集成電路范文10篇

摘要：介紹了一種可實現微波混合集成電路三維集成的設計方法。該方法在陶瓷基板上采用薄膜混合集成工藝制作多層薄膜電路結構，利用球柵陣列連接實現多個基板的三維集成互聯組裝。該設計可使混合集成電路的集成度進一步提高，并可改善安裝方式和調試難度。同時對三維集成設計方式和應用特點進行了分析和研究，為小型化混合集成電路應用提供了有效的解決方案。

關鍵詞：微波混合集成電路；三維集成；球柵陣列；電路設計

混合集成電路結合了薄膜集成技術與半導體技術的各自特點，具有電路精度高、設計靈活、便于調試、應用頻率范圍寬、性能好、可靠性高等優點［1］，在微波器件、模塊組件和微系統等領域有廣泛的應用。在頻率低端，微波混合集成電路比單片集成電路具有更多的優勢，可集成體積較大的分立元件或器件，而且便于電路調試。隨著電路集成度越來越高，微波混合集成電路中也要集成更多的元器件來擴展功能，但很多元器件隨著頻率的降低，其量值或體積顯著增大，如片式元件、磁性元件、濾波元器件等［2］，增加了電路的設計局限和調試難度，在集成度和體積方面帶來了很多限制。本文采用多層薄膜陶瓷基板，利用球柵陣列（Ballgridarray，BGA）技術和三維集成工藝，實現多個陶瓷基板的立體組裝，把體積較大或需要調試的分立元器件放在上層基板，通過錫球與下層基板的電路進行連接。這樣不僅可以解決電路集成度的限制，降低設計難度，還便于后期調試，提高微波混合集成電路產品的可測性和成品率。

1三維混合集成電路結構

微波混合集成電路設計中，要用到很多種類和不同形式的分立元器件，利用其在性能、精度、成本、周期等方面的優勢，以保證混合集成電路性能。主要的無源元件包括阻容元件、感性元件、控制元器件等；有源器件包括半導體器件、集成電路等［3］。封裝形式主要有引腳、引線、表貼、球柵陣列等［4］。其中，有些元器件的體積較大，占據了電路基板的大部分空間，在裝配工藝上也存在兼容性問題。同時，部分元件需要裝配后進行調試，以調整量值精度，但調試過程中因空間受限，調試難度較大，很容易損壞其他元器件。針對以上問題，本文提出一種基于混合集成電路工藝的三維集成設計方式。如圖1所示，模型中主要包含兩個電路基板，BGA焊球、各種元器件以及連接線。其中，電路基板為多層薄膜陶瓷基板，采用苯并環丁烯（Benzocyclobutene，BCB）介質實現多層布線；BGA焊球在兩個基板之間，起到支撐、信號互聯、屏蔽隔離、散熱等作用。射頻器件以及體積較小的元器件，如芯片、貼裝元件等裝配到下層基板上，采用貼裝或鍵合等方式與電路連接；無源、體積較大且需要調試的元器件，安裝在上層基板上，通過BGA焊球和基板通孔實現與下層電路的信號連接。

2三維集成電路的主要工藝分析

1微電子學與集成電路解讀

微電子學是電子學的分支學科，主要致力于電子產品的微型化，達到提升電子產品應用便利和應用空間的目的。微電子學還屬于一門綜合性較強學科類型，具體的微電子研究中，會用到相關物理學、量子力學和材料工藝等知識。微電子學研究中，切實將集成電路納入到研究體系中。此外，微電子學還對集成電子器件和集成超導器件等展開研究和解讀。微電子學的發展目標是低能耗、高性能和高集成度等特點。集成電路是通過相關電子元件的組合，形成一個具備相關功能的電路或系，并可以將集成電路視為微電子學之一。集成電路在實際的應用中具有體積小、成本低、能耗小等特點，滿足諸多高新技術的基本需求。而且，隨著集成電路的相關技術完善，集成電路逐漸成為人們生產生活中不可缺少的重要部分。

