集成电路范文10篇

摘要：介绍了一种可实现微波混合集成电路三维集成的设计方法。该方法在陶瓷基板上采用薄膜混合集成工艺制作多层薄膜电路结构，利用球栅阵列连接实现多个基板的三维集成互联组装。该设计可使混合集成电路的集成度进一步提高，并可改善安装方式和调试难度。同时对三维集成设计方式和应用特点进行了分析和研究，为小型化混合集成电路应用提供了有效的解决方案。

关键词：微波混合集成电路；三维集成；球栅阵列；电路设计

混合集成电路结合了薄膜集成技术与半导体技术的各自特点，具有电路精度高、设计灵活、便于调试、应用频率范围宽、性能好、可靠性高等优点［1］，在微波器件、模块组件和微系统等领域有广泛的应用。在频率低端，微波混合集成电路比单片集成电路具有更多的优势，可集成体积较大的分立元件或器件，而且便于电路调试。随着电路集成度越来越高，微波混合集成电路中也要集成更多的元器件来扩展功能，但很多元器件随着频率的降低，其量值或体积显著增大，如片式元件、磁性元件、滤波元器件等［2］，增加了电路的设计局限和调试难度，在集成度和体积方面带来了很多限制。本文采用多层薄膜陶瓷基板，利用球栅阵列（Ballgridarray，BGA）技术和三维集成工艺，实现多个陶瓷基板的立体组装，把体积较大或需要调试的分立元器件放在上层基板，通过锡球与下层基板的电路进行连接。这样不仅可以解决电路集成度的限制，降低设计难度，还便于后期调试，提高微波混合集成电路产品的可测性和成品率。

1三维混合集成电路结构

微波混合集成电路设计中，要用到很多种类和不同形式的分立元器件，利用其在性能、精度、成本、周期等方面的优势，以保证混合集成电路性能。主要的无源元件包括阻容元件、感性元件、控制元器件等；有源器件包括半导体器件、集成电路等［3］。封装形式主要有引脚、引线、表贴、球栅阵列等［4］。其中，有些元器件的体积较大，占据了电路基板的大部分空间，在装配工艺上也存在兼容性问题。同时，部分元件需要装配后进行调试，以调整量值精度，但调试过程中因空间受限，调试难度较大，很容易损坏其他元器件。针对以上问题，本文提出一种基于混合集成电路工艺的三维集成设计方式。如图1所示，模型中主要包含两个电路基板，BGA焊球、各种元器件以及连接线。其中，电路基板为多层薄膜陶瓷基板，采用苯并环丁烯（Benzocyclobutene，BCB）介质实现多层布线；BGA焊球在两个基板之间，起到支撑、信号互联、屏蔽隔离、散热等作用。射频器件以及体积较小的元器件，如芯片、贴装元件等装配到下层基板上，采用贴装或键合等方式与电路连接；无源、体积较大且需要调试的元器件，安装在上层基板上，通过BGA焊球和基板通孔实现与下层电路的信号连接。

2三维集成电路的主要工艺分析

1微电子学与集成电路解读

微电子学是电子学的分支学科，主要致力于电子产品的微型化，达到提升电子产品应用便利和应用空间的目的。微电子学还属于一门综合性较强学科类型，具体的微电子研究中，会用到相关物理学、量子力学和材料工艺等知识。微电子学研究中，切实将集成电路纳入到研究体系中。此外，微电子学还对集成电子器件和集成超导器件等展开研究和解读。微电子学的发展目标是低能耗、高性能和高集成度等特点。集成电路是通过相关电子元件的组合，形成一个具备相关功能的电路或系，并可以将集成电路视为微电子学之一。集成电路在实际的应用中具有体积小、成本低、能耗小等特点，满足诸多高新技术的基本需求。而且，随着集成电路的相关技术完善，集成电路逐渐成为人们生产生活中不可缺少的重要部分。

2微电子发展状态与趋势分析

2.1发展与现状

从晶体管的研发到微电子技术逐渐成熟经历漫长的演变史，由晶体管的研发→以组件为基础的混合元件（锗集成电路）→半导体场效应晶体管→MOS电路→微电子。这一发展过程中，电路涉及的内容逐渐增多，电路的设计和过程也更加复杂，电路制造成本也逐渐增高，单纯的人工设计逐渐不能满足电路的发展需求，并朝向信息化、高集成和高性能的发展方向。现阶段，国内对微电子的发展创造了良好的发展空间，目前国内微电电子发展特点如下：（1）微电子技术创新取得了具有突破性的进展，且逐渐形成具有较大规模的集成电路设计产业规模。对于集成电路的技术水平在0.8~1.5μm，部分尖端企业的技术水平可以达到0.13μm。（2）微电子产业结构不断优化，随着技术的革新产业结构逐渐生成完整的产业链，上下游关系处理完善。（3）产业规模不断扩大，更多企业参与到微电子学的研究和电路中，有效推动了微电子产业的发展，促使微电子技术得到了进一步的完善和发展。

