半導(dǎo)體-浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院課件

浙大微電子專用集成電路設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)韓雁浙大信電系·微電子與光電子研究所電郵:hany@浙大微電子所網(wǎng)址:/ic浙大微電子專用集成電路設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)韓雁浙大微電子關(guān)于課程（I）課程名稱—“專用集成電路設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)”（電子）科學(xué)與技術(shù)科學(xué)—

解決“

Why

”的問題（理科、理論）技術(shù)—

解決“

How

”的問題（工科、實踐）

科學(xué)是發(fā)現(xiàn)，成果沒有國界，全世界免費共享技術(shù)是發(fā)明，成果是技術(shù)秘密或?qū)＠?受法律保護)2/46浙大微電子關(guān)于課程（I）課程名稱—“專用集成電路設(shè)計技術(shù)基關(guān)于課程（II）你應(yīng)該具有以下知識模擬電路、數(shù)字電路模擬集成電路、數(shù)字集成電路半導(dǎo)體工藝（微電子工藝、微細(xì)加工）本課程增加的知識IC設(shè)計方法學(xué)（理論，模擬IC設(shè)計方法、數(shù)字IC設(shè)計方法）設(shè)計工具的使用（實踐，模擬IC設(shè)計工具、數(shù)字IC設(shè)計工具）浙大微電子3/46關(guān)于課程（II）你應(yīng)該具有以下知識浙大微電子3/46浙大微電子

教學(xué)日歷4/46浙大微電子教學(xué)日歷4/46浙大微電子關(guān)于作業(yè)和考試平時作業(yè)三項7次（5次必做、2次選做）：1、通過對英文原版Video的觀看和學(xué)習(xí)理解，寫出集成電路（IC）的設(shè)計制造過程（作業(yè)1)。2、用模擬電路的方法，設(shè)計一款實現(xiàn)FSK功能的IC，包括電路設(shè)計(作業(yè)2)及仿真驗證(作業(yè)3)、版圖設(shè)計(作業(yè)4，選做)。3、用數(shù)字電路的方法，設(shè)計一款實現(xiàn)FSK功能的IC，包括HDL編寫及仿真驗證(作業(yè)5)、邏輯綜合(作業(yè)6)，版圖設(shè)計(作業(yè)7，選做)。每周多安排一節(jié)課現(xiàn)場驗收。每人每次只有一次1分鐘的驗收時間，共計50分+35分加分。最后一次課可對未驗收過的作業(yè)補驗收，成績減半。考試為2小時閉卷考！5/46浙大微電子關(guān)于作業(yè)和考試平時作業(yè)三項7次（5次必做、2次選浙大微電子上課時間安排(短學(xué)期，2學(xué)分)理論教學(xué),PPT作業(yè)驗收實踐教學(xué),教材周四周二6/46浙大微電子上課時間安排(短學(xué)期，2學(xué)分)理論教學(xué),PPT作浙大微電子第一講

內(nèi)容一、基本概念二、課程的重要性及與行業(yè)/產(chǎn)業(yè)的對應(yīng)情況三、需掌握哪些專業(yè)背景知識浙大微電子第一講內(nèi)容一、基本概念浙大微電子

一、基本概念I(lǐng)T業(yè)集成電路、半導(dǎo)體、微電子學(xué)及之間的關(guān)系硅含量摩爾定律3C概念I(lǐng)C產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)分工國內(nèi)IC設(shè)計\制造\封裝產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀8/46浙大微電子一、基本概念I(lǐng)T業(yè)8/46浙大微電子

ＩＴ業(yè)

強電（電力）電

弱電（電子）傳輸電子+信息

處理芯片

通信神經(jīng)

軟件靈魂心臟9/46浙大微電子ＩＴ業(yè)浙大微電子相關(guān)名詞術(shù)語之間的關(guān)系

微電子學(xué)

