超大规模集成电路CAD 第一章 VLSI设计的概述..ppt

第一章 VLSI的概述 第一章 VLSI的概述 第1章 VLSI概述 1.1 晶体管与集成电路的发展 1.2 摩尔定律(More’s law) 1.3 EDA技术的发展 1.4 IC产业的分工 1.5 VLSI设计方法学 1.6 深亚微米技术的挑战 1.1 晶体管与集成电路的发展 1.1.1 半导体集成电路的出现与发展 1.1.2 集成电路基本概念 1.1.3 集成电路发展的特点 1947～1948年：贝尔实验室公布了世界上第一只晶体三极管（点接触）—“20世纪最伟大发明”，标志电子管向晶体管过渡，从此电路进入晶体管时代。 1948年，威廉·肖克莱（William Shockley)—“晶体管之父” ，提出结型晶体管的想法； 1951年，威廉·肖克莱领导的研究小组成功研制出第一个可靠的单晶锗NPN结型晶体管；（温度特性差、提纯度差、表面防护能力差(稳定性差）） 1952年，英国皇家雷达研究所的达默第一次提出“集成电路”的设想； 1958年美国德克萨斯仪器公司基尔比为首的小组研制出世界上第一块集成电路了双极性晶体管（由12个器件组成的相移振荡和触发器集成电路），并于1959年公布—这就是世界上最早的集成电路，是现代集成电路的雏形或先驱 ；（基尔比于2000年获得诺贝尔物理学奖） 1960年成功制造出MOS管集成电路； 1965年戈登·摩尔发表预测未来集成电路发展趋势的文章，就是“摩尔定律”的前身； 1968年Intel公司诞生。 集成电路的发展除了物理原理外还得益于许多新工艺的发明： 50年美国人奥尔和肖克莱发明的离子注入工艺； 56年美国人富勒发明的扩散工艺； 60年卢尔和克里斯坦森发明的外延生长工艺； 60年kang和Atalla研制出第一个硅MOS管； 70年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺，使晶体管从点接触结构向平面结构过渡并给集成电路工艺提供了基本的技术支持。因此，从70年代开始，第一代集成电路才开始发展并迅速成熟。 集成电路规模的发展： SSI: 1958年制造出包含12个晶体管的小规模集成电路 MSI :1966年发展到集成度为100－1000个晶体管的中规模集成电路 LSI :1967-1973年，研制出1000个至10万个晶体管的大规模集成电路 VLSI:1977年研制出在30平方毫米的硅晶片上集成15万个晶体管的超大规模集成电路，这是电子技术的第四次重大突破，从此真正迈入了微电子时代； ULSI (Ultra Large-Scale Integration) ，1993年随着集成了1000万个晶体管的16M FLASH和256M DRAM的研制成功，进入了特大规模集成电路时代； GSI（Giga Scale Integration）1994年由于集成1亿个元件的1G DRAM的研制成功，进入巨大规模集成电路时代。 1.1.2 集成电路基本概念 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:包含的晶体管数目或等效逻辑门的数量。(1个2输入的NAND=4个晶体管） 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，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。（inch) 封装(Package)： 把IC管芯放入管壳(金属、陶瓷和塑料）内密封，使管芯能长期可靠工作 散热：保证在允许的温度下正常工作 恶劣环境：化学介质、辐射、振动 注：1.封装与互连不会增强信号，而只会减弱信号强度 2.封装不会改进芯片的性能，只会限制系统性能 从扦孔形（THP）向表面按装形式（SMP）发展，到现在的MCM(multi chip Module）多芯片封装普及中。 THP以电性能和热性能优良、可靠性等特点而得到广泛应用 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按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 MCM可以说是面向部件的或者说是面向系统或整机的。MCM技术集先进印刷电路板技术、先进混合集成电路技术、先进表面安装技术、半导体集成电路技术于一体，是典型的垂直集成技术. DIP封装 70年代流行双列直插封装，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。 SMP封装 80年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC(Leadless?Ceramic?