2微電子發展狀態與趨勢分析

2.1發展與現狀

從晶體管的研發到微電子技術逐漸成熟經歷漫長的演變史，由晶體管的研發→以組件為基礎的混合元件（鍺集成電路）→半導體場效應晶體管→MOS電路→微電子。這一發展過程中，電路涉及的內容逐漸增多，電路的設計和過程也更加復雜，電路制造成本也逐漸增高，單純的人工設計逐漸不能滿足電路的發展需求，并朝向信息化、高集成和高性能的發展方向。現階段，國內對微電子的發展創造了良好的發展空間，目前國內微電電子發展特點如下：（1）微電子技術創新取得了具有突破性的進展，且逐漸形成具有較大規模的集成電路設計產業規模。對于集成電路的技術水平在0.8~1.5μm，部分尖端企業的技術水平可以達到0.13μm。（2）微電子產業結構不斷優化，隨著技術的革新產業結構逐漸生成完整的產業鏈，上下游關系處理完善。（3）產業規模不斷擴大，更多企業參與到微電子學的研究和電路中，有效推動了微電子產業的發展，促使微電子技術得到了進一步的完善和發展。

2.2發展趨勢

根據國家和地方的有關文件精神，為規范我市集成電路產品的認定工作，明確相關的組織管理、工作程序、認定標準和要求，特制定本辦法。

第一條:本辦法所稱集成電路產品，是指通過特定加工將電器元件集成在一塊單晶片或陶瓷基片上，執行特定電路或系統功能的產品（包括單晶硅片，即呈單晶狀態的半導體硅材料）。

本辦法是為集成電路產品的生產企業享受優惠政策制定的審定辦法和認定程序。

第二條:根據上級規定和授權范圍，*市科學技術局會同*市國家稅務局負責管理全市集成電路產品的認定工作：

（一）審定、授權我市的集成電路產品認定機構；

（二）監督檢查我市集成電路產品的認定工作，審核批準認定結果；

摘要：基于中國集成電路的市場狀況和發展狀況，提出發展面對的問題，包括政策導向、市場需求、專業人才。從市場轉向和發揮優勢方面，分析中國集成電路跨越式發展的機遇。

關鍵詞：集成電路；市場狀況；設計業；政策導向

自從1950年第一個晶體管的誕生，不到十年的時間就出現了第一塊集成電路，從此在人類的市場上走向了集成電路的熱潮。如今集成電路發展迅速，集成電路的市場也迅速擴大，它正在潛移默化地改變人們的生產方式。集成電路的發展，它在經濟和政治的多個方面具有多種戰略意義，甚至可以作為一個國家的支柱產業來支持未來的發展。

1中國集成電路的基本情況

1.1市場狀況。最近幾年世界上經濟的變化對集成電路產業的發展來說，既充滿挑戰又充滿著許多機遇[1-4]。第一個方面世界的金融危機處于低谷時期；第二個方面政府和企業抵制全球半導體。這是導致集成電路的危機，那么我們怎樣保持產業的發展推動產業逆勢而上呢，這就需要看中國集成電路的產業如何對待世界金融危機。大數據統計，中國集成電路在2005年以來迅速降低，后四年又緩慢降低。其原因在于受金融危機影響的發達國家影響了中國集成電路的消費者。1.2發展狀況。在世界經濟的不斷發展下，中國集成電路產業在2010年也取得了增長，這是自集成電路產業開展以來第一次迅速的增長。據可靠的數據表示，2010年國內集成電路的交易額為1000多億，相比于之前可謂是爆發性的增長。很多相關的工程也因此在2010年全面啟動，我國也啟動了集成電路設計專項的計劃，支持有實力的企業。進一步強化集成電路，推動中國品牌的戰略目的，提升企業的整體能力。尤為重要的是在2010年的節點上，中國的集成電路在世界上是一個重要的里程碑，中國以很快的姿態走出了世界的金融危機，站在一個全新的起點上重點發展集成電路產業重新站在世界的舞臺上。

