《集成電路基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)》講義

1、IC Base Training,集成電路基礎(chǔ)知識(shí),1,PPT學(xué)習(xí)交流,一、集成電路的基本概念及分類,2,PPT學(xué)習(xí)交流,第一節(jié) 集成電路的基本概念知識(shí),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

2、電路常用IC表示。 集成電路的英文是：Integrated Circuit 簡(jiǎn)稱為IC,3,PPT學(xué)習(xí)交流,通用集成電路General IC 例如單片機(jī)、存儲(chǔ)器等，通用都可以理解為一般常用的。 專用集成電路Application Specific Integrated Circuit 簡(jiǎn)稱為ASIC ASIC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(duì)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,4,PPT學(xué)習(xí)交流,ASIC可以分為全定制（Full Custom）半定制（Semi-Custom） “全定制(Full-Custom)”是一種基于晶

3、體管級(jí)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(zhǎng)，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(Gata Array)和標(biāo)準(zhǔn)單元(Standard Cell)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(jiǎn)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,5,PPT學(xué)習(xí)交流,6,PPT學(xué)習(xí)交流,電路設(shè)計(jì),7,P

4、PT學(xué)習(xí)交流,版圖設(shè)計(jì),8,PPT學(xué)習(xí)交流,集成電路芯片的顯微照片,9,PPT學(xué)習(xí)交流,集成電路制造流程,1、掩膜版加工 2、晶圓加工 3、中測(cè)（切割、減薄、挑粒） 4、封裝或綁定 5、成測(cè),前工序,后工序,10,PPT學(xué)習(xí)交流,集成電路制造流程,11,PPT學(xué)習(xí)交流,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。 現(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(jiǎn)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(huì)擋住

5、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。,12,PPT學(xué)習(xí)交流,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

6、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(zhǎng)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,13,PPT學(xué)習(xí)交流,14,PPT學(xué)習(xí)交流,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

7、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,15,PPT學(xué)習(xí)交流,中測(cè)（硅片的測(cè)試） 中測(cè)（Wafer test）是半導(dǎo)體后道封裝測(cè)試的第一站。 中測(cè)有很多個(gè)名稱，比如針測(cè)、晶圓測(cè)試、CP（Circuit Probing）、Wafer Sort、Wafer Probing等等。 中測(cè)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(cè)試機(jī)（IC Tester）、探針卡（Probe Card）、探針臺(tái)（Prober）以及測(cè)試機(jī)

8、與探針卡之間的接口（Mechanical Interface）。,16,PPT學(xué)習(xí)交流,17,PPT學(xué)習(xí)交流,集成電路的封裝,18,PPT學(xué)習(xí)交流,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(duì)于模塑料提出了更高且綜合性的要求。,19,PPT學(xué)習(xí)交流,2、集成電路封裝形式的簡(jiǎn)介,集成電路的封裝形式有很多，按封裝形式可分三

9、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。,20,PPT學(xué)習(xí)交流,2、集成電路封裝形式的簡(jiǎn)介,1)雙列直插封裝-DIP(DualIn-linePackage) 特點(diǎn)：常見封裝方法，可以插入插座中(易于測(cè)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)2

10、4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(dòng)、電源保護(hù)等。 其他SDIP(ShrinkDIP)緊縮式雙列直插封裝，比常規(guī)DIP針腳密度高PDIP(PlasticsDIP)塑料雙列直插封裝,兩管腳間距比常規(guī)小，俗稱廋型DIP,21,PPT學(xué)習(xí)交流,2、集成電路封裝形式的簡(jiǎn)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(QuadFlatPackage) 特點(diǎn)：引腳間距較小及細(xì)

11、，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(dòng)IC、解碼器等。 其他LQFP(LittleQFP)小型QFP,對(duì)引腳數(shù)進(jìn)行精簡(jiǎn)，運(yùn)用于有限空間TQFP(ThinQFP)微型扁平封裝,有效利用空間，縮小高度和何種HQFP(HeatsinkQFP)帶散熱QFPPQFP(PlasticQFP)塑料QFP,22,PPT學(xué)習(xí)交流,2、集成電路封裝形式的簡(jiǎn)介,2)小型外框封裝-SOP(SmallOutlinePackage) 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。

12、適用產(chǎn)品：電源管理、開關(guān)、音頻功效、驅(qū)動(dòng)IC、電源保護(hù)、控制IC 其它：TSOP(ThinSOP)薄型小尺寸SOP SSOP(Shrink Small-Outline Package) 縮小外型封裝,23,PPT學(xué)習(xí)交流,2、集成電路封裝形式的簡(jiǎn)介,3)有引線芯片載體-LCC(LeadedChipCarrier) 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(chǔ)器、控制器、驅(qū)動(dòng)、解碼等。（圖示）,其他：PLCC(PlasticLCC)塑料材料LCC,24,PPT學(xué)習(xí)交流,2、集成電路封裝形式的簡(jiǎn)介,4)球柵陣列封裝-BGA(BallGridArraypackage) 特點(diǎn)：引腳為針刺

13、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(SmallOutlineTransistorpackage) 6）多芯片模塊-MCM(MultiChipModel ） 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(cè)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。 FlipChip ：FlipChip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

14、有提高。,25,PPT學(xué)習(xí)交流,2、集成電路封裝形式的簡(jiǎn)介,26,PPT學(xué)習(xí)交流,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(huì)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（pad print）：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（laser mark）：使用雷射直接在

15、膠體上刻印,27,PPT學(xué)習(xí)交流,28,PPT學(xué)習(xí)交流,標(biāo)準(zhǔn)包裝規(guī)格 對(duì)于SMD 產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)包裝質(zhì)量如下表所述。請(qǐng)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(hào)的變化而變化。）,29,PPT學(xué)習(xí)交流,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。,30,PPT學(xué)習(xí)交流,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(cè)試。 一般測(cè)試：將芯片置于各種環(huán)境下測(cè)試其電氣特性，如消耗功率、運(yùn)行速度、耐壓度等。經(jīng)測(cè)試后的芯片，依其電氣特性劃分為不同等級(jí)。 特殊測(cè)試：根據(jù)客戶特殊需求的技術(shù)參數(shù)，從