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什么是集成电路

集成电路，英文缩写为IC；顾名思义，就是一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连接，通过半导体工艺。具有特定功能的集成电路。

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集成电路的分类

功能结构

集成电路又称集成电路，按其功能和结构可分为模拟集成电路、数字集成电路和数模混合集成电路三大类。

模拟集成电路又称线性电路，用于产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录像机的磁带信号等）的比例。

数字集成电路用于产生、放大和处理各种数字信号（指在时间和幅度上具有离散值的信号。例如3G手机、数码相机、计算机CPU、数字电视逻辑控制和播放音频信号和视频信号）。

工艺

集成电路按制造工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。

薄膜集成电路又分为厚膜集成电路和薄膜集成电路。

集成度

集成电路可分为：

SSIC 小型集成电路 ( )

MSIC 中型集成电路 ()

LSIC 大规模集成电路 ()

VLSIC**大规模集成电路()

ULSIC**大规模集成电路（）

GSIC 巨规模集成电路也称为**大规模集成电路或**大规模集成电路（very very large-scale ）。

不同的导电类型

集成电路按导电类型可分为双较集成电路和单较集成电路，两者均为数字集成电路。

双较型集成电路生产工艺复杂，功耗较大，这意味着集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单较集成电路的制作工艺简单，功耗也低集成电路板，易于制成大规模集成电路。

按目的

集成电路可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、DVD播放机用集成电路、录像机用集成电路、计算机（微机）用集成电路、电子器官用集成电路、通讯用集成电路、集成电路相机的电路。电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器集成电路及各种**集成电路。

按应用领域

集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和**集成电路。

按形状

集成电路按形状可分为圆形（金属外壳晶体管封装型，一般适用于大功率）、扁平型（稳定性好、体积小）和双列直插型。

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集成电路的结构和组成

集成电路 ( ) 是一种微型电子设备或组件。采用一定的工艺，将电路中所需的晶体管、电阻、电容、电感等元器件和布线互连，制作在一小块或几块小的半导体晶片或介质基板上，然后封装在一个封装中。，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元器件在结构上已形成一个整体，使电子元器件向小型化、低功耗、智能化和高可靠性迈出了一大步。

一般来说，我们使用自上而下的层次结构来理解集成电路，这样容易理解，有条理。

系统级

以手机为例，整个手机是一个复杂的电路系统。它可以打电话、玩游戏、听音乐、可以……它由多个芯片、电阻、电感、电容相互连接组成。称为系统级。（当然随着技术的发展，在芯片上制作整个系统的技术也出现了很多年——SoC技术）

模块级

在整个系统中，分为许多功能模块来执行各自的功能。一些管理电源，一些通信，一些显示，一些说话，一些****计算，等等。我们称之为模块级别。这里的每一个模块都是一个宏大的领域，汇聚着无数人类智慧的结晶，也支撑着众多企业。

寄存器传输级别 (RTL)

那么每个模块由什么组成呢？以占整个系统很大比例的数字电路模块（它负责逻辑运算，处理的电信号为离散0和1）为例。它由寄存器和组合逻辑电路组成所谓寄存器，是一种可以临时存储逻辑值的电路结构，它需要一个时钟信号来控制逻辑值存储的时间长短。

在现实中，我们需要一个时钟来测量时间长度，在电路中也需要一个时钟信号来进行统筹。时钟信号是一个周期性稳定的矩形波。实际上，一秒钟的运动对我们来说是一个基本的时间尺度，电路中矩形波振荡的一个周期就是他们世界的一个时间尺度。电路元件相应地采取行动并根据该时间尺度履行其义务。

组合逻辑是许多“与（AND）、或（或）和非（非）”逻辑门的组合。例如，两个串联的灯泡，每个都有一个开关，只有在两个开关都打开时才会亮起。这称为 AND 逻辑。

一个复杂的功能模块就是由这么多的寄存器和组合逻辑组成的。这一层称为寄存器传输层。

图中三角形加一个圆圈是NOT门，旁边的设备是寄存器，D是输入，Q是输出，clk端输入时钟信号。

门平

寄存器传输阶段的寄存器实际上是由AND-OR逻辑组成的，它被细分为AND、OR和NOT逻辑以达到门级（它们就像阻止/允许电信号进出的门一样），因此名字）。

晶体管级

无论是数字电路还是模拟电路，底层都是晶体管级。所有逻辑门（AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XOR 等）均由晶体管组成。所以集成电路从宏观到微观，到了底层，其实都是晶体管和连接它们的导线。

早期，双较晶体管（BJT）的使用较多，俗称三极管。它接一个电阻、一个电源、一个电容，它本身就具有放大信号的作用。就像积木一样，它可以用来构建各种各样的电路，例如开关、电压/电流源电路、上面提到的逻辑门、滤波器、比较器、加法器甚至积分器等等。由 BJT 构成的电路称为 TTL(-) 电路。BJT的电路符号如下：

后来，金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的出现以优异的电特性和**低功耗席卷了IC领域。除了模拟电路中的BJT，目前的集成电路基本上都是由MOS管组成。同样，可以用它构建数千个电路。并且通过适当的连接也可以用作电阻、电容等基本电路元件。MOSFET的电路符号如下：