2中國集成電路發展面對的問題

驗證模擬電子技術是一門所有電類工科專業必修的專業基礎課［1］，學生通過該課程的學習可以掌握半導體物理器件、單級和多級放大電路、集成運算器、穩壓電源等知識，為后續微機原理應用、單片機技術、高頻電子技術等專業課程學習做好知識鋪墊［2］。然而，傳統的模擬電子技術教學以課本理論公式講授推導為主，以采用模擬實驗箱或實驗臺的驗證性實驗為輔，具有物理概念抽象、分析方法復雜、動手設計困難等特點［3］。因此，學生普遍反映該課程學習起來困難，考試通過率不高，學習興趣不足。隨著我國國民經濟的不斷發展，集成電路行業已經被視為與鋼鐵和石油工業同等重要的、具有戰略意義的國家命脈行業，其技術水平和產業規模已經成為衡量一個國家經濟發展、技術進步、工業先進、國防實力的重要標志［4］。特別是在“新理念、新結構、新模式、新質量、新體系”的新時代工科建設背景下［5］，如何培養出優秀的適合集成電路行業需求的大學本科畢業生已經成為了各本科院校亟待解決的問題。為了培養學生的集成電路設計能力，提高學生對于電子科學與技術專業的認同度和興趣感，本文探究了一種面向集成電路設計的模擬電子技術教學改革方法，使用Cadence和HSPICE仿真軟件對模擬電子技術課本中的典型電路進行仿真分析，進而驗證其理論的正確性。

1傳統模擬電子技術教學

1．1傳統模擬電子技術理論教學模式。傳統的模擬電子技術理論教學采用教師課堂知識灌輸形式，即教師通過板書和PPT的方式在課堂上給學生講授推導書本中的理論公式，通過已學的知識來推導和驗證新的理論和公式［6］。例如在學習第二章“基本放大電路”時，教師是通過圖解法和微變等效電路法來推導放大電路的靜態工作點和交流電壓增壓。圖1為采用圖解法求解的單管共射電路，圖中通過虛線把晶體管和外圍電路分開，當輸入信號ΔUI為0時，在晶體管的輸入回路中既應該滿足輸入特性曲線，又應滿足外圍電路參數，因此:UBE=VBB－iBRb(1)圖2為單管共射電路的輸入特性曲線，由1式可以確定圖中的輸入回路負載線，其中斜率為-1/Rb，輸入回路負載線與輸入特向曲線的交點Q就是電路的靜態工作點。圖3為單管共射電路的輸出特性曲線，與輸入回路一樣，在輸出特性曲線中靜態工作點既應在IB=IBQ曲線上，又應滿足外圍電路特性:UCE=VCC－iCRC(2)由2式可以確定圖3中的負載線，其中負載線的斜率為-1/RC，IB=IBQ與輸出特性曲線的交點即為靜態工作點Q，其縱坐標值為ICQ，橫坐標值為UCEQ。通過圖解法可以求出單管共射電路的靜態工作點Q，采用微變等效電路法可以求解電路的H參數，計算電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻等［7］。同樣，集成運算放大電路、放大電路的頻率響應、波形的發生和信號轉換等章節都是采用傳統的公式推導法來向學生講解的。傳統的模擬電子技術理論教學雖然可以使學生掌握課本中的基本概念和定理，但是繁雜的64物理概念以及抽象的公式推導過程往往讓學生感覺到入門難、理解難、掌握難，僅僅依靠課堂理論灌輸的教學模式就成為了一種“空對空”的教學模式［8］。1．2傳統模擬電子技術實驗教學模式。傳統模擬電子技術實驗教學主要采用模擬實驗箱或模擬實驗臺模式，即學生通過導線插針在現有的實驗箱或實驗臺上連接各種電子元器件或模塊來搭建模擬電路的方式［9］。傳統模擬電子技術實驗教學模式雖然可以通過現有的模擬實驗箱或實驗臺驗證課本理論，較為靈活的設計簡單模擬電路。但是，傳統的模擬電子技術實驗教學模式存在諸多缺點:(1)傳統的模擬實驗箱或實驗臺一般采用導線插針方式，在實驗過程中容易發生插針折斷堵塞插孔情況，影響設備德正常使用。(2)隨著機箱設備的老化，設備內部經常出現導線或底座虛斷、接觸不良等情況，造成實驗結果的失真。(3)由于傳統實驗箱或實驗臺采用模塊集成方式，一般只包含了課內驗證實驗模塊，難以激發學生的發散思維和創新能力。

