输出一个由*组成的三角形图案_一文带你读懂集成电路的组成与封装形式

1集成电路是什么？

英语为集成电路IntegratedCircuit，缩写为IC；顾名思义，它是一种具有特定功能的电路，通过半导体工艺集成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。

2集成电路分类

①功能结构又称集成电路IC，根据其功能和结构的不同，可分为三类：模拟集成电路、数字集成电路和数字/模混合集成电路。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(指随时间变化幅度的信号)。例如，半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等。)，其输入信号与输出信号成比例。而数字集成电路用于产生、放大和处理各种数字信号(指在时间和范围离散值的信号。例如3G手机、数码相机、电脑CPU、数字电视的逻辑控制和重放的音频信号和视频信号)。②制作工艺根据生产工艺，集成电路可分为半导体集成电路和膜集成电路。膜集成电路分为厚膜集成电路和薄膜集成电路。③集成度高低根据集成程度的不同，集成电路可分为：SSIC小规模集成电路(SmallScaleIntegratedcircuits)MSIC中规模集成电路(MediumScaleIntegratedcircuits)LSIC大规模集成电路(LargeScaleIntegratedcircuits)VLSIC超大型集成电路(VeryLargeScaleIntegratedcircuits)

ULSIC大型集成电路(UltraLargeScaleIntegratedcircuits)GSIC巨大规模集成电路也被称作极大规模集成电路或超大型集成电路(GigaScaleIntegraTIon)。④导电类型集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路，他们都是数字集成电路。双极集成电路制造工艺复杂，功耗大，代表集成电路TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极集成电路制造工艺简单，功耗低，易于制造大型集成电路，代表集成电路CMOS、NMOS、PMOS等类型。⑤用途集成电路可分为电视集成电路、音频集成电路、光盘集成电路、录像集成电路、计算机（微机）集成电路、电子钢琴集成电路、通信集成电路、相机集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警集成电路及各种专用集成电路。⑥应用领域根据应用领域，集成电路可分为标准通用集成电路和专用集成电路。⑦按外形集成电路可分为圆形(金属壳晶体管封装型，一般适用于大功率)、扁平型(稳定性好、体积小)和双列直插型。

3集成电路的工作原理

集成电路(integratedcircuit)是微型电子器件或部件。采用一定的工艺，将电路中所需的晶体管、电阻、电容、电感元件和布线连接在一小块或几小块半导体晶片或介质基板上，然后包装在管壳内，成为所需电路功能的微结构；所有元件都形成了一个整体，使电子元件向小型化、低功耗、智能化、高可靠性迈出了一大步。

4集成电路的结构和组成

(1)纸上谈IC

一般来说，我们用自上而下的层次来理解集成电路，这样更容易理解，更有条理。1)以手机为例，整个手机是一个复杂的电路系统，可以打电话、玩游戏、听音乐、哔哔。它由多个芯片、电阻、电感和电容器连接而成，称为系统级。(当然，随着技术的发展，在芯片上制造整个系统的技术已经出现多年了——SoC技术)2)模块级在整个系统中分为许多功能模块。有的管理电源，有的负责通信，有的负责显示，有的负责发声，有的负责统领全局计算等。我们称之为模块级。每个模块都是一个宏大的领域，聚集了无数人类智慧的结晶，养活了许多公司。3)寄存器传输级(RTL)那么每个模块是由什么组成的呢？以数字电路模块占整个系统的很大比例(它专门负责逻辑操作，处理的电信号是离散的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暂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的存储时间。实际上，我们需要时钟来衡量时间长短，电路中也需要时钟信号来统筹安排。时钟信号是一期稳定的矩形波。在现实中，秒移动是我们的基本时间尺度，矩形波在电路中的振荡周期是它们世界的时间尺度。电路元件根据此时间尺度做出相应的动作，履行义务。组合逻辑有很多和(AND)、或(OR)、非(NOT)由逻辑门组成的组合。例如，两个串联灯泡，每个都有一个开关，只有两个开关打开，灯才会亮，这被称为逻辑。复杂的功能模块由许多寄存器和组合逻辑组成。这一级称为寄存器传输级。

图中的三角形和圆圈是非门，旁边的器件是寄存器，D是输入，Q是输出，clk输入时钟信号。4)门级寄存器传输级中的寄存器实际上是由和谐或非逻辑组成的。如果细分为和谐或非逻辑，就会达到门级(它们就像一扇门，阻挡/允许电信号进出，因此得名)。5)无论是数字电路还是模拟电路，晶体管级都是底层。所有的逻辑门(和、或、、和、或、或、或等)都是由晶体管组成的。因此，从宏观到微观，集成电路达到底层，实际上是晶体管和连接它们的导线。早期双极性晶体管(BJT)用的比较多，俗称三极管。它与电阻、电源和电容器相连，具有放大信号的功能。像堆积木一样，它可以形成各种电路，如开关、电压/电流源电路、逻辑门电路、滤波器、比较器、加法器甚至积分器。由BJT我们称之为构建的电路TTL(Transistor-TransistorLogic)电路。BJT电路符号长这样:

后来，金属氧化物半导体效应晶体管(MOSFET)以优异的电学特性和超低的功耗横扫IC领域。除模拟电路外BJT除了身影，基本上现在的集成电路都是由MOS由管道组成。同样，它也可以建造成千上万条电路。而且它本身也可以作为电阻、电容等基本电路元件适当连接。MOSFET电路符号如下：

