電子產(chǎn)品制造技術(shù)04

電子產(chǎn)品制造技術(shù)講課教師陳琨制造系統(tǒng)與質(zhì)量工程研究所第一章電子元器件集成電路集成電路是將電阻、電容、二極管、三極管經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體工藝或薄、厚膜工藝制作在同一硅片上，并按某種電路形式互連起來(lái)，制成具有一定功能的電路。集成電路的特點(diǎn)：同分立元器件相比，集成電路具有體積小，重量輕，功耗低，性能好，可靠性高，成本低等特點(diǎn)，是目前電子產(chǎn)品和設(shè)備小型、便攜式所必需的。第一章電子元器件集成電路在制造集成電路時(shí)，需將各個(gè)元件相互絕緣，利用PN結(jié)反向偏置時(shí)電阻很大的特點(diǎn)，把元件所在的N區(qū)或P區(qū)周圍用PN結(jié)包圍起來(lái)，便可使它們相互絕緣，稱為這個(gè)N區(qū)或P區(qū)為隔離島。在基片上經(jīng)過(guò)氧化、光刻、腐蝕、擴(kuò)散、外延及氧化等重復(fù)過(guò)程，即可制造出隔離島。第一章電子元器件集成電路集成電路中各種無(wú)源元件的制造不需要特殊工藝，例如，用NPN型管的發(fā)射結(jié)作為二極管和穩(wěn)壓管，用NPN型管基區(qū)體電阻作為電阻，用PN結(jié)勢(shì)壘電容或MOS管柵極與溝道間等效電容作為電容等。第一章電子元器件集成電路的分類按照制造工藝分類，集成電路按其制造工藝可分為半導(dǎo)體集成電路，薄膜集成電路，厚膜集成電路和混合集成電路用平面工藝（氧化、光刻、擴(kuò)散、外延）在半導(dǎo)體晶片上制成的集成電路稱為半導(dǎo)體集成電路，也稱為單片集成電路。用薄膜工藝（真空蒸發(fā)、濺射）將電阻、電容等無(wú)源元件及相互連線制作在同一塊絕緣襯底上，再焊接上晶體管管芯，使其具有一定功能的電路，稱為薄膜集成電路。用厚膜工藝（絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)）將電阻、電容等無(wú)源元件及相互連線制作在同一塊絕緣襯底上，再焊接上晶體管管芯，使其具有一定功能的電路，稱為厚膜集成電路。第一章電子元器件集成電路的分類按照有源器件分類，集成電路按有源器件可分為雙極型集成電路、MOS型集成電路和雙極-MOS（BIMOS）型集成電路等。按照有源器件分類雙極型集成電路是在半導(dǎo)體基片（硅或鍺材料）上，利用雙極型晶體管構(gòu)成的集成電路，其內(nèi)部工作時(shí)由空穴和自由電子兩種載流子進(jìn)行導(dǎo)電。MOS型集成電路只有空穴或自由電子一種載流子導(dǎo)電。它又可分為NMOS型集成電路、PMOS型集成電路和CMOS型集成電路三種。NMOS型集成電路是由N溝道的MOS器件構(gòu)成。PMOS型集成電路是由P溝道的MOS器件構(gòu)成。第一章電子元器件絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與源極之間均采用二氧化硅絕緣層隔離，因此得名，又因柵極為金屬鋁，故稱為MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor）N溝道增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)第一章電子元器件集成電路的分類按照有源器件分類CMOS型集成電路則是指由N溝道和P溝道MOS器件構(gòu)成的互補(bǔ)形式的電路。雙極型-MOS型集成電路（BIMOS）是雙極型晶體管和MOS電路混合構(gòu)成的集成電路。一般前者作為輸出級(jí)，后者作為輸入級(jí)。雙極型電路驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，但功耗較大，MOS電路則相反，雙極型-MOS型集成電路兼有二者的優(yōu)點(diǎn)。第一章電子元器件集成電路的分類按照集成度分類，集成電路按其集成度可分為小規(guī)模集成電路，中規(guī)模集成電路，大規(guī)模集成電路，超大規(guī)模集成電路和極大規(guī)模集成電路第一章電子元器件摩爾定律：摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（GordonMoore）提出來(lái)的。