2.2发展趋势

根据国家和地方的有关文件精神，为规范我市集成电路产品的认定工作，明确相关的组织管理、工作程序、认定标准和要求，特制定本办法。

第一条:本办法所称集成电路产品，是指通过特定加工将电器元件集成在一块单晶片或陶瓷基片上，执行特定电路或系统功能的产品（包括单晶硅片，即呈单晶状态的半导体硅材料）。

本办法是为集成电路产品的生产企业享受优惠政策制定的审定办法和认定程序。

第二条:根据上级规定和授权范围，*市科学技术局会同*市国家税务局负责管理全市集成电路产品的认定工作：

（一）审定、授权我市的集成电路产品认定机构；

（二）监督检查我市集成电路产品的认定工作，审核批准认定结果；

摘要：基于中国集成电路的市场状况和发展状况，提出发展面对的问题，包括政策导向、市场需求、专业人才。从市场转向和发挥优势方面，分析中国集成电路跨越式发展的机遇。

关键词：集成电路；市场状况；设计业；政策导向

自从1950年第一个晶体管的诞生，不到十年的时间就出现了第一块集成电路，从此在人类的市场上走向了集成电路的热潮。如今集成电路发展迅速，集成电路的市场也迅速扩大，它正在潜移默化地改变人们的生产方式。集成电路的发展，它在经济和政治的多个方面具有多种战略意义，甚至可以作为一个国家的支柱产业来支持未来的发展。

1中国集成电路的基本情况

1.1市场状况。最近几年世界上经济的变化对集成电路产业的发展来说，既充满挑战又充满着许多机遇[1-4]。第一个方面世界的金融危机处于低谷时期；第二个方面政府和企业抵制全球半导体。这是导致集成电路的危机，那么我们怎样保持产业的发展推动产业逆势而上呢，这就需要看中国集成电路的产业如何对待世界金融危机。大数据统计，中国集成电路在2005年以来迅速降低，后四年又缓慢降低。其原因在于受金融危机影响的发达国家影响了中国集成电路的消费者。1.2发展状况。在世界经济的不断发展下，中国集成电路产业在2010年也取得了增长，这是自集成电路产业开展以来第一次迅速的增长。据可靠的数据表示，2010年国内集成电路的交易额为1000多亿，相比于之前可谓是爆发性的增长。很多相关的工程也因此在2010年全面启动，我国也启动了集成电路设计专项的计划，支持有实力的企业。进一步强化集成电路，推动中国品牌的战略目的，提升企业的整体能力。尤为重要的是在2010年的节点上，中国的集成电路在世界上是一个重要的里程碑，中国以很快的姿态走出了世界的金融危机，站在一个全新的起点上重点发展集成电路产业重新站在世界的舞台上。

2中国集成电路发展面对的问题

验证模拟电子技术是一门所有电类工科专业必修的专业基础课［1］，学生通过该课程的学习可以掌握半导体物理器件、单级和多级放大电路、集成运算器、稳压电源等知识，为后续微机原理应用、单片机技术、高频电子技术等专业课程学习做好知识铺垫［2］。然而，传统的模拟电子技术教学以课本理论公式讲授推导为主，以采用模拟实验箱或实验台的验证性实验为辅，具有物理概念抽象、分析方法复杂、动手设计困难等特点［3］。因此，学生普遍反映该课程学习起来困难，考试通过率不高，学习兴趣不足。随着我国国民经济的不断发展，集成电路行业已经被视为与钢铁和石油工业同等重要的、具有战略意义的国家命脉行业，其技术水平和产业规模已经成为衡量一个国家经济发展、技术进步、工业先进、国防实力的重要标志［4］。特别是在“新理念、新结构、新模式、新质量、新体系”的新时代工科建设背景下［5］，如何培养出优秀的适合集成电路行业需求的大学本科毕业生已经成为了各本科院校亟待解决的问题。为了培养学生的集成电路设计能力，提高学生对于电子科学与技术专业的认同度和兴趣感，本文探究了一种面向集成电路设计的模拟电子技术教学改革方法，使用Cadence和HSPICE仿真软件对模拟电子技术课本中的典型电路进行仿真分析，进而验证其理论的正确性。