半導(dǎo)體集成電路

（學(xué)科）（行業(yè)、產(chǎn)業(yè)）（主要產(chǎn)品形式）10/46浙大微電子相關(guān)名詞術(shù)語之間的關(guān)系2011-2014世界半導(dǎo)體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)市場預(yù)測浙大微電子11/462011-2014世界半導(dǎo)體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)市場預(yù)測浙大微電子11/浙大微電子硅含量

在電子產(chǎn)品中所用半導(dǎo)體元器件的價值占電子產(chǎn)品總價值的百分比12/46浙大微電子硅含量在電子產(chǎn)品中所用半導(dǎo)體元器件的價浙大微電子摩爾定律及其偉大意義

每過18個月,IC中晶體管的集成度增加一倍微米時代

3um->2um->1.2um->亞微米時代

0.8um->0.5um->深亞微米時代

0.35um->0.25um->0.18um->0.13um->納米時代

90nm->65nm->45nm->40nm->28nm32nmN+N+PLL–特征尺寸N+N+PLL–特征尺寸13/46浙大微電子摩爾定律及其偉大意義每過18個月,IC中晶體管浙大微電子3C概念

集成電路市場按整機應(yīng)用劃分，可分為計算機類、消費類、通信類等不同類別。這三類占了整個市場的78%。集成電路市場產(chǎn)品構(gòu)成14/46浙大微電子3C概念集成電路市場按整機應(yīng)用劃分，可分浙大微電子IC產(chǎn)業(yè)鏈整機系統(tǒng)提出應(yīng)用需求

集成電路設(shè)計計算機與網(wǎng)絡(luò)、通信（有線、無線、光通信、衛(wèi)星通信）數(shù)字音視頻（電視機、視盤機DVD、MP3播放器、音響……）IC卡（身份認(rèn)證）與電子標(biāo)簽、汽車電子、生物電子、工業(yè)自動化…EDA工具、服務(wù)器、個人計算機(PC)、工程技術(shù)人員……

集成電路制造廠房、動力、材料（硅片、化合物半導(dǎo)體材料）、專用設(shè)備、儀器（光刻機、刻蝕機、注入機…15/46浙大微電子IC產(chǎn)業(yè)鏈整機系統(tǒng)提出應(yīng)用需求浙大微電子