其內(nèi)容為：集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)；或者說(shuō)，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。第一章電子元器件集成電路的分類按照集成度分類，集成電路按照應(yīng)用領(lǐng)域可分為軍用品、民用品（又稱商用）和工業(yè)用品三大類。由于軍用品主要用在軍事、航空、航天等領(lǐng)域，使用環(huán)境惡劣，裝置密度高，對(duì)集成電路的可靠性要求極高，對(duì)價(jià)格的要求不太苛求。由于民用品主要用在人們的日常生活中，使用條件較好，只要能夠滿足一定的性能指標(biāo)要求即可。但對(duì)價(jià)格要求較高，最大限度地追求高的性能價(jià)格比。這是產(chǎn)品能否占領(lǐng)市場(chǎng)的重要條件之一。工業(yè)用品介于二者之間。第一章電子元器件集成電路的分類集成電路按功能的分類半導(dǎo)體集成電路數(shù)字電路模擬電路接口電路特殊電路TTL電路HTL電路ECL電路CMOS電路存儲(chǔ)器微型機(jī)電路運(yùn)算放大器穩(wěn)壓器音響電路電視電路非線性電路電平轉(zhuǎn)換器電壓比較器線驅(qū)動(dòng)接收器外圍驅(qū)動(dòng)器通信電路機(jī)電儀電路消費(fèi)類電路傳感器第一章電子元器件集成電路的封裝及引腳識(shí)別集成電路的封裝，常用集成電路的封裝材料有金屬、陶瓷、塑料三種。（1）金屬封裝金屬封裝散熱性能好，可靠性高，但安裝和使用不方便，成本高。一般高精度集成電路或大功率集成電路均以此形式封裝。根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，金屬封裝有金屬園形和菱形兩種。第一章電子元器件（2）陶瓷封裝陶瓷封裝散熱性差，但體積小，成本低。一般分扁平型和雙列直插兩種。（3）塑料封裝塑料封裝工藝簡(jiǎn)單，成本低，但散熱性能較差。應(yīng)用最廣，適用于小功率器件，分扁平和雙列直插兩種。中功率器件有時(shí)也采用塑料封裝，但為了限制溫升，有利散熱，通常都在塑料封裝的同時(shí)加裝金屬板，以利于固定散熱片。第一章電子元器件封裝外形及引腳識(shí)別封裝形式最多的是圓頂形、扁平形及雙列直插形圓頂形金屬殼封裝多為8腳，10腳，12腳菱形金屬殼封裝多為3腳，4腳扁平形陶瓷封裝多為14腳，16腳單列直插式塑料封裝多為9腳，10腳，12腳，14腳，16腳雙列直插式陶瓷封裝多為8腳，12腳，14腳，16腳，24腳雙列直插式塑料封裝多為8腳，12腳，14腳，16腳，24腳，42腳，48腳集成電路的引出腳數(shù)目雖然很多，但引出腳的排列順序具有一定的規(guī)律。在使用集成電路時(shí)，可按排列規(guī)律正確識(shí)別集成電路的引出腳第一章電子元器件圓頂封裝的集成電路對(duì)于圓頂封裝的集成電路（一般為圓形和菱形金屬外殼封裝），在識(shí)別引腳時(shí)，應(yīng)先將集成電路的引出腳朝上，找出其標(biāo)記。常見(jiàn)的定位標(biāo)記有鎖口突耳、定位孔及引腳不均勻排列等。引出腳的順序由定位標(biāo)記對(duì)應(yīng)的引腳開(kāi)始，按順時(shí)針?lè)较蛞来螖?shù)為引腳①，②，③，④……。第一章電子元器件單列直插式集成電路單列直插式集成電路，識(shí)別其引腳時(shí)應(yīng)使引腳向下，面對(duì)型號(hào)或定位標(biāo)記，自定位標(biāo)記對(duì)應(yīng)一側(cè)的第一只引腳數(shù)起，依次為①，②，③，④……。此類集成電路上的定位標(biāo)記一般為色點(diǎn)、凹坑、小孔、線條、色帶、缺角等。第一章電子元器件單列直插式集成電路有些廠家生產(chǎn)的集成電路，本是同一種芯片，為了便于在印制電路板上靈活安裝，其引腳排列順序?qū)ΨQ相反。一種按常規(guī)排列，即由左向右，另一種則由右向左。對(duì)此類集成電路若封裝上有識(shí)別標(biāo)記，可按上述規(guī)律分清其近腳順序。但也有少數(shù)器件上沒(méi)有引腳識(shí)別標(biāo)記，這時(shí)應(yīng)從其型號(hào)上加以區(qū)別。若其型號(hào)后綴中有一字母R，則表明其引腳順序?yàn)閺挠业阶蠓聪蚺帕?。還有個(gè)別集成電路，設(shè)計(jì)時(shí)尾部引出腳為非等距排列，作為標(biāo)記?？