1传统模拟电子技术教学

1．1传统模拟电子技术理论教学模式。传统的模拟电子技术理论教学采用教师课堂知识灌输形式，即教师通过板书和PPT的方式在课堂上给学生讲授推导书本中的理论公式，通过已学的知识来推导和验证新的理论和公式［6］。例如在学习第二章“基本放大电路”时，教师是通过图解法和微变等效电路法来推导放大电路的静态工作点和交流电压增压。图1为采用图解法求解的单管共射电路，图中通过虚线把晶体管和外围电路分开，当输入信号ΔUI为0时，在晶体管的输入回路中既应该满足输入特性曲线，又应满足外围电路参数，因此:UBE=VBB－iBRb(1)图2为单管共射电路的输入特性曲线，由1式可以确定图中的输入回路负载线，其中斜率为-1/Rb，输入回路负载线与输入特向曲线的交点Q就是电路的静态工作点。图3为单管共射电路的输出特性曲线，与输入回路一样，在输出特性曲线中静态工作点既应在IB=IBQ曲线上，又应满足外围电路特性:UCE=VCC－iCRC(2)由2式可以确定图3中的负载线，其中负载线的斜率为-1/RC，IB=IBQ与输出特性曲线的交点即为静态工作点Q，其纵坐标值为ICQ，横坐标值为UCEQ。通过图解法可以求出单管共射电路的静态工作点Q，采用微变等效电路法可以求解电路的H参数，计算电路的电压增益、输入电阻和输出电阻等［7］。同样，集成运算放大电路、放大电路的频率响应、波形的发生和信号转换等章节都是采用传统的公式推导法来向学生讲解的。传统的模拟电子技术理论教学虽然可以使学生掌握课本中的基本概念和定理，但是繁杂的64物理概念以及抽象的公式推导过程往往让学生感觉到入门难、理解难、掌握难，仅仅依靠课堂理论灌输的教学模式就成为了一种“空对空”的教学模式［8］。1．2传统模拟电子技术实验教学模式。传统模拟电子技术实验教学主要采用模拟实验箱或模拟实验台模式，即学生通过导线插针在现有的实验箱或实验台上连接各种电子元器件或模块来搭建模拟电路的方式［9］。传统模拟电子技术实验教学模式虽然可以通过现有的模拟实验箱或实验台验证课本理论，较为灵活的设计简单模拟电路。但是，传统的模拟电子技术实验教学模式存在诸多缺点:(1)传统的模拟实验箱或实验台一般采用导线插针方式，在实验过程中容易发生插针折断堵塞插孔情况，影响设备德正常使用。(2)随着机箱设备的老化，设备内部经常出现导线或底座虚断、接触不良等情况，造成实验结果的失真。(3)由于传统实验箱或实验台采用模块集成方式，一般只包含了课内验证实验模块，难以激发学生的发散思维和创新能力。

2面向集成电路设计的模拟电子技术教学

2．1面向集成电路设计的模拟电子技术理论教学模式。面向集成电路设计的模拟电子技术在理论教学上采用“工程向导法”的教学思路，首先由教师结合生活实例提出一个具体的工程问题，让学生知道所学知识可以使用到日常生活中去，进而激发学生的学习热情。然后教师采用传统的教学方式，通过课堂讲授向学生传输工程项目所需的理论知识和定理，与传统理论课堂教学模式相比，面向集成电路设计的课堂理论教学在知识点讲授上按照“知识链”模式，即教师在教学内容安排上不再按照传统知识章节的顺序，而是以工程项目为导向，把做工程项目所需的知识点串在一起讲解。以设计“集成运算放大器”为例，集成运算放大器一般包括:偏置电流产生电路、差分输入放大电路、中间放大电路、功率放大电路四部分模块电路组成［10］。因此教师在课程内容安排上首先讲解偏置电流产生电路和电流复制电路，可以通过电流镜和微电流源的工作原理来讲解。然后讲解差分输入放大电路，通过差分输入放大电路的电路结构以及如何提高电路的共模抑制比为出发点进行讲解。接着讲解单级放大电路和多级放大电路的电压放大原理，最后讲解功率放大电路，主要向学生讲解功率放大电路如何提高电路的带负载能力。这样学生具备了基础知识之后就可以动手设计运算放大电路。在向学生讲解设计工程项目所需的基础知识之后，教师再引导学生学习设计模拟集成电路所用到的EDA(ElectronicDesignAutomation)软件，这里以在模拟集成电路设计行业被广泛使用的EDA软件Cadence和HSPICE为例。由于Cadence是在Linux操作环境下运行的，因此教师首先给学生讲授简单的Linux操作环境和基础指令，使学生能够初步掌握Cadence的运行方法，接着教师引导学生在Cadence中进行工程项目的原理图设计，最后使用Cadence把所设计的电路网表文件导入到HSPICE软件中进行参数仿真。使用HSPICE可以对所设计电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析以及蒙特卡罗最坏情况分析等。2．2面向集成电路设计的模拟电子技术实验教学模式。面向集成电路设计的模拟电子技术实验教学采用“教师引导，学生开放设计”的教学模式。教师以“大作业”形式每学期给学生布置5～6道实验课题，制定好项目参数。学生课下搜集项目资料，自主设计电路架构并且进行仿真验证，最后提交项目结项报告。通过学生设计的电路参数是否达标以及结项报告的内容完整性给成合理的评判成绩。图5为指导学生设计的基于CMOS工艺库的运算放大器原理图，共分为三级:偏置电流产生电路、输入级差分放大电路、中间级放大电路。学生把原理图输入到Cadence中可以生成电路参数网表，再使用HSPICE仿真软件进行参数调试。最终可以仿真电路的开环增益、输入共模抑制比、电源抑制比等参数。