2面向集成電路設計的模擬電子技術教學

2．1面向集成電路設計的模擬電子技術理論教學模式。面向集成電路設計的模擬電子技術在理論教學上采用“工程向導法”的教學思路，首先由教師結合生活實例提出一個具體的工程問題，讓學生知道所學知識可以使用到日常生活中去，進而激發學生的學習熱情。然后教師采用傳統的教學方式，通過課堂講授向學生傳輸工程項目所需的理論知識和定理，與傳統理論課堂教學模式相比，面向集成電路設計的課堂理論教學在知識點講授上按照“知識鏈”模式，即教師在教學內容安排上不再按照傳統知識章節的順序，而是以工程項目為導向，把做工程項目所需的知識點串在一起講解。以設計“集成運算放大器”為例，集成運算放大器一般包括:偏置電流產生電路、差分輸入放大電路、中間放大電路、功率放大電路四部分模塊電路組成［10］。因此教師在課程內容安排上首先講解偏置電流產生電路和電流復制電路，可以通過電流鏡和微電流源的工作原理來講解。然后講解差分輸入放大電路，通過差分輸入放大電路的電路結構以及如何提高電路的共模抑制比為出發點進行講解。接著講解單級放大電路和多級放大電路的電壓放大原理，最后講解功率放大電路，主要向學生講解功率放大電路如何提高電路的帶負載能力。這樣學生具備了基礎知識之后就可以動手設計運算放大電路。在向學生講解設計工程項目所需的基礎知識之后，教師再引導學生學習設計模擬集成電路所用到的EDA(ElectronicDesignAutomation)軟件，這里以在模擬集成電路設計行業被廣泛使用的EDA軟件Cadence和HSPICE為例。由于Cadence是在Linux操作環境下運行的，因此教師首先給學生講授簡單的Linux操作環境和基礎指令，使學生能夠初步掌握Cadence的運行方法，接著教師引導學生在Cadence中進行工程項目的原理圖設計，最后使用Cadence把所設計的電路網表文件導入到HSPICE軟件中進行參數仿真。使用HSPICE可以對所設計電路進行直流分析、交流分析、瞬態分析以及蒙特卡羅最壞情況分析等。2．2面向集成電路設計的模擬電子技術實驗教學模式。面向集成電路設計的模擬電子技術實驗教學采用“教師引導，學生開放設計”的教學模式。教師以“大作業”形式每學期給學生布置5～6道實驗課題，制定好項目參數。學生課下搜集項目資料，自主設計電路架構并且進行仿真驗證，最后提交項目結項報告。通過學生設計的電路參數是否達標以及結項報告的內容完整性給成合理的評判成績。圖5為指導學生設計的基于CMOS工藝庫的運算放大器原理圖，共分為三級:偏置電流產生電路、輸入級差分放大電路、中間級放大電路。學生把原理圖輸入到Cadence中可以生成電路參數網表，再使用HSPICE仿真軟件進行參數調試。最終可以仿真電路的開環增益、輸入共模抑制比、電源抑制比等參數。

3結語

第一章總則

第一條為了加快*軟件產業和集成電路產業發，根據國務院印發的《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展干政策》(國發〔2*〕18號文，以下簡稱《若干政策》)，合本市實際情況，制定本規定。

