等标识的标签并加以包装后即可出厂而未通过测试的芯片则视其达到的参数情况定作降级品或废品介绍集成电路制造过程的网站：,1.2.3.,集成电路的发展趋势,集成电路的工作速度:,主要取决于,组成逻辑门电路的晶体管的尺寸,晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快芯片上电路元件的线条越细,，相同面积的晶片可容纳的晶体管就越多，功能就越强，速度也越快随着微米、亚微米量级的微细加工技术的采用和硅抛光片面积的增大，集成电路的规模越来越大,1.2.3.,集成电路的发展趋势,集成电路特点：,Moore,定律,单块集成电路的集成度平均每,18,24,个月翻一番,Gordon E.Moore,1965年,Intel公司创始人,体积小、重量轻、可靠性高按电子器件的比例缩小法则，,集成电路的工作速度主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸,芯片上电路元件的线条越细，相同面积的晶片可容纳的晶体管就越多。

提高集成度，关键在缩小逻辑门电路面积,1.2.3.,集成电路的发展趋势,Intel,公司微处理器集成度的发展,1970,1975,1980,1985,1990,1995,2000,1,000,10,000,100,000,1,000,000,10,000,000,100,000,000,4004,8008,8080,8086,80286,80386,。