3结语

第一章总则

第一条为了加快*软件产业和集成电路产业发，根据国务院印发的《鼓励软件产业和集成电路产业发展干政策》(国发〔2*〕18号文，以下简称《若干政策》)，合本市实际情况，制定本规定。

第二条按照国务院及其有关部门规定，经认定的软企业和集成电路企业，除享受《若干政策》、国家及本市支新技术产业发展政策外，同时执行本政策规定。

第三条本市软件企业和集成电路企业的认定机构和程序，由市信息办会同市计委、市经委、市科委、市外经委、市教委、市财政局、市质量技监局等部门按照国家有规定确定。

第二章软件产业

第四条由市政府安排5亿元软件产业发展专项资金，支持软件产业基础设施建设、重点软件项目、软件技术果转化和产业化，并为相关国家项目提供匹配资金。在上述资金中专门设立风险种子资金，与国内外各类创业基金、投资公司、上市公司等建立风险投资机构，共同资软件产业。

根据*集成电路产业发展需要，*市科学技术委员会决定*年度集成电路设计专项项目指南。本年度专项将以战略产品开发为导向，以共性、前沿技术研发为突破，与国内超深亚微米与纳米级工艺制造技术发展联动，推进集成电路应用的系统解决方案和重点战略产品的研发。

一、研究专题和期限

专题一：FPGA器件、配套软件系统及其测试技术的研发

（一）研究目标与内容

研究目标：

研发基于自主知识产权的FPGA器件，实现器件与配套软件的产品化，并在通信、消费类电子、汽车电子、工业控制、互联网信息安全等领域得到应用。研制与国际主流芯片兼容的抗辐照百万门级FPGA，能够满足航空、航天等应用工程的需求。

为推动我国软件产业和集成电路产业的发展，增加信息产业创新能力和国际竞争力，带动传统产业改造和产品升级换代，进一步促进国民经济持续、快速、健康发展，制定以下政策

第一章政策目标

第一条通过政策引导，鼓励资金、人才等资源投向软件产业和集成电路产业，进一步促进我国信息产业快速发展，力争到*年使我国软件产业研究开发和生产能力达到或接近国际先进水平，并使我国集成电路产业成为世界主要开发和生产基地之一。

第二条鼓励国内企业充分利用国际、国内两种资源，努力开拓两个市场。经过5到10年的努力，国产软件产品能够满足国内市场大部分需求，并有大量出口；国产集成电路产品能够满足国内市场大部分需求，并有一定数量的出口，同时进一步缩小与发达国家在开发和生产技术上的差距。

第二章投融资政策

第三条多方筹措资金，加大对软件产业的投入。

【摘要】现代数字电子技术的高速发展使得传统的数字电路设计模式已经无法跟上时代的需求。在未来，通过硬件描述语言来辅助设计也是未来电路设计的发展趋势。Vhdl的出现让现代电子产品设计得到了完善，对于今后相关工作也具有重要的促进作用。

【关键词】数字集成电路；Vhdl；应用

Vhdl最早出现于上世纪80年代末，主要用于电路设计的一种高级程序语言。目前这种语言是现代的电路设计中的重点，其优势也相对突出。它的出现完善了现代数字电路设计的整体结构，让内部程序和外部程序形成了良好的协调，在技术上实现了创新化，也是未来科技研究的重要方向。笔者也根据自身的工作经验，就如何实现Vhdl的合理应用提出了自己的看法。