第二條按照國務院及其有關部門規定，經認定的軟企業和集成電路企業，除享受《若干政策》、國家及本市支新技術產業發展政策外，同時執行本政策規定。

第三條本市軟件企業和集成電路企業的認定機構和程序，由市信息辦會同市計委、市經委、市科委、市外經委、市教委、市財政局、市質量技監局等部門按照國家有規定確定。

第二章軟件產業

第四條由市政府安排5億元軟件產業發展專項資金，支持軟件產業基礎設施建設、重點軟件項目、軟件技術果轉化和產業化，并為相關國家項目提供匹配資金。在上述資金中專門設立風險種子資金，與國內外各類創業基金、投資公司、上市公司等建立風險投資機構，共同資軟件產業。

根據*集成電路產業發展需要，*市科學技術委員會決定*年度集成電路設計專項項目指南。本年度專項將以戰略產品開發為導向，以共性、前沿技術研發為突破，與國內超深亞微米與納米級工藝制造技術發展聯動，推進集成電路應用的系統解決方案和重點戰略產品的研發。

一、研究專題和期限

專題一：FPGA器件、配套軟件系統及其測試技術的研發

（一）研究目標與內容

研究目標：

研發基于自主知識產權的FPGA器件，實現器件與配套軟件的產品化，并在通信、消費類電子、汽車電子、工業控制、互聯網信息安全等領域得到應用。研制與國際主流芯片兼容的抗輻照百萬門級FPGA，能夠滿足航空、航天等應用工程的需求。

為推動我國軟件產業和集成電路產業的發展，增加信息產業創新能力和國際競爭力，帶動傳統產業改造和產品升級換代，進一步促進國民經濟持續、快速、健康發展，制定以下政策

第一章政策目標

第一條通過政策引導，鼓勵資金、人才等資源投向軟件產業和集成電路產業，進一步促進我國信息產業快速發展，力爭到*年使我國軟件產業研究開發和生產能力達到或接近國際先進水平，并使我國集成電路產業成為世界主要開發和生產基地之一。

第二條鼓勵國內企業充分利用國際、國內兩種資源，努力開拓兩個市場。經過5到10年的努力，國產軟件產品能夠滿足國內市場大部分需求，并有大量出口；國產集成電路產品能夠滿足國內市場大部分需求，并有一定數量的出口，同時進一步縮小與發達國家在開發和生產技術上的差距。

第二章投融資政策

第三條多方籌措資金，加大對軟件產業的投入。

【摘要】現代數字電子技術的高速發展使得傳統的數字電路設計模式已經無法跟上時代的需求。在未來，通過硬件描述語言來輔助設計也是未來電路設計的發展趨勢。Vhdl的出現讓現代電子產品設計得到了完善，對于今后相關工作也具有重要的促進作用。

【關鍵詞】數字集成電路；Vhdl；應用

Vhdl最早出現于上世紀80年代末，主要用于電路設計的一種高級程序語言。目前這種語言是現代的電路設計中的重點，其優勢也相對突出。它的出現完善了現代數字電路設計的整體結構，讓內部程序和外部程序形成了良好的協調，在技術上實現了創新化，也是未來科技研究的重要方向。筆者也根據自身的工作經驗，就如何實現Vhdl的合理應用提出了自己的看法。

