1、第 1章 信息技术概述1.2 微电子技术简介2 第 1章 信息技术概述1.2 微电子技术简介（ 1）微电子技术与集成电路（ 2）集成电路的制造（ 3）集成电路的发展趋势（ 4） IC卡(1)微电子技术与集成电路 微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础 微电子技术的核心是集成电路技术4 第 1章 信息技术概述电子电路中元器件的发展演变晶体管(1948)中 /小规模集成电路(1950s) 微电子技术是以 集成电路 为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。大规模 /超大规模集成电路 (1970s)电子管(1904)5 第 1章 信息技术
2、概述什么是集成电路？n 集成电路 (Integrated Circuit， 简称 IC)：以半导体单晶片作为基片 ,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统n 集成电路的优点：n 体积小、重量轻n 功耗小、成本低n 速度快、可靠性高 超大规模集成电路小规模集成电路6 第 1章 信息技术概述集成电路的分类n 按用途分：n 通用集成电路n 专用集成电路 （ ASIC）n 按电路的功能分：n 数字集成电路n 模拟集成电路n 按晶体管结构、电路和工艺分：n 双极型（ Bipolar）电路n 金属氧化物半导体(MOS)电路n n 按集成度
3、(芯片中包含的元器件数目 )分：集成 电 路 规 模 元器件数目小 规 模集成 电路（ SSI） 100中 规 模集成 电路（ MSI） 1003000大 规 模集成 电路（ LSI） 300010万超大 规 模集成电 路（ VLSI） 10万 几十 亿极大 规 模集成电 路（ ULSI） 100万7 第 1章 信息技术概述附：常见集成电路产品的类型混合电路A/D转换器D/A转换器(2)集成电路的制造 (选学 ) 集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要 400多道工序 ，工艺复杂且技术难度非常高，有一系列的关键技术。许多工序必须在恒温、恒湿、超洁净的无尘厂房内完成。 目前
4、兴建一个有两条生产线能加工 8英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币 10亿元以上。 9 第 1章 信息技术概述集成电路的制造流程硅抛光片单晶硅锭单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成镜面一样光滑的圆形薄片，称为“硅抛光片 ”晶圆晶圆硅硅 平面工艺平面工艺硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作 “晶圆 ”芯片芯片检测、分类检测、分类 集成电路集成电路封装封装对晶圆上的每个电路进行检测，然后将晶圆切开成小片，把合格的电路分类，再封装成一个个独立的集成电路成品测试成品
5、测试 成品成品进行成品测试，按其性能参数分为不同等级，贴上规格型号及出厂日期等标签，成品即可出厂10 第 1章 信息技术概述集成电路的 封装集成电路 封装目的：电功能、散热功能、机械与化学保护功能常见的封装方式：n 单列直插式（ SIP） n 双列直插式 （ DIP）n 阵列 式 （ PGA）n 塑料有引线芯片载体（ PLCC）n 扁平贴片 式 (PQFP) n 球栅阵列封装球栅阵列封装 (BGA) n 小外形封装（ SOP） 11 第 1章 信息技术概述FC-PGA2 封装方式（ Pentium 4 处理器） 集成电路插座集成电路插座集成电路的 封装形式(3)集成电路的发展趋势 集成电路的工
6、作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。 所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。 13 第 1章 信息技术概述IC集成度提高的规律Moore定律 ： 单块集成电路的集成度平均每 18个月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年 )晶体管数例 ： Intel微处理器集成度的发展n 酷睿 2双核 （ 2006） 291 410M晶体管n 酷睿 2四核 （ 2007） 820M 晶体管1 0001970 1975 1980 1985 1990 1995 2
7、00010 000100 00010610x106 100x10640048008 808080868028680386Pentium Pentium IIPentium III Pentium 48048620101000x106CORE 2 DuoCORE 2 Quad14 第 1章 信息技术概述集成电路技术的发展趋势19992001 2004 2008 2014工 艺 (m) 0.18 0.13 0.09 0.045 0.014晶体管 (M) 23.8 47.6 135 539 3500时钟频 率 (GHz) 1.2 1.6 2.0 2.655 10面 积 (mm2) 340 340 3
8、90 468 901连线层 数 6 7 8 9 10晶 圆 直径 (英寸 ) 12 12 14 16 18 减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片15 第 1章 信息技术概述进一步提高集成度的问题与出路n 问题：n 线宽进一步缩小后，晶体管线条小到 纳米级 时，其电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作n 出路：n 在 纳米尺寸 下，纳米结构会表现出一些新的 量子现象和效应 ，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的 量子器件 ，使能开发出新的 纳米芯片 和 量子计算机n 同时，正在研究将 光 作为信息
