電子產(chǎn)品制造技術04

電子產(chǎn)品制造技術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)過半導體工藝或薄、厚膜工藝制作在同一硅片上，并按某種電路形式互連起來，制成具有一定功能的電路。集成電路的特點：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，是目前電子產(chǎn)品和設備小型、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，需將各個元件相互絕緣，利用PN結(jié)反向偏置時電阻很大的特點，把元件所在的N區(qū)或P區(qū)周圍用PN結(jié)包圍起來，便可使它們相互絕緣，稱為這個N區(qū)或P區(qū)為隔離島。在基片上經(jīng)過氧化、光刻、腐蝕、擴散、外延及氧化等重復過程，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、擴散、外延）在半導體晶片上制成的集成電路稱為半導體集成電路，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體基片（硅或鍺材料）上，利用雙極型晶體管構成的集成電路，其內(nèi)部工作時由空穴和自由電子兩種載流子進行導電。MOS型集成電路只有空穴或自由電子一種載流子導電。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器件構成。PMOS型集成電路是由P溝道的MOS器件構成。第一章電子元器件絕緣柵型場效應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溝道增強型MOS管結(jié)構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器件構成的互補形式的電路。雙極型-MOS型集成電路（BIMOS）是雙極型晶體管和MOS電路混合構成的集成電路。一般前者作為輸出級，后者作為輸入級。雙極型電路驅(qū)動能力強，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。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個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，當價格不變時；或者說，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。第一章電子元器件集成電路的分類按照集成度分類，集成電路按照應用領域可分為軍用品、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、航天等領域，使用環(huán)境惡劣，裝置密度高，對集成電路的可靠性要求極高，對價格的要求不太苛求。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要求即可。但對價格要求較高，最大限度地追求高的性能價格比。這是產(chǎn)品能否占領市場的重要條件之一。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電路存儲器微型機電路運算放大器穩(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)動接收器外圍驅(qū)動器通信電路機電儀電路消費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)國標規(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單，成本低，但散熱性能較差。應用最廣，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，可按排列規(guī)律正確識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），在識別引腳時，應先將集成電路的引出腳朝上，找出其標記。常見的定位標記有鎖口突耳、定位孔及引腳不均勻排列等。引出腳的順序由定位標記對應的引腳開始，按順時針方向依次數(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，識別其引腳時應使引腳向下，面對型號或定位標記，自定位標記對應一側(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記一般為色點、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。對此類集成電路若封裝上有識別標記，可按上述規(guī)律分清其近腳順序。但也有少數(shù)器件上沒有引腳識別標記，這時應從其型號上加以區(qū)別。若其型號后綴中有一字母R，則表明其引腳順序為從右到左反向排列。還有個別集成電路，設計時尾部引出腳為非等距排列，作為標記。可按此特點來識別引腳順序。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，識別其引腳時，若引腳向下，即其型號、商標向上，定位標記在左邊，則從左下角第1只引腳開始，按逆時針方向，依次為①、②、③、④……。若引腳朝上，即其型號、商標朝下，定位標志位于左邊，則應從左上角第1只引腳開始，按順時針方向，依次為①、②、③、④……。另外，也有個別型號的集成電路引腳，在其對應位置上有缺角（即無此輸出腳），對這種型號的集成電路，其引腳編號順序不受影響。第一章電子元器件雙列直插式集成電路對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體集成電路型號命名中國半導體集成電路型號命名方法由國家標準《半導體集成電路型號命名方法》（GB3430-89）規(guī)定。該標準于1990年4月1日開始實施，取代了原國家標準（GB3430-82）和四機部標準（SJ611-77）。第一章電子元器件半導體集成電路型號命名根據(jù)國家標準規(guī)定，集成電路由五部分組成第0部分：用字母C表示器件符合國家標準第一部分：用字母表示器件類型，第二部分：用阿拉伯數(shù)字和字符表示器件的系列和品種代號第三部分：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)構簡單、開關速度快、抗干擾能力強、負載能力強及功耗適中等優(yōu)點，應用較廣泛。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集成電路是互補對稱金屬氧化物半導體,其基本邏輯單元由增強型PMOS晶體管和增強型NMOS晶體管按互補對稱形式連接而成，靜態(tài)功耗很小。第一章電子元器件CMOS集成電路的特點（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，國產(chǎn)CMOS集成電路按工作電壓范圍分為兩個系列，即3~18V的CC4000系列和7~15V的C000系列。（3）抗干擾能力強，抗干擾能力又稱為噪聲容限。當CMOS電路工作電壓提高到10V時，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（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，扇出能力是用電路輸出端所能帶動的輸入端數(shù)目來表示的，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