集成电路技术及应用课件

*,四川航天技术研究院,重庆市示范性高等职业院校建设项目,重庆航天职业技术学院,CHONGQING AER0SPACE POLYTECHNIC,重庆市示范性高等职业院校重点培育单位考察验收汇报,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,*,*,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,*,*,2024/11/19,1,重庆航天职业技术学院,CHONGQING AEROSPACE POLYTECHNIC,集成电路技术及应用,2014,年,7,月,1,日,王用伦,2023/9/211重庆航天职业技术学院集成电路技术及应用2,2024/11/19,2,目录,一、集成电路及特点,二、集成电路的分类,三、集成电路的封装形式,四、集成电路应用,五、我国集成电路产业及发展趋势,2023/9/212目录一、集成电路及特点,2024/11/19,3,一、集成电路及特点,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；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母,“,IC,”,表示。集成电路发明者为,杰克基尔比,（基于锗的集成电路）和罗伯特,诺伊思（基于硅的集成电路）。,集成电路,又,称,微电路,、,微芯片,、,芯片,。,2023/9/213一、集成电路及特点 集成电路是一种微,2024/11/19,4,一、集成电路及特点,特点：,体积小,重量轻,引出线和焊接点少，,寿命长,可靠性高,性能好,成本低，便于大规模生产。,2023/9/214一、集成电路及特点特点：,2024/11/19,5,二、集成电路的分类,分类,1,、,按功能结构分类,，可分为,模拟,集成电路、,数字,集成电路和数,/,模混合集成电路,。,模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间变化的信号,）,。,数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的,信号,）,。,2023/9/215二、集成电路的分类分类,2024/11/19,6,二、集成电路的分类,制作工艺分类,按制作工艺可分为半导体,、,膜集成电路。,膜集成电路又分,为,厚膜,、,薄膜集成电路,。,按导电类型不同分类,可分为双极型集成电路和单极型集成电路,，,双极型,IC,的制作工艺复杂，功耗较大，,代表有,TTL,、,ECL,等类型；,单极型,IC,的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表有,CMOS,、,NMOS,、,PMOS,等类型,。,2023/9/216二、集成电路的分类制作工艺分类,二、集成电路的分类,2024/11/19,7,按集成度高低分类,小规模集成电路,（,SSIC):,1960,年出现，在一块,硅片,上包含,10-100,个元件或,1-10,个逻辑门。是以门电路作为电路的基本单元,。,中规模集成电路,(MSIC):,1966,年出现，在一块,硅片,上包含,100-1000,个元件或,10-100,个逻辑门,。,如 ：集成计时器，寄存器，译码器等。,；,超大规模集成电路,(VLSIC),特大规模集成电路,(ULSIC),巨大规模集成电路(,GSIC),按应用领域,可分为：,标准通用集成电路和专用集成电路,二、集成电路的分类2023/9/217按集成度高低分类,二、集成电路的分类,大规模集成电路,(LSIC),：,1970,年出现，在一块,硅片,上包含,10,3,-10,5,个元件或,100-10000,个逻辑门,，,如 ：半导体存储器,。,超,大规模集成电路,（,VLSI):,20,世纪,70,年代后期研制成功,在一块芯片上集成的元件数超过,10,万个，或门电路数超过万门的集成电路,。,64k,位随机存取存储器是第一代超,大规模集成电路,，大约包含,15,万个元件，线宽为,3,微米。