集成電路基礎(chǔ)知識培訓(xùn)講義演示

（優(yōu)選）集成電路基礎(chǔ)知識培訓(xùn)講義當(dāng)前第1頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)一、集成電路的基本概念及分類當(dāng)前第2頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)第一節(jié)集成電路的基本概念知識1、什么是集成電路？我們通常所說的“芯片”指集成電路,

那什么是集成電路呢？所謂集成電路就是把一個(gè)單元電路或一些功能電路，甚至某一整機(jī)的功能電路集中制作在一個(gè)晶片上，再封裝在一個(gè)便于安裝、焊接的外殼中的電路上。集成電路有膜（薄膜、厚膜）、半導(dǎo)體集成電路及混合集成電路。半導(dǎo)體集成電路是利用半導(dǎo)體工藝將一些晶體管、電阻器、電容器以及連線等制作在很小的半導(dǎo)體材料或絕緣基片上，形成一個(gè)完整電路，封裝在特制的外殼中，從殼內(nèi)向殼外接出引線，半導(dǎo)體集成電路常用IC表示。集成電路的英文是：IntegratedCircuit簡稱為IC

當(dāng)前第3頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)通用集成電路GeneralIC

例如單片機(jī)、存儲器等，通用都可以理解為一般常用的。專用集成電路ApplicationSpecificIntegratedCircuit

簡稱為ASICASIC是專門為了某一種或幾種特定功能而設(shè)計(jì)的，它也是相對于通用集成電路而言的，除通用的一些集成電路外，都可稱為專用集成電路。

2、集成電路的分類當(dāng)前第4頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)ASIC可以分為全定制（FullCustom）半定制（Semi-Custom）“全定制(Full-Custom)”是一種基于晶體管級的ASIC設(shè)計(jì)方式，包括在晶體管的版圖尺寸、位置及布局布線等技術(shù)細(xì)節(jié)上的精心設(shè)計(jì)，最后將設(shè)計(jì)結(jié)果交由廠家去進(jìn)行掩模制造，制造成芯片。這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是芯片可以獲得最優(yōu)的性能，即面積利用率高、速度快、功耗低，而缺點(diǎn)是開發(fā)周期長，費(fèi)用高，只適合大批量產(chǎn)品開發(fā)。半定制(Semi-Custom)”是一種約束性ASIC設(shè)計(jì)方式。半定制ASIC通常是包含門陣列(GataArray)和標(biāo)準(zhǔn)單元(StandardCell)設(shè)計(jì)法，這兩種方法都是約束性的設(shè)計(jì)方法，其主要目的就是簡化設(shè)計(jì)，犧牲芯片性能為代價(jià)來縮短開發(fā)時(shí)間。

3、ASIC的分類當(dāng)前第5頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)當(dāng)前第6頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)電路設(shè)計(jì)當(dāng)前第7頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)版圖設(shè)計(jì)當(dāng)前第8頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)集成電路芯片的顯微照片當(dāng)前第9頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)集成電路制造流程1、掩膜版加工2、晶圓加工3、中測（切割、減薄、挑粒）4、封裝或綁定5、成測前工序后工序當(dāng)前第10頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)集成電路制造流程當(dāng)前第11頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)掩膜版加工在半導(dǎo)體制造的整個(gè)流程中，其中一部分就是從版圖到wafer制造中間的一個(gè)過程，即光掩膜或稱光罩(mask)制造。這一部分是流程銜接的關(guān)鍵部分，是流程中造價(jià)最高的一部分，也是限制最小線寬的瓶頸之一?，F(xiàn)代光刻依靠的一種類似于放大照片底片的投影印刷。圖是簡化的曝光過程。透鏡系統(tǒng)校準(zhǔn)一個(gè)強(qiáng)UV光源，稱為光罩的金屬盤子會擋住光線。UV光穿過光罩中透明的部分和另外的透鏡在wafer上形成圖像。當(dāng)前第12頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)

晶圓是指硅半導(dǎo)體積體電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓；它多指單晶圓片，由普通的硅沙提煉而成，是最常用的半導(dǎo)體材料。它的常用直徑尺寸分為4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等規(guī)格，近來發(fā)展出12英寸甚至更大規(guī)格的，晶圓越大，同一圓片上可生產(chǎn)的IC就越多，可降低成本，但要求材料技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)更高。在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu)，而成為有特定電性功能之IC產(chǎn)品。晶圓的原始材料是硅，而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅礦石經(jīng)由電弧爐提煉，鹽酸氯化，并經(jīng)蒸餾后，制成了高純度的多晶硅，其純度高達(dá)0.99999999999。晶圓制造廠再將此多晶硅融解，再于融液內(nèi)摻入一小粒的硅晶體晶種，然后將其慢慢拉出，以形成圓柱狀的單晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一顆小晶粒在熔融態(tài)的硅原料中逐漸生成，此過程稱為“長晶”。硅晶棒再經(jīng)過研磨，拋光，切片后，即成為積體電路工廠的基本原料——硅晶圓片