集成電路封裝集成電路測試劃片機、粘片機、鍵合機、包封機、切筋打彎機、芯片、塑封料、引線框架、金絲………測試設(shè)備、測試程序、測試夾具、測試探針卡、測試、分選、包裝……集成電路應(yīng)用電腦及網(wǎng)絡(luò)、通信及終端（手機）、電視機、DVD、數(shù)碼相機、其他16/46浙大微電子集成電路封裝集成電路測試劃片機、粘片機、鍵合機、浙大微電子產(chǎn)業(yè)分工IC產(chǎn)業(yè)主要由設(shè)計業(yè)、制造業(yè)、封測業(yè)組成（參考寫書、印書、裝訂書的概念）設(shè)計封裝測試制造除此之外，還有半導(dǎo)體材料、設(shè)備、設(shè)計軟件工具等附加產(chǎn)業(yè)17/46浙大微電子產(chǎn)業(yè)分工IC產(chǎn)業(yè)主要由設(shè)計業(yè)、制造業(yè)、封測浙大微電子第一講內(nèi)容一、基本概念二、三、需掌握哪些專業(yè)背景知識課程的重要性及與行業(yè)/產(chǎn)業(yè)的對應(yīng)情況浙大微電子第一講內(nèi)容一、基本概念課程的重要性及與行業(yè)/產(chǎn)浙大微電子計算機通信家電航天國防交通醫(yī)療安全IC集成電路是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心和基礎(chǔ)19/46浙大微電子計算機通信家電航天國防交通醫(yī)療安全IC集成電路是電浙大微電子USB閃存汽車電子音響設(shè)備DVD播放器手機電視游戲機視頻電話流媒體高清影像各種產(chǎn)品形式無處不在20/46浙大微電子USB閃存汽車電子音響設(shè)備DVD播放器手機電視游浙大微電子集成電路產(chǎn)業(yè)的投資回報率高行業(yè)市盈率（%）凈利潤率（%）投資回報率(%)半導(dǎo)體261715房地產(chǎn)3719.72.6汽車制造142.73.7行業(yè)營業(yè)收入排名稅后凈利排名稅后凈利率排名半導(dǎo)體516金融保險4921其他電子工業(yè)2620美國股市表現(xiàn)臺灣股市排名資料來源：時代創(chuàng)投，臺灣證券行，拓璞產(chǎn)業(yè)研究所21/46浙大微電子集成電路產(chǎn)業(yè)的投資回報率高行業(yè)市盈率（%）凈利潤率浙大微電子產(chǎn)業(yè)集群特點產(chǎn)業(yè)分類產(chǎn)業(yè)鏈中位置產(chǎn)業(yè)特點投資金額（美元）人均產(chǎn)值(萬美元)設(shè)計上游智力密集型開發(fā)一款I(lǐng)C產(chǎn)品在百萬到千萬70-100制造加工中游資金、技術(shù)密集型具有高風(fēng)險、高投入、高利潤特點12英寸生產(chǎn)線需20億18英寸將高達100億12-50封裝測試下游勞動密集型從千萬到數(shù)億10IDM整條3022/44浙大微電子產(chǎn)業(yè)集群特點產(chǎn)業(yè)分類產(chǎn)業(yè)鏈中位置產(chǎn)業(yè)特點投資金額（浙大微電子集成電路企業(yè)的人力資源配置行業(yè)芯片制造封裝測試設(shè)計企業(yè)臺積電聯(lián)電日月光矽品聯(lián)發(fā)科凌陽總?cè)藬?shù)（人）230201372014032148081817587★博士碩士本科大學(xué)大專高中及以下2.9％29.7％19.9％18.9％28.6％1.2％23.1％48.0％27.7％0.2％4.3％53.7％41.8％0.04％1.92％40.01％58.03％5.56％85.24％9.09％0.11％2.2％62.8％23.3％7.7％4.0％資料來源：拓?fù)洚a(chǎn)業(yè)研究所注：凌陽分割后的總?cè)藬?shù)23/46浙大微電子集成電路企業(yè)的人力資源配置行業(yè)芯片制造封裝測試設(shè)計浙大微電子24/46浙大微電子24/46浙大微電子高薪原因分析入行門檻高必須掌握電子學(xué)科的一般知識必須掌握眾多的IC設(shè)計工具（無法自學(xué)）必須有先進工藝的流片驗證（一般高校無法提供此類機會）人才稀少，缺口巨大，供不應(yīng)求國家重視，投入巨大25/46浙大微電子高薪原因分析入行門檻高25/46浙大微電子2012年全球二十大半導(dǎo)體企業(yè)26/44浙大微電子2012年全球二十大半導(dǎo)體企業(yè)26/442001-2011世界和中國IC設(shè)計業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r0102030405060708091011年均增長率全球銷售額（億美元）189208240332404494530542549625649設(shè)計業(yè)12.8%，半導(dǎo)體業(yè)5.1%增長率(%)6.010.125.027.720.623.67.12.41.313.63.8占半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)比重12.313.414.715.617.620.019.821.824.321.021.7半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增長率(%)-321.818.328.06.88.93.8-2.8-9.031.80.4中國大陸銷售額(億元人民幣)12.325.057.681.5154234267340379549636設(shè)計業(yè)52.3%，半導(dǎo)體業(yè)24.2%增長率(%)36.810313041.584.056.014.134.85.544.625.1占IC產(chǎn)業(yè)比重6.69.215.814.920.622.220.726.231.233.834.2占全球IC設(shè)計業(yè)比重%11.82.33.14.35.05.89.010.213.416.8IC產(chǎn)業(yè)增長率（%）1.046.334.049.833.544.822.66.1-1133.316.8浙大微電子27/442001-2011世界和中國IC設(shè)計業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r0102032001-2011年中國IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r單位：億元人民幣20012005CAGR20062010CAGR201101-11CAGR設(shè)計銷售額12.315064.9%23454929.6%68649.6%增長率%35.884.056.044.625.1制造銷售額41.223341.4%32444713.9%50128.4%增長率%-22.928.538.931.112.0封測銷售額13234521.1%49769214.971118.3%增長率%12.822.144.026.313.0產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比7：22：7121：32：4722：31：4734：27：3936：27：39浙大微電子28/442001-2011年中國IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r單位：2001200浙大微電子2011年中國十大集成電路設(shè)計企業(yè)