1.Vhdl簡介

1.1Vhdl的概念。Vhdl即超高速集成電路硬件描述語言，在數字電路設計當中普遍使用。而在中國，通常運用于ASIC、FPGA或是CPLD的設計當中。Vhdl主要描述數字系統的結構和行為，從語法上和傳統的計算機高級語言類似。其系統的設計理念涉及到內部功能和算法也包括外部端口，在對設計實體定義外部界面之后，其它設計也可以直接對實體進行調用，這也是Vhdl系統設計的基礎。與其它的一些硬件描述語言相比，Vhdl在行為描述能力上更加出眾，也是目前設計領域最常見的意見描述語言，從邏輯上保障電子系統的安全運行。而其大量的庫函數和語句，在系統設計早期就能對系統可行性進行判斷，從而在仿真模擬的基礎上來進行完善和優化。即便是設計者對硬件結構不完全掌握的前提下，也不需要對設計目標器件進行管理，也可以進行獨立的設計[1]。1.2Vhdl的特點。Vhdl的設計描述功能是多層次化的，既可以對門級電路進行描述，也可以對系統級電路進行描述。描述的方式可以通過結構描述、行為描述和寄存器描述三種方式，必要時還能通過配合協調的方式來進行。此外，在硬件電路模型的設計上，Vhdl也能體現其特點，重點在于給硬件描述提升了自由度，并支持傳輸延遲，讓設計者們能夠創建高層次的系統模型，使系統模型能夠具備合理的穩定性。圖1Vhdl的具體設計流程Vhdl目前是IEEE標準下的硬件描述語言，因此現階段的大多數EDA工具都能支持Vhdl的使用，且主要的設計來源是Vhdl的源代碼，因而其結構化的優勢也能讓其易修改，且支持同步電路和異步電路的設計[2]。設計人員可以通過邏輯行為來描述電子系統。作為一種標準化的硬件描述語言，其強大的控制能力也能讓模塊更加具有利用價值，且模塊可以通過預先設計的方式來進行存放，在后續的設計環節中也可以進行調用，讓設計成果進行交流，使得設計描述轉移的過程具備可行性。Vhdl的兼容性和獨立性也可以讓系統運行完全脫離電子加工設備，并保障系統的合理運行，隨時進行數字系統的有效復制。例如圖1所展示的設計流程，就是對Vhdl特點的概括。1.3Vhdl的程序結構。1.3.1庫庫是編譯后的數據集合，在庫中所存儲的內容是結構體描述、實體定義和程序包、在利用Vhdl來進行設計時，庫中的內容就可以作為資源被利用，或是作為參考依據，庫還可以作為已經編譯過的設計文件，便于設計者們進行共享和有用的基礎數據[3]。1.3.2程序包。程序包是從本質上來看是命名的聲明部分，可以利用包來將過程函數進行邏輯性的安排。程序包由包說明和包體組成，任何可以出現在塊聲明中的語句，包括函數、類型、變量等都可以在包中使用，并且提供了全程變量。在程序包內說明的數據對實體是透明化的。1.3.3實體實體既包括了大型的數字系統，也包含了小型的與門。實體的性質可以看作是電腦硬件的CPU處理器，并且具備微處理器的特點。實體說明部分通常設計的是輸入和輸出的端口名稱和數據類型。1.3.4結構體。結構體是對設計實體的描述。從其根本性質上來看，可以將其看作是一個功能模塊，對整個系統負責，而結構體則是對功能模塊內部的一種邏輯描述形式。換而言之，就是功能模塊的內部細節和工作原理可以通過結構體來進行具體描述，并將其合理地展示出來[4]。1.3.5配置。配置是對不同層次的實體與結構體關系的一種連接式說明。實體和結構體的連接關系配置中，設計者們可以通過對配置語句的調整來為實體提供不同的結構體匹配方式。例如在仿真設計當中，就可以對不同的結構體來進行測試，選擇不同的結構體來達到這一目標。

2.數字集成電路設計中對Vhdl的應用

第一章總則

第一條為了保護集成電路布圖設計專有權，鼓勵集成電路技術的創新，促進科學技術的發展，制定本條例。

第二條本條例下列用語的含義：

（一）集成電路，是指半導體集成電路，即以半導體材料為基片，將至少有一個是有源元件的兩個以上元件和部分或者全部互連線路集成在基片之中或者基片之上，以執行某種電子功能的中間產品或者最終產品；

（二）集成電路布圖設計（以下簡稱布圖設計），是指集成電路中至少有一個是有源元件的兩個以上元件和部分或者全部互連線路的三維配置，或者為制造集成電路而準備的上述三維配置；

（三）布圖設計權利人，是指依照本條例的規定，對布圖設計享有專有權的自然人、法人或者其他組織；