目前超,大规模集成电路,的集成度已达到,600,万个晶体管，线宽达到,0.3,微米。,2024/11/19,8,二、集成电路的分类大规模集成电路(LSIC)：2023/9/,二、集成电路的分类,特,大规模集成电路,(ULSI),：,1993,年集成了,1000,万个晶体管的,16M FLASH,和,256M DRAM,的研制成功,，,特,大规模集成电路,的集成组件数在,10,7,10,9,个之间。,ULSI,集成度的迅速增长,的,因素：,1,、,完美晶体生长技术已达到极高的水平；,2,、,制造设备不断完善，加工精度、自动化程度和可靠性的提高已使器件尺寸进入深亚微米级领域。,2024/11/19,9,二、集成电路的分类特大规模集成电路(ULSI)：2023/9,二、集成电路的分类,巨,大规模集成电路,（,GSI,）,：,1994,年由于集成,1,亿个元件的,1G,DRAM,的研制成功，进入巨,大规模集成电路,GSI,时代。巨,大规模集成电路,的集成组件数在,10,9,以上。,超,大规模集成电路,是在,几毫米见方的,硅片,上集成上万至百万晶体管、线宽在,1,微米以下的集成电路。由于晶体管与连线一次完成，故制作几个至上百万晶体管的工时和费用是等同的。大量生产时，硬件费用几乎可不计，而取决于设计费用。,2024/11/19,10,二、集成电路的分类巨大规模集成电路（GSI）：2023/9/,三、集成电路的封装形式,（一）,DIP,双列直插式封装,绝大多数中小规模集成电路,(IC),均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过,100,个。芯片有两排引脚，需要插入到具有,DIP,结构的芯片插座上。,也,可以直接插在电路板上进行焊接。,特点：,1.,适合在,PCB(,上穿孔焊接，操作方便。,2.,芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大,2024/11/19,11,三、集成电路的封装形式（一）DIP双列直插式封装2023/9,三、集成电路的封装形式,DIP,封装芯片,2024/11/19,12,三、集成电路的封装形式DIP封装芯片2023/9/2112,三、集成电路的封装形式,（二）,SIP,单列直插式封装,2024/11/19,13,三、集成电路的封装形式（二）SIP单列直插式封装2023/9,三、集成电路的封装形式,（,三,）,SOP,表面焊接式封装,2024/11/19,14,三、集成电路的封装形式（三）SOP表面焊接式封装2023/9,三、集成电路的封装形式,（,四,）,QFP,塑料方型扁平式封装和,PFP,塑料扁平组件式封装,。,QFP,封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在,100,以上,。,用这种形式封装的芯片必须采用,SMD,（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。,2024/11/19,15,三、集成电路的封装形式（四）QFP塑料方型扁平式封装和PFP,三、集成电路的封装形式,QFP,与,PFP,封装,2024/11/19,16,三、集成电路的封装形式QFP与PFP封装2023/9/211,三、集成电路的封装形式,PFP,与,QFP,的,区别,：,QFP,一般为正方形，而,PFP,既可以是正方形，也可以是长方形。,QFP/PFP,封装具有以下特点：,1.,适用于,SMD,表面安装技术在,PCB,电路板上安装布线。,2.,适合高频使用。,3.,操作方便，可靠性高。,4.,芯片面积与封装面积之间的比值较小。,2024/11/19,17,三、集成电路的封装形式PFP与QFP的区别：QFP一般为正方,三、集成电路的封装形式,（,五,）,PGA,插针网格阵列封装,2024/11/19,18,三、集成电路的封装形式（五）PGA插针网格阵列封装2023/,三、集成电路的封装形式,在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可以围成,2-5,圈。安装时，将芯片插入专门的,PGA,插座。