a集成电路设计基础

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1、《集成电路设计概述》9/17/20211目的认识集成电路的发展历史、现状和未来了解集成电路设计工艺熟悉集成电路设计工具培养集成电路设计兴趣9/17/20212主要内容1.1集成电路的发展1.2集成电路的分类1.3集成电路设计步骤1.4集成电路设计方法1.5电子设计自动化技术概论1.6九天系统综述9/17/20213集成电路IntegratedCircuit，缩写ICIC是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳

2、内，执行特定电路或系统功能的一种器件。9/17/20214集成电路芯片显微照片集成电路芯片键合9/17/20215各种封装好的集成电路9/17/20216集成电路IC基本概念--形状:一般为正方形或矩形--面积:几平方毫米到几百平方毫米。面积增大引起功耗增大、封装困难、成品率下降，成本提高，可通过增大硅园片直径来弥补。--集成度，规模:包含的MOS管数目或等效逻辑门(2输入的NAND)的数量1个2输入的NAND=4个MOS管9/17/20217--特征尺寸：集成电路器件中最细线条的宽度，对MOS器件常指栅极所决定的沟导几何长度，

3、是一条工艺线中能加工的最小尺寸。反映了集成电路版图图形的精细程度，特征尺寸的减少主要取决于光刻技术的改进（光刻最小特征尺寸与曝光所用波长）。--硅园片直径：考虑到集成电路的流片成品率和生产成本，每个硅园片上的管芯数保持在300个左右。--封装：把IC管芯放入管壳内并加以密封，使管芯能长期可靠地工作为了适应高密度安装的要求，从扦孔形式（THP）向表面安装形式（SMP）发展，SMP优点是节省空间、改进性能和降低成本，而且它还可以直接将管芯安装在印制版电路板的两面，使电路板的费用降低60%。目前最多端口已超过1千个。9/17/2021

4、8一个圆片制造多个芯片9/17/20219MPW示意图9/17/2021101.1集成电路的发展集成电路的出现1947-1948年：公布了世界上第一支（点接触）晶体三极管—标志电子管时代向晶体管时代过渡。因此1956年美国贝尔实验室三人获诺贝尔奖1950年：成功制出结型晶体管1952年：英国皇家雷达研究所第一次提出“集成电路”的设想1958年：美国德克萨斯仪器公司制造出世界上第一块集成电路（双极型-1959年公布）1960年：制造成功MOS集成电路9/17/202111集成电路的发展从此IC经历了：SSI-SmallScaleI

5、ntegrationMSI-MediumScaleIntegrationLSI-LargeScaleIntegration现已进入到：VLSI-VeryLargeScaleIntegrationULSI-UltraLargeScaleIntegrationGSI-GrandSaleIntegration9/17/202112集成电路的发展年份1989年1993年1997年2007年特征尺寸1.0µm0.6µm0.35µm45nm水平标志微米（M）亚微米（SM）深亚微米（DSM）超深亚微米（VDSM）表1CMOS工艺特征尺寸发展进

6、程9/17/202113集成电路发展的特点：特征尺寸越来越小（45nm）硅圆片尺寸越来越大（8inch~12inch）芯片集成度越来越大（>2000K）时钟速度越来越高（>500MHz）电源电压/单位功耗越来越低（0.6V）布线层数/I/0引脚越来越多（9层/>1200）9/17/202114摩尔定律一个有关集成电路发展趋势的著名预言，该预言直至今日依然准确。集成电路自发明四十年以来，集成电路芯片的集成度每三年翻两番，而加工特征尺寸缩小倍。即由Intel公司创始人之一GordonE.Moore博士1965年总结的规律，被称为

7、摩尔定律。9/17/202115集成电路单片集成度和最小特征尺寸的发展曲线9/17/202116IC在各个发展阶段的主要特征数据发展阶段主要特征MSI(1966)LSI(1971)VLSI(1980)ULSI(1990)元件数/芯片102-103103-105105-107107-108特征线宽(um)10-55-33-1<1速度功耗乘积(uj)102-1010-11-10-2<10-2栅氧化层厚度(nm)120-100100-4040-1515-10结深(um)2-1.21.2-0.50.5-.020.2-.01芯片面积(mm

8、2)<1010-2525-5050-100被加工硅片直径(mm)50-75100-125150>1509/17/202117Intel’sCPUYearofintroductionTransistors400419712,250800819722,5008080