1.Vhdl简介

1.1Vhdl的概念。Vhdl即超高速集成电路硬件描述语言，在数字电路设计当中普遍使用。而在中国，通常运用于ASIC、FPGA或是CPLD的设计当中。Vhdl主要描述数字系统的结构和行为，从语法上和传统的计算机高级语言类似。其系统的设计理念涉及到内部功能和算法也包括外部端口，在对设计实体定义外部界面之后，其它设计也可以直接对实体进行调用，这也是Vhdl系统设计的基础。与其它的一些硬件描述语言相比，Vhdl在行为描述能力上更加出众，也是目前设计领域最常见的意见描述语言，从逻辑上保障电子系统的安全运行。而其大量的库函数和语句，在系统设计早期就能对系统可行性进行判断，从而在仿真模拟的基础上来进行完善和优化。即便是设计者对硬件结构不完全掌握的前提下，也不需要对设计目标器件进行管理，也可以进行独立的设计[1]。1.2Vhdl的特点。Vhdl的设计描述功能是多层次化的，既可以对门级电路进行描述，也可以对系统级电路进行描述。描述的方式可以通过结构描述、行为描述和寄存器描述三种方式，必要时还能通过配合协调的方式来进行。此外，在硬件电路模型的设计上，Vhdl也能体现其特点，重点在于给硬件描述提升了自由度，并支持传输延迟，让设计者们能够创建高层次的系统模型，使系统模型能够具备合理的稳定性。图1Vhdl的具体设计流程Vhdl目前是IEEE标准下的硬件描述语言，因此现阶段的大多数EDA工具都能支持Vhdl的使用，且主要的设计来源是Vhdl的源代码，因而其结构化的优势也能让其易修改，且支持同步电路和异步电路的设计[2]。设计人员可以通过逻辑行为来描述电子系统。作为一种标准化的硬件描述语言，其强大的控制能力也能让模块更加具有利用价值，且模块可以通过预先设计的方式来进行存放，在后续的设计环节中也可以进行调用，让设计成果进行交流，使得设计描述转移的过程具备可行性。Vhdl的兼容性和独立性也可以让系统运行完全脱离电子加工设备，并保障系统的合理运行，随时进行数字系统的有效复制。例如图1所展示的设计流程，就是对Vhdl特点的概括。1.3Vhdl的程序结构。1.3.1库库是编译后的数据集合，在库中所存储的内容是结构体描述、实体定义和程序包、在利用Vhdl来进行设计时，库中的内容就可以作为资源被利用，或是作为参考依据，库还可以作为已经编译过的设计文件，便于设计者们进行共享和有用的基础数据[3]。1.3.2程序包。程序包是从本质上来看是命名的声明部分，可以利用包来将过程函数进行逻辑性的安排。程序包由包说明和包体组成，任何可以出现在块声明中的语句，包括函数、类型、变量等都可以在包中使用，并且提供了全程变量。在程序包内说明的数据对实体是透明化的。1.3.3实体实体既包括了大型的数字系统，也包含了小型的与门。实体的性质可以看作是电脑硬件的CPU处理器，并且具备微处理器的特点。实体说明部分通常设计的是输入和输出的端口名称和数据类型。1.3.4结构体。结构体是对设计实体的描述。从其根本性质上来看，可以将其看作是一个功能模块，对整个系统负责，而结构体则是对功能模块内部的一种逻辑描述形式。换而言之，就是功能模块的内部细节和工作原理可以通过结构体来进行具体描述，并将其合理地展示出来[4]。1.3.5配置。配置是对不同层次的实体与结构体关系的一种连接式说明。实体和结构体的连接关系配置中，设计者们可以通过对配置语句的调整来为实体提供不同的结构体匹配方式。例如在仿真设计当中，就可以对不同的结构体来进行测试，选择不同的结构体来达到这一目标。

2.数字集成电路设计中对Vhdl的应用

第一章总则

第一条为了保护集成电路布图设计专有权，鼓励集成电路技术的创新，促进科学技术的发展，制定本条例。

第二条本条例下列用语的含义：

（一）集成电路，是指半导体集成电路，即以半导体材料为基片，将至少有一个是有源元件的两个以上元件和部分或者全部互连线路集成在基片之中或者基片之上，以执行某种电子功能的中间产品或者最终产品；

（二）集成电路布图设计（以下简称布图设计），是指集成电路中至少有一个是有源元件的两个以上元件和部分或者全部互连线路的三维配置，或者为制造集成电路而准备的上述三维配置；

（三）布图设计权利人，是指依照本条例的规定，对布图设计享有专有权的自然人、法人或者其他组织；