20102011企業(yè)名稱

銷售額（億）

增長11深圳海思半導(dǎo)體有限公司66.6950.01%22展訊通信電子（上海）有限公司42.2568.13%33杭州士蘭微電子股份有限公司197.34%54銳迪科微電子（上海）有限公司18.5651.63%45中國華大集成電路設(shè)計集團有限公司16.210.96%96格科微電子（上海有限公司）13.558.82%77連順集團公司129.09%88深圳中興微電子技術(shù)有限公司129.09%69深圳市國微科技股份有限公司11.2-0.79%1010上海聯(lián)芯科技有限公司9.4417.20%29/44浙大微電子2011年中國十大集成電路設(shè)計企業(yè)2010201浙大微電子30/44浙大微電子30/44浙大微電子排名企業(yè)名稱銷售額（億元）1無錫海力士-恒憶半導(dǎo)體有限公司121.12中芯國際集成電路制造有限公司104.63華潤微電子（控股）有限公司45.34上海華虹NEC電子有限公司24.85臺積電（上海）有限公司17.86上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司15.57和艦科技（蘇州）有限公司15.18天津中環(huán)半導(dǎo)體有限公司15.029首鋼日電電子有限公司12.110吉林華微電子股份有限公司11中國十大半導(dǎo)體制造企業(yè)（2010年）31/44浙大微電子排名企業(yè)名稱銷售額（億元）1無錫海力士-恒憶半導(dǎo)體浙大微電子排名企業(yè)名稱銷售額（億元）1飛思卡爾半導(dǎo)體（中國）有限公司85.32威訊聯(lián)合半導(dǎo)體（北京）有限公司64.43江蘇新潮科技集團有限公司63.94上海松下半導(dǎo)體有限公司39.45深圳賽意法半導(dǎo)體有限公司32.16日月光封裝測試（上海）有限公司29.77南通華達微電子集團有限公司27.38瑞薩半導(dǎo)體（北京）有限公司26.29樂山無線電股份有限公司24.210英飛凌科技(無錫)有限公司22.22010年中國十大集成電路與分立器件封測企業(yè)32/44浙大微電子排名企業(yè)名稱銷售額（億元）1飛思卡爾半導(dǎo)體（中國）浙大微電子我國IC封測業(yè)現(xiàn)狀國內(nèi)封裝測試企業(yè)已經(jīng)達到130余家。其中年封裝量超過1億塊的企業(yè)已經(jīng)超過25家。國內(nèi)微電子總封裝能力已經(jīng)達到年350億塊。封裝業(yè)的年銷售額644.9億元。封裝形式，DIP、SOP、QFP等都已經(jīng)大批量生產(chǎn)，PGA、BGA、MCM等新型封裝形式已開始形成規(guī)模生產(chǎn)。