,ZIF,是指零插拔力的插座,，,利用插座本身的特殊结构,，实现,引脚与插座牢牢地接触,或,轻松取出,芯片。,PGA,封装,的,特点：,插拔方便，可靠性高，可适应更高频率。,2024/11/19,19,三、集成电路的封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方,三、集成电路的封装形式,（,六,）,BGA,球栅阵列封装,5.CDPBGA,（,CarityDownPBGA,）基板,2024/11/19,20,三、集成电路的封装形式（六）BGA球栅阵列封装5.CDPBG,三、集成电路的封装形式,BGA,封装技术又可详分为五大类：,1.PBGA,基板：一般为,2-4,层有机材料构成的多层板。,2.CBGA,基板：即陶瓷基板,芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片的安装方式。,3.FCBGA,基板：硬质多层基板。,4.TBGA,基板：基板为带状软质的,1-2,层,PCB,电路板。,2024/11/19,21,三、集成电路的封装形式BGA封装技术又可详分为五大类：202,三、集成电路的封装形式,5.CDPBGA,（,CarityDownPBGA,）基板：指封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）,BGA,封装具有以下特点：,1.I/O,引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于,QFP,封装方式，提高了成品率。,2.,虽然,BGA,的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能。,3.,信号传输延迟小，适应频率大大提高。,4.,组装可用共面焊接，可靠性大大提高。,2024/11/19,22,三、集成电路的封装形式5.CDPBGA（CarityDow,2024/11/19,23,三、集成电路的封装形式,目前,，,BGA,已成为极其热门的,IC,封装技术，,。,由于,CPU,和其他超大型集成电路在不断发展，集成电路的封装形式也不断作出相应的调整变化，而封装形式的进步又将反过来促进芯片技术向前发展。,2023/9/2123三、集成电路的封装形式目前，BGA已成,2024/11/19,24,四、集成电路的应用,（一）常用模拟集成电路,模拟电子技术是电子技术的基础，模拟集成电路使模拟电路变得容易使用。,模拟集成电路按照功能、用途以及工作性质可分为：线性,IC,、非线性,IC(,接口,IC),接口,IC,是模拟,/,数字电路之间过渡的中介电路，即处理模拟信号用的非线性或开关类型,IC,。,2023/9/2124四、集成电路的应用（一）常用模拟集成电,2024/11/19,25,四、集成电路的应用,模拟集成电路的主要类型：,1,、线性,IC,：即输入输出之间呈线性关系。,主要有：,(1),各种放大器：差分放大器（,DA),、运算放大器,(OP),。,（,2,）音响用集成电路：音频放大器、高,/,中频放大器、线性调制解调器。,（,3,）宽带放大器：工作频率从直流到,MGHZ,。,（,4,）电压调整器：稳压器等。,2023/9/2125四、集成电路的应用 模拟集成电路的主,2024/11/19,26,四、集成电路的应用,2,、接口,IC,：一部分工作在线性状态，另一部分工作在开关状态。主要有：,（,1,）电压比较器。,（,2,）特种功能电路：函数发生器、,F/V,变换器、直流电源变换器等。,(3),驱动器：逻辑电平变换驱动、接口专用驱动等。,（,4,）变换器：,ADC,、,DAC,等。,(5),开关类,:,各种模拟开关、多路调制解调器等。,(6),接收,/,发送器,:,用于两种电子设备之间的出,/,入口,。,2023/9/2126四、集成电路的应用2、接口IC：一部分,2024/11/19,27,四、集成电路的应用,模拟集成电路应用注意事项：,1,、安装：尽量远离可能引起正反馈的连线，不要平行走线；输出线不要靠近输入部分，尽量缩短输入线，太长时要加刚来屏蔽措施。