砂创颂攸c(diǎn)來(lái)識(shí)別引腳順序。第一章電子元器件雙列直插式集成電路雙列直插式集成電路，識(shí)別其引腳時(shí)，若引腳向下，即其型號(hào)、商標(biāo)向上，定位標(biāo)記在左邊，則從左下角第1只引腳開(kāi)始，按逆時(shí)針?lè)较颍来螢棰?、②、③、④……。若引腳朝上，即其型號(hào)、商標(biāo)朝下，定位標(biāo)志位于左邊，則應(yīng)從左上角第1只引腳開(kāi)始，按順時(shí)針?lè)较?，依次為①、②、③、④……。另外，也有個(gè)別型號(hào)的集成電路引腳，在其對(duì)應(yīng)位置上有缺角（即無(wú)此輸出腳），對(duì)這種型號(hào)的集成電路，其引腳編號(hào)順序不受影響。第一章電子元器件雙列直插式集成電路對(duì)于某些軟封裝類的集成電路，其引腳直接與印刷電路相結(jié)合。對(duì)于四列扁平封裝的微處理器集成電路。第一章電子元器件半導(dǎo)體集成電路型號(hào)命名中國(guó)半導(dǎo)體集成電路型號(hào)命名方法由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體集成電路型號(hào)命名方法》（GB3430-89）規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)于1990年4月1日開(kāi)始實(shí)施，取代了原國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB3430-82）和四機(jī)部標(biāo)準(zhǔn)（SJ611-77）。第一章電子元器件半導(dǎo)體集成電路型號(hào)命名根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，集成電路由五部分組成第0部分：用字母C表示器件符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第一部分：用字母表示器件類型，第二部分：用阿拉伯?dāng)?shù)字和字符表示器件的系列和品種代號(hào)第三部分：用字母表示器件的工作溫度范圍，第四部分：用字母表示器件封裝形式，第一章電子元器件各類集成電路的性能比較TTL集成電路，TTL集成電路的全名稱是晶體管—晶體管邏輯集成電路。它由NPN或PNP型晶體管組成。第一章電子元器件各類集成電路的性能比較TTL集成電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、負(fù)載能力強(qiáng)及功耗適中等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較廣泛。第一章電子元器件各類集成電路的性能比較CMOS集成電路，CMOS集成電路于1968發(fā)展成商品化產(chǎn)品。CMOS集成電路是互補(bǔ)對(duì)稱金屬氧化物半導(dǎo)體,其基本邏輯單元由增強(qiáng)型PMOS晶體管和增強(qiáng)型NMOS晶體管按互補(bǔ)對(duì)稱形式連接而成，靜態(tài)功耗很小。第一章電子元器件CMOS集成電路的特點(diǎn)（1）微功耗，CMOS集成電路的靜態(tài)功耗極小，如電源電壓VDD=5V時(shí)的靜態(tài)功耗，各種門電路品種小于2.5~5μW，緩沖器和觸發(fā)器類小于5~20μW，中規(guī)模集成電路小于25~100μW。（2）工作電壓范圍寬，國(guó)產(chǎn)CMOS集成電路按工作電壓范圍分為兩個(gè)系列，即3~18V的CC4000系列和7~15V的C000系列。（3）抗干擾能力強(qiáng)，抗干擾能力又稱為噪聲容限。當(dāng)CMOS電路工作電壓提高到10V時(shí)，其噪聲容限在數(shù)字邏輯電路中是最高的。第一章電子元器件CMOS集成電路的特點(diǎn)（4）輸出邏輯擺幅大，CMOS電路輸出邏輯擺幅近似為電源電壓。（5）輸入阻抗高，CMOS電路的輸入阻抗大于108Ω，一般為1010Ω。（6）扇出能力強(qiáng)，扇出能力是用電路輸出端所能帶動(dòng)的輸入端數(shù)目來(lái)表示的，CMOS電路的輸入和輸出阻抗相差很大，其扇出能力大于50。（7）輸入電容小，CMOS電路的輸入電容不大于5pF。第一章電子元器件ECL集成電路ECL集成電路為發(fā)射極耦合邏輯集成電路，是一種非飽和型數(shù)字邏輯電路。它是各種邏輯電