33/46浙大微電子我國IC封測業(yè)現(xiàn)狀國內(nèi)封裝測試企業(yè)已經(jīng)達到130余浙大微電子中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要集聚地區(qū)34/46浙大微電子中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要集聚地區(qū)34/4605-11中國大陸IC設(shè)計業(yè)按區(qū)域發(fā)展?fàn)顩r區(qū)域/相應(yīng)市單位：億元200520102011企業(yè)數(shù)銷售額產(chǎn)出率企業(yè)數(shù)銷售額產(chǎn)出率企業(yè)數(shù)銷售額產(chǎn)出率長三角上海204占總數(shù)42.6%51.7占總數(shù)34.5%0.25/企業(yè)224占總數(shù)38.5%242占總數(shù)44.1%1.03/企業(yè)208占總數(shù)39%301占總數(shù)43.8%1.45/企業(yè)錫/蘇/南杭/紹其它京津/渤海灣北京85占總數(shù)17.7%42.0占總數(shù)28.0%0.49/企業(yè)132占總數(shù)22.7%143占總數(shù)26.0%1.08/企業(yè)126占總數(shù)23.6%183占總數(shù)26.7%1.45/企業(yè)濟/津/大/青其它珠三角深圳122占總數(shù)25.5%45.0占總數(shù)30.0%0.39/企業(yè)157占總數(shù)27.0%134占總數(shù)24.4%0.85/企業(yè)141占總數(shù)26.4%164占總數(shù)23.9%1.16/企業(yè)珠/福/廈/港其它中西部西安68占總數(shù)14.2%11.3占總數(shù)7.5%0.17/企業(yè)69占總數(shù)11.8%29.9占總數(shù)5.5%0.43/企業(yè)59占總數(shù)11%38.2占總數(shù)5.6%0.65/企業(yè)武/成/重其它合計4791500.31/企業(yè)5825490.93/企業(yè)5346871.29/企業(yè)浙大微電子35/4605-11中國大陸IC設(shè)計業(yè)按區(qū)域發(fā)展?fàn)顩r區(qū)域/相應(yīng)市200排名美國（億美元）臺灣（億新臺幣）中國大陸（億人民幣）企業(yè)銷售額企業(yè)銷售額企業(yè)銷售額1Qualcomm72聯(lián)發(fā)科1134深圳海思442Broadcom66聯(lián)詠362展訊通信（上海）253AMD65晨星337杭州士蘭微電子184Marvell36群聯(lián)317華大集成電路設(shè)計155Nvidia36瑞昱222銳迪科微電子（上海）126Xilinx23奇景203深圳國微科技117Altera20立錡116連順集團公司118LSICorp.16創(chuàng)意103深圳中興微電子119PMC-Sierra6雷凌74格科微電子（上海）8.510SiliconLabs5瑞朵70上海聯(lián)芯科技8.1企業(yè)平均產(chǎn)出率225億元人民幣60億元人民幣14億元人民幣浙大微電子我國IC產(chǎn)業(yè)存在的主要問題（一）國際競爭力有待加強36/44排名美國（億美元）臺灣（億新臺幣）中國大陸（億人民幣）企業(yè)銷浙大微電子

我國IC產(chǎn)業(yè)存在的主要問題（二）

產(chǎn)業(yè)規(guī)模尚小，供需矛盾突出——國內(nèi)集成電路產(chǎn)品僅占國內(nèi)市場需求的20%左右——大量進口產(chǎn)品，集成電路已成為國內(nèi)最大單宗進口商品我國集成電路產(chǎn)業(yè)與市場規(guī)模對比37/44浙大微電子我國IC產(chǎn)業(yè)存在的主要問題（二）產(chǎn)業(yè)規(guī)模尚小，浙大微電子從十五開始我國高度重視發(fā)展微電子產(chǎn)業(yè)

我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從“十五”開始起步，進入飛速發(fā)展期。五年吸引投資累計160億美元，是過去30年總投資的4倍多。38/44浙大微電子從十五開始我國高度重視發(fā)展微電子產(chǎn)業(yè)我國浙大微電子“十二五”信息產(chǎn)業(yè)六項重大工程

集成電路升級工程平板顯示和彩電工業(yè)轉(zhuǎn)型工程

TD-SCDMA第三代移動通信產(chǎn)業(yè)新跨越工程數(shù)字影視推廣工程計算機提升和下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工程軟件及信息服務(wù)培育工程39/46浙大微電子“十二五”信息產(chǎn)業(yè)六項重大工程集成電路升級工浙大微電子2005-2020年國家科技重大專項(16個)——核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品（集成電路領(lǐng)域）——極大規(guī)模集成電路制造裝備