,2,、集成电路电源端要去耦，小电流加,0.1F,左右电容，大电流加,4.7100F,电容去耦。,3,、要进行失调调整（调零）。,4,、保护：限压、限流。,2023/9/2127四、集成电路的应用 模拟集成电路应用,2024/11/19,28,四、集成电路的应用,（二）数字集成电路,随着电子技术的发展，数字电子技术迅猛发展，很多原来采用模拟电子技术的领域，已经被数字电子技术取代。数字处理技术（,DSP),的发展，可以说数字集成电路已经或正在改变人们的生活方式。到处都可以看到他们的身影。,通信技术：已经从模拟通信全面进入数字通信时代，通信速度也越来越快，从,1G,时代已经发展到现在的,4G,。从电子通信发展到光通信。通信使用的集成电路芯片集成度越来越高，处理器的核的数量也不断增加。,2023/9/2128四、集成电路的应用 （二）数字集成,2024/11/19,29,四、集成电路的应用,计算机技术：中央处理器（,CPU),处理速度越来越快，集成度越来越高，已经由单核发展到多核，已经从大规模集成电路发展到特大规模集成电路。,网络技术：网络速度不断提高，访问网络的路径也更加复杂，核心路由器需要极快的计算速度，都需要使用集成电路。互联网已经正在从信息连接向物体连接的物联网方向发展，物联网通过传感器技术、网络技术实现人与物、物与物相连，是当前信息技术的一次革命，必将进一步改变现有的生活方式。,智能家电：已经从以前的模拟技术转变为数字技术，给人们的视觉、听觉等感官更好的享受。数码相机等数字化设备，让人们的生活更加丰富多彩。,2023/9/2129四、集成电路的应用计算机技术：中央处理,四、集成电路的应用,军事领域：谁抢占军事制高点，谁就有主动权。新型军事装备不断出现，都离不开集成电路。由于集成电路具有体积小、可靠性高等特点，在军事装备真应用非常广泛。,航天产品：卫星、导弹、火箭、飞船、深空探测器等对集成电路都提出了更高的要求。,航天,12,所已经研制成功,2,核的,SOC,芯片，可以大大提高火箭的控制处理能力。,2024/11/19,30,四、集成电路的应用军事领域：谁抢占军事制高点，谁就有主动权。,五、我国集成电路产业及发展趋势,20,世纪,80,年代中期我国集成电路的加工水平为,5,微米，其后，经历了,3,、,1,、,0.8,、,0.5,、,0.35,微米的发展，目前达到了,0.18,微米的水平，而当前国际水平为,0.09,微米（,90,纳米），我国与之相差约为,2-3,代。,摩尔,定律是由,英特尔,（,Intel,）创始人之一,戈登摩尔,（,Gordon Moore,）提出来的。其内容为：当价格不变时，,集成电路,上可容纳的,晶体管,数目，约每隔,18,个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。,2024/11/19,31,五、我国集成电路产业及发展趋势20世纪80年代中期我,2024/11/19,32,五、我国集成电路产业及发展趋势势,我国集成电路产业现状,工信部统计显示，截至,2013,年年底中国手机用户数已突破,12,亿，作为手机核心部件的芯片,，乐观估计,占比也不足两成,。,4G,手机采用的芯片，则基本上都是依靠国外进口,。,2013,年我国,集成电路,进口额高达,2313,亿美元，同比增长,20.5%,，而同期我国原油进口总额约,2196,亿美元。事实上，中国有十余年,集成电路,进口额超过石油，长期居各类进口产品之首,。,2013,年，,4G,一期招标,美国高通芯片中标终端产品占一半以上，而国产芯片厂商只有华为海思中标。,2023/9/2132 五、我国集成电路产业及发展趋,2024/11/19,33,五、我国集成电路产业及发展趋势,国务院发展研究中心发布的二十国集团国家创新竞争力黄皮书指出，中国关键核心技术对外依赖度高，,80%,芯片都靠进口。我国一年制造,11.8,亿部手机、,3.5,亿台计算机、,1.3,亿台彩电，都是世界第一，但嵌在其中的芯片专利费用却让中国企业沦为国际厂商的打工者。,目前我国芯片设计水平与国际基本相当，封装技术水平有,4,至,5,年差距，制造工艺差距在,3,年半左右。