這就是“晶圓”，英文為“Wafer”

晶圓的介紹當(dāng)前第13頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)當(dāng)前第14頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)

1、光刻：IC生產(chǎn)的主要工藝手段,指用光技術(shù)在晶圓上刻蝕電路。

2、線寬:4微米/1微米/0.6微米/0.35微米/035微米等,是指IC生產(chǎn)工藝可達(dá)到的最小導(dǎo)線寬度,是IC工藝先進(jìn)水平的主要指標(biāo).線寬越小,集成度就高,在同一面積上就集成更多電路單元。

3、前、后工序:IC制造過程中,晶圓光刻的工藝(即所謂流片),被稱為前工序,這是IC制造的最要害技術(shù);晶圓流片后,其切割、封裝等工序被稱為后工序。

名詞解釋當(dāng)前第15頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)

中測（硅片的測試）中測（Wafertest）是半導(dǎo)體后道封裝測試的第一站。中測有很多個(gè)名稱，比如針測、晶圓測試、CP（CircuitProbing）、WaferSort、WaferProbing等等。中測的目的是將硅片中不良的芯片挑選出來，然后打上紅點(diǎn)或者是黑點(diǎn)。所用到的設(shè)備有測試機(jī)（ICTester）、探針卡（ProbeCard）、探針臺（Prober）以及測試機(jī)與探針卡之間的接口（MechanicalInterface）。當(dāng)前第16頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)

當(dāng)前第17頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)集成電路的封裝當(dāng)前第18頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)1、什么是集成電路的封裝集成電路的封裝就是將封裝材料和半導(dǎo)體芯片結(jié)合在一起，形成一個(gè)以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的電子功能塊器件。封裝材料除了保護(hù)芯片不受外界灰塵、潮氣、機(jī)械沖擊外，還起到了機(jī)械支撐和散熱的功能。當(dāng)今約有90%的芯片用模塑料進(jìn)行封裝。

隨著IC高度集成化、芯片和封裝面積的增大、封裝層的薄殼化以及要求價(jià)格的進(jìn)一步降低，對于模塑料提出了更高且綜合性的要求。當(dāng)前第19頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)2、集成電路封裝形式的簡介

集成電路的封裝形式有很多，按封裝形式可分三大類，即雙列直插型、貼片型和功率型。

在選擇器件封裝形式應(yīng)首先考慮其膠體尺寸和腳間距這兩點(diǎn)。膠體尺寸是指器件封裝材料部分的寬度（H），一般用英制mil來標(biāo)注；腳間距是指器件引腳間的距離（L），一般用公制mm來標(biāo)注。當(dāng)前第20頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)2、集成電路封裝形式的簡介1)雙列直插封裝-DIP

(Dual

In-line

Package)

特點(diǎn)：常見封裝方法，可以插入插座中(易于測試)，也可永久焊接到印刷電路板的小孔上

，成本較低，適用范圍廣。

膠體尺寸分為：300mil、600mil、750mil三種，常用的是300mil、600mil兩種。腳間距一般均為

2.54mm,一般情況下:

引腳數(shù)≥24時(shí)其膠體尺寸為300mil時(shí)，俗稱窄體；

引腳數(shù)≥24時(shí)其膠體尺寸為600mil時(shí)，俗稱寬體。適用產(chǎn)品：電源管理類產(chǎn)品、音頻、語音IC、LED驅(qū)動、電源保護(hù)等。[其他]

SDIP

(Shrink

DIP)

緊縮式雙列直插封裝，比常規(guī)DIP針腳密度高

PDIP

(Plastics

DIP)

塑料雙列直插封裝,兩管腳間距比常規(guī)小，俗稱廋型DIP

當(dāng)前第21頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)2、集成電路封裝形式的簡介貼片（SMD）型

貼片器件種類繁多，按種類可分如下幾類；SOP、TSOP-1、TSOP-2、SSOP、QFP、SOJ、PLCC（QFJ）等1)方形扁平封裝-QFP

(Quad

Flat

Package)特點(diǎn)：引腳間距較小及細(xì)，常用于大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路封裝。必須采用SMT(表面安裝技術(shù))進(jìn)行焊接。操作方便，可靠性高。適用產(chǎn)品：控制IC、驅(qū)動IC、解碼器等。[其他]