9、的载体，发展光子学，研制 集成光路 ，或把电子与光子并用，实现 光电子集成(4) IC卡简介几乎每个人每天都与 IC卡打交道，例如我们的身份证、手机 SIM卡、交通卡、饭卡等等，什么是 IC卡？它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？下面是简单介绍。17 第 1章 信息技术概述什么是 IC卡？n IC卡 (chip card、 smart card)，又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体n 特点：n 存储信息量大n 保密性能强n 可以防止伪造和窃用n 抗干扰能力强n 可靠性高n 应用举例：n 作为 电子证件 ，记录持卡人的信息，用作
10、身份识别（如身份证、考勤卡、医疗卡、住房卡等）n 作为 电子钱包 （如电话卡、公交卡、加油卡等）18 第 1章 信息技术概述IC卡的类型 (按芯片分类 )n 存储器卡： 封装的集成电路为存储器，信息可长期保存，也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便。用于安全性要求不高的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等 （带加密逻辑的存储器卡 增加了加密电路 ）n CPU卡： 封装的集成电路为中央处理器 （ CPU）和存储器，还配有芯片操作系统 (Chip Operating System)，处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。手机中使用 的 SIM卡就是一种特殊 的CPU卡。19 第 1
11、章 信息技术概述IC卡的类型 (按使用方式分类)n 接触式 IC卡 (如电话 IC卡 )n 表面有方型镀金接口，共 8个或 6个镀金触点。使用时必须将 IC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。n 用于信息量大、读写操作比较复杂的场合 ,但易磨损、怕脏、寿命短n 非接触式 IC卡 (射频卡、感应卡 )n 采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（卡中无电源）和免接触问题n 操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污，使用寿命长n 用于读写信息较简单的场合，如身份验证等接触式 IC卡接触式 IC卡的结构非接触式 IC卡20 第 1章 信息技术概述非接触式 IC卡的工作原理（选学）读卡器发出一组固
12、定频率的无线电波 (射频信号 )，通过天线向外发射IC卡激活后，通过辐射电磁信号将卡内数据发射出去 (或接收读卡器送来的数据 )当 IC卡处在读卡器有效范围 (一般为510cm)内时，卡内的一个 LC串联谐振电路 (谐振频率相同的 )便产生电磁共振，使电容充电，从而为卡内其它电路提供 2V的工作电压读卡器收到数据后，通过接口将 IC卡数据传送给 PC， PC将判断该卡的合法性，作出相应处理21 第 1章 信息技术概述非接触式 IC卡在身份证中的使用n 第二代身份证使用非接触式 CPU卡，可实现 “电子防伪 ”和 “数字管理 ”两大功能 ：n 电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯片
13、中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。以后还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高防伪性能n 数字管理功能：n 存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安全等级授权读写n 采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发挥重要作用 22 第 1章 信息技术概述附：背景材料23 第 1章 信息技术概述IC技术发展 减小蚀刻尺寸n 减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸n 尺寸越小，开关速度越快，性能越高n 相同面积晶片可容纳的晶体管数目就越多，成本越低n 8086的蚀刻尺寸为 3mn Pent
14、ium的蚀刻尺寸是 0.80mn Pentium 4的蚀刻尺寸当前是 0.09m（ 90纳米）n 酷睿 2双核的蚀刻尺寸为 0.065m（ 65纳米） n 酷睿 2四核的蚀刻尺寸为 0.045m（ 45纳米）24 第 1章 信息技术概述IC技术发展 增大晶圆面积n 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片n 比如，使用 0.13微米的工艺在 200mm的晶圆上可以生产大约 179个处理器核心，而使用同样工艺在 300mm的晶圆可以制造大约 427个处理器核心，而实际成本提高不多 25 第 1章 信息技术概述Intel CPU芯片工艺的进展26 第 1章 信息技术概述1992以来 Intel CPU芯片面积大小和工艺水平的变化 .