如上所述，在实际的工业生产中，芯片的制造实际上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将反过来，从底部的晶体管层层建造。基本上，按照晶体管-芯片-电路板的顺序，我们最终可以得到电子产品的核心部件-电路板。(2)IC的制造

想直接看芯片制造的可以直接空降到这里。以下光刻机主要指步进式和扫描式光刻机。1)首先，我们知道光刻的一般过程是晶圆(wafer)(通常直径为300mm)涂一层光刻胶，然后光线通过刻有电路图案的电路图案(pattern)的掩膜版(maskorreTIcle)照射在晶圆上，晶圆上的光刻胶部分感光(对应有图案的部分)，然后进行后续溶解光刻胶、蚀刻晶圆等处理。然后涂一层光刻胶，重复上述步骤几十次，以满足要求；2）简化结构请参见下图。掩膜版和晶圆安装在运动平台上(reTIclestageandwaferstage)。光刻时，两者移动到指定位置，光源打开。光线通过掩膜版后，透镜可以将电路图案缩小到原来的四分之一，然后投射到晶圆上，使光刻胶部分感光。

3)晶圆上有很多die，每一个die都刻有相同的电路图案，即一个晶圆可以生产许多芯片。一个die典型尺寸为26&TImes;32mm。光刻机主要有两种，一种叫做stepper，即掩膜版和晶圆上的某个die运动到位后，光源开闭，完成一次光刻，然后晶圆运动使下一次die到位，再做一次光刻，等等。另一种光刻机叫做scanner，也就是说，光线限制在接缝区域。当光刻时，掩膜版和晶圆同时移动，使光线扫描die的区域，从而将电路图案刻在晶圆上(见下图(b))。scanner比stepper优点是可以提供更大的die的尺寸。原因是对于直径32等固定尺寸的圆透镜mm圆(指投影后的区域大小)，允许通过的光的区域尺寸有限。若采用stepper的step-and-expose光刻的方法，一个die直径32的区域必须能够包含mm因此，最大的圆可以得到die的尺寸为22×22mm；若采用scanner的step-and-scan透镜可以提供的矩形区域长度可以达到26mm(26×8mm)甚至更长，将光缝设置为此尺寸，通过扫描获得26×Lmm的区域(L扫描长度)。区域示意见如下图所示(a)。区域示意见如下图所示(a)。同样的镜头在stepper更大区域的意义在于，当你需要生产更大的芯片时，更大的镜头是昂贵的。4)Scanner的step-and-scan流程示意图如下:5)为了防止每层电路相互干扰，需要对上下平台进行精确的运动控制。上下平台扫描时应处于匀速运动阶段。目前最小的层叠误差小于2nm(单机内)或3nm(不同机器间)。6)光源的波长一般为365、248、193、157甚至13.5nm(EUV，ExtremeUltraviolet)。由于光刻过程受衍射限制，光源波长越小，芯片尺寸越小。7)在透镜和晶圆之间加入折射率大于1的液体(如水)，可以减少光波长，从而增加NA(数值孔径)和分辨率。这种光刻机称为浸润式(immersion)光刻机。8)世界上主要有高端光刻机制造商ASML、Nikon和Canon。佳能可能已经不行了。Nikon每年开个会叫LithoVision。

5集成电路的包装形式

(1)SOP小外形封装

SOP，也可以叫做SOL和DFP，是一种非常常见的组件形式。同时也是表面贴装型的封装之一，引脚从封装两侧引出海鸥翼状(L字形)。封装材料分塑料和陶瓷两种。始于70年代末。SOP除了用于存储器外，包装还有广泛的应用LSI输入输出端子不超过10-40的领域，SOP表面贴装封装是最受欢迎的。后来，为了应生产的需要，也逐渐派生出SOJ、SSOP、TSSOP、SOIC等一些小外形封装。(2)PGA插针网格阵列封装

PGA芯片封装形式常见于微处理器的封装，一般是将集成电路(IC)包装在瓷片内，瓷片的底部是排列成方形的插针，这些插针就可以插入获焊接到电路板上对应的插座中，非常适合于需要频繁插波的应用场合。对于同样管脚的芯片，PGA封装通常要比过去常见的双列直插封装需用面积更小。PGA封装具有插拨操作更方便，可靠性高及可适应更高的频率的特点，早期的奔腾芯片、InTel系列CPU中的80486和Pentium、PentiumPro均采用这种封装形式。(3)BGA球栅阵列封装

BGA封装是从插PGA插针网格阵列改良而来，是一种将某个表面以格状排列的方式覆满引脚的封装法，在运作时即可将电子讯号从集成电路上传导至其所在的印刷电路板。在BGA封装下，在封装底部处引脚是由锡球所取代，这些锡球可以手动或透过自动化机器配置，并透过助焊剂将它们定位。BGA封装能提供比其他如双列直插封装或四侧引脚扁平封装所容纳更多的接脚，整个装置的地步表面可作为接脚使用，比起周围限定的封装类型还能具有更短的平均导线长度，以具备更加的高速效能。(4)DIP双列直插式封装

所谓DIP双列直插式封装，是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路IC均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。