LQFP

(Little

QFP)

小型QFP,對引腳數(shù)進(jìn)行精簡，運(yùn)用于有限空間

TQFP

(Thin

QFP)

微型扁平封裝,有效利用空間，縮小高度和何種

HQFP

(Heat

sink

QFP)

帶散熱QFP

PQFP

(Plastic

QFP)

塑料QFP當(dāng)前第22頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)2、集成電路封裝形式的簡介2)小型外框封裝-SOP

(Small

Outline

Package)

特點(diǎn)：體積小、散熱較好、寄生參數(shù)減小，高頻應(yīng)用，可靠性較高。引腳離芯片較遠(yuǎn)，成品率增加且成本較低。

適用產(chǎn)品：電源管理、開關(guān)、音頻功效、驅(qū)動IC、電源保護(hù)、控制IC其它：TSOP

(Thin

SOP)

薄型小尺寸SOP

SSOP(ShrinkSmall-OutlinePackage)縮小外型封裝當(dāng)前第23頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)2、集成電路封裝形式的簡介3)有引線芯片載體-LCC

(Leaded

Chip

Carrier)特點(diǎn)：高腳位、密間距、可在較高頻率下工作。適用產(chǎn)品：存儲器、控制器、驅(qū)動、解碼等。

（圖示）其他：PLCC

(Plastic

LCC)

塑料材料LCC

當(dāng)前第24頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)2、集成電路封裝形式的簡介4)球柵陣列封裝-BGA

(Ball

Grid

Array

package)特點(diǎn)：引腳為針刺巨陣排列，性能有管腳數(shù)大大提升，功耗大。5）小尺寸晶體管封裝-SOT

(Small

Outline

Transistor

package)6）多芯片模塊-MCM

(Multi

Chip

Model）特點(diǎn)：解決集成度低和功能不完善等問題，將多個(gè)高性能模塊集成到一起，封裝延遲小，易于高速化，縮小模塊整體面積，系統(tǒng)可靠性增加。7）祼片封裝技術(shù)

COB：COB技術(shù)，焊接時(shí)，先將芯片貼在PCB上，凝固后再進(jìn)行引線，測試合格后用樹脂膠覆蓋。其特點(diǎn)是技術(shù)成熟，成本低廉，空間小。但環(huán)境要求嚴(yán)格，不易維修。

Flip

Chip：Flip

Chip以稱為倒裝片，與COB相比方向下，I/O端位于芯片表面，封裝密度和速度均有提高。當(dāng)前第25頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)2、集成電路封裝形式的簡介當(dāng)前第26頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)3、集成電路的打標(biāo)一個(gè)芯片做成以后，要往表面上打上商品名等字樣，稱為打標(biāo)也可稱為“印字”。印字的目的在注明商品的規(guī)格及制造者，良好的印字令人有高尚產(chǎn)品之感覺，因此在封裝過程中，印字是相當(dāng)重要的往往會有因?yàn)橛∽植磺逦蜃舟E斷裂而遭致退貨重新印字的情形。

打標(biāo)的形式：

1）激光打標(biāo)：用激光在半導(dǎo)體產(chǎn)品表面打印上商品名，集成電路上的字是由激光刻出來的。2）印式：直接像印章一樣印字在膠體上

3）轉(zhuǎn)印式（padprint）：使用轉(zhuǎn)印頭從字模上沾印再印字在膠體上

4）雷射刻印方式（lasermark）：使用雷射直接在膠體上刻印

當(dāng)前第27頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)當(dāng)前第28頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)包裝規(guī)格對于SMD產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)包裝質(zhì)量如下表所述。請根據(jù)包裝數(shù)量進(jìn)行訂購。1.盒裝柱面式產(chǎn)品用乙烯袋包裝，每批包含250到1000件。

然后，將1到20袋裝入內(nèi)盒以組成一批。

最后，將內(nèi)盒放入紙箱以便裝運(yùn)。（質(zhì)量隨型號的變化而變化。）當(dāng)前第29頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)2.管裝DIP產(chǎn)品放置抗靜電集成電路管內(nèi)并裝到盒子里以便進(jìn)行運(yùn)送。3.盤裝貼片產(chǎn)品先進(jìn)行編帶，然后卷進(jìn)盤中以便運(yùn)送。當(dāng)前第30頁\共有32頁\編于星期一\16點(diǎn)

芯片成品形成以后，還要進(jìn)行出貨的最后一關(guān)，那就是做成品的測試。

一般測試：將芯片置于各種環(huán)境下測