,2023/9/2133 五、我国集成电路产业及发展趋,2024/11/19,34,五、我国集成电路产业及发展趋势,工信部发布,了,2013,年集成电路行业发展回顾及展望，指出,2013,年我国集成电路行业整体复苏态势强劲，经营效益大幅改善。报告预计，,2014,年我国集成电路产业整体形势好于,2013,年，集成电路设计仍将是全行业增长亮点，产业增速预计将比,2013,年提高,5-10,个百分点，达到,15%,以上。,2013,年集成电路全年完成销售产值,2693,亿元，同比增长,7.9%,，增幅高于上年,2.9,个百分点,;,累计生产集成电路,866.5,亿块，同比增长,5.3%,。,2023/9/2134 五、我国集成电路产业及发展趋势,2024/11/19,35,五、我国集成电路产业及发展趋势,目前，集成电路产业结构正处于良性调整阶段。,2013,年,IC,设计收入增长,19%,，设计业在全行业中比重超过,30%,，重点企业快速成长，本土封装测试企业业绩也有大幅增长。,产业生态的变革对,IC,设计业形成了巨大的冲击,，,传统,IC,设计企业在开发好芯片后交由整机厂进行方案开发及整机产品推广。进入,SoC,后发展为,“,芯片,+,解决方案,”,，更依赖于原厂提供技术支持。,IC,设计企业因此需要额外承担几倍于,IC,设计人员的软硬件解决方案及技术支持队伍的人力成本。,2023/9/2135五、我国集成电路产业及发展趋势目前，集,五、我国集成电路产业及发展趋势,目前，由科技部认定的国家级集成电路设计产业化基地共有北京、上海、深圳、无锡、杭州、成都、西安和济南,8,家，经认定的,600,多家集成电路设计企业也坐落在这,8,个城市。,从产业发展格局来看,，,中国集成电路产业集群化分布进一步显现，已初步形成以长三角、环渤海、珠三角三大核心区域聚集发展的产业空间格局。,2024/11/19,36,五、我国集成电路产业及发展趋势目前，由科技部认定的国家级集成,五、我国集成电路产业及发展趋势,长三角地区,，,目前国内,55%,的集成电路制造企业、,80%,的封装测试企业以及近,50%,的集成电路设计企业都集中在该地区。,环渤海地区是国内重要的集成电路研发、设计和制造基地，该地区已基本形成了从设计、制造、封装、测试到设备、材料的产业链，具备了相互支撑、协作发展的条件。,珠三角地区集成电路市场需求一直占据全国,40%,以上。近年来该地区的集成电路设计业发展较快，在国内集成电路产业中所占比重也逐年上升。,2024/11/19,37,五、我国集成电路产业及发展趋势长三角地区，目前国内55%的集,2024/11/19,38,五、我国集成电路产业及发展趋势,国务院日前印发国家集成电路产业发展推进纲要，到,2015,年，建立与集成电路产业规律相适应的管理决策体系、融资平台和政策环境，全行业销售收入超过,3500,亿元。到,2020,年，与国际先进水平的差距逐步缩小，全行业销售收入年均增速超过,20%,。到,2030,年，产业链主要环节达到国际先进水平，实现跨越发展。,纲要强调，推进集成电路产业发展，要坚持需求牵引、创新驱动、软硬结合、重点突破、开放发展的原则,。,2023/9/2138 五、我国集成电路产业及发展趋势国务,五、我国集成电路产业及发展趋势,纲要明确了集成电路产业发展的四大任务,：,一是着力发展集成电路设计业,强化集成电路设计、软件开发、系统集成、内容与服务协同创新。,二是加速发展集成电路制造业,，,持续推动先进生产线建设，兼顾特色工艺发展。,三是提升先进封装测试业发展水平,，,国内封装测试企兼并重组，提高产业集中度。,四是突破集成电路关键装备和材料,加快产业化进程，增强产业配套能力。,2024/11/19,39,五、我国集成电路产业及发展趋势纲要明确了集成电路产业发展,五、我国集成电路产业及发展趋势,纲要提出了推进集成电路产业发展的八项保障措施。,1,、,成立国家集成电路产业发展领导小组,。,2,、,设立国家产业投资基金。,3,、,加大金融支持力度。,4,、,推动落实税收支持政策。,5,、,加强安全可靠软硬件的应用。,6,、,强化企业创新能力建设。,7,、,加强人才培养和引进力度。,8,、,继续扩大对外开放,2024/11/19,40,五、我国集成电路产业及发展趋势纲要提出了推进集,