如前所述，在实际的工业生产中，芯片的制造实际上就是成千上万个晶体管的制造过程。实际上，制造芯片的层次顺序是颠倒的，从较底层的晶体管开始，逐层构建。基本上按照“晶体管->芯片->电路板”的顺序，我们终于可以得到电子产品的核心部件——电路板。

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集成电路制造

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首先我们知道光刻的一般流程是在晶圆（通常直径为300mm）上涂上一层光刻胶，然后光线通过已经刻有电路图案（）的掩模（）到达照射到晶圆上，将晶圆上的光刻胶部分曝光（对应有图案的部分），然后进行后续的光刻胶溶解、晶圆刻蚀等工艺。然后再涂上一层光刻胶，重复上述步骤数十次即可达到要求的要求。

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简化结构见下图。标线片和晶片各自安装在移动台上。光刻时，两者移动到*位置，光源开启。光线穿过掩模版后，通过透镜，将电路图案缩小到其原始尺寸的四分之一，然后将其投射到晶圆上，光刻胶在晶圆上部分曝光。

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一个圆片上有很多裸片，每个裸片上都刻有相同的电路图案，也就是一块圆片可以生产很多芯片。模具的典型尺寸为 26 x 32mm。

光刻机主要有两种，一种叫做集成电路板，即在晶圆上的掩膜和裸片移动到位后，打开和关闭光源，完成一次光刻，然后晶圆移动制作下一个芯片就位，然后进行一次光刻，以此类推。

另一种光刻机叫做光刻机，即将光限制在狭缝的区域内。光刻时，掩模和晶圆同时移动，使光线以扫描方式扫描裸片区域，从而形成电路图案。刻在晶圆上（见下图（b））。

这个比率的优点是可以提供大的芯片尺寸。原因是对于固定尺寸的圆形镜头，比如直径为32mm的圆形（指投影面积的大小），它允许通过的光线的面积大小是有限的。

如果采用步进曝光法进行光刻，一个die的面积必须包含在一个直径为32mm的圆内，因此可以得到的较大die尺寸为22×22mm；如果采用步进扫描方式，镜头所能提供的矩形区域长度可达26mm（26×8mm）甚至长。将光学狭缝设置为这个尺寸，用扫描的方法得到面积为26×Lmm（L为扫描长度）。区域代表性如下图（a）所示。同一个镜头能做到大面积的一点是，当你需要生产大的芯片时，换大镜头的成本是昂贵的。

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步进扫描过程示意图如下：

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为了防止各层电路相互干扰，需要对上下平台进行精确的运动控制。扫描时，上下平台应处于匀速运动阶段。目前较小的堆叠误差小于2nm（单机内）或3nm（机间）。

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光源波长一般为365、248、193、157甚至13.5nm(EUV,)。由于光刻工艺受衍射限制，光源的波长越小，可以制作的芯片尺寸就越小。

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在透镜和晶片之间添加折射率大于 1 的液体（例如水）会降低光的波长，从而提高 NA（数值孔径）和分辨率。这种光刻机称为浸没式()光刻机。

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**高端光刻机厂商主要有ASML、尼康、佳能等。佳能可能已经死了。尼康每年都会召开一次会议。

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集成电路封装形式

SOP小外形封装

SOP，也称为SOL和DFP，是一种非常常见的组件形式。它也是表面贴装封装之一，引脚从封装的两侧引出，呈鸥翼（L形）形状。包装材料分为塑料和陶瓷两种。70年代后期开始。

SOP 封装具有广泛的应用。SOP除了用于存储器LSI外，在输入输出端子不**过10-40的领域，是较流行的表面贴装封装。后来为了适应生产的需要，逐渐衍生出SOJ、SSOP、TSSOP、SOIC等一些小外形封装。

PGA 引脚网格阵列封装

PGA芯片封装在微处理器的封装中很常见。通常，集成电路（IC）封装在陶瓷芯片中。陶瓷芯片底部排列成方针。这些引脚可以插入或焊接到电路板上。在相应的插座中，非常适合需要频繁插波的应用场合。对于相同引脚排列的芯片，PGA 封装通常比过去常见的双列直插式封装需要少的面积。

PGA封装具有插拔操作方便、可靠性高、适应高频率等特点。早期的 芯片，InTel 系列 CPU 中的 80486 和 80486 都采用这种封装形式。

BGA 球栅阵列封装

BGA 封装是对 PGA 引脚网格阵列的改进。它是一种在表面覆盖成网格状排列的引脚的封装方法，在工作过程中可以将来自集成电路的电子信号传导到引脚。它所在的印刷电路板。在 BGA 封装下，封装底部的引脚被焊球取代，焊球可以手动或通过自动机器放置并通过助焊剂定位。

BGA 封装比双列直插或四引脚扁平封装等其他封装可以容纳多的引脚，整个器件的接地面可以用作引脚，并且可以比周围的封装类型短。平均线长以获得高的高速性能。

DIP 双列直插式封装

所谓DIP封装是指以双列直插形式封装的集成电路芯片。DIP 封装的 CPU 芯片有两排引脚，需要插入具有 DIP 结构的芯片插槽中。DIP封装的芯片在从芯片插座插拔时应小心处理，以免损坏管脚。