寄存器传输级(寻址能力为8KB地址总线宽度)

IntegratedCircuit，英文为integrated circuit，缩写为IC；顾名思义，它是集成了一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，具有特定功能的电路。以及这些组件之间通过半导体技术的连接。

集成电路的分类功能结构

集成电路又称IC，根据功能和结构的不同，可分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路。

模拟电路又称线性电路，用于产生、放大和处理各种模拟信号。例如晶体管收音机的音频信号、录音机的磁带信号等。)，其输入信号与其输出信号成正比。

数字集成电路用于产生、放大和处理各种数字信号(在时间和幅度上具有离散值的信号)。例如3G手机、数码相机、电脑CPU、数字电视、逻辑控制和音视频信号的回放)。

制造工艺

集成电路按制造工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。

薄膜集成电路分为厚膜集成电路和薄膜集成电路。

集成级别

集成电路可以分为:

SSIC(小规模集成电路)

中型集成电路(MSIC)

LSIC(大规模集成电路)

超大规模集成电路

超大规模集成电路

GSIC超大规模集成电路也称为超大规模集成电路或千兆集成电路。

不同的导电类型

集成电路按导通类型可分为双极集成电路和单极集成电路，两者都是数字集成电路。

双极型集成电路制造工艺复杂，功耗高，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等。该单极集成电路制作工艺简单，功耗低，易于制成大规模集成电路。代表性的集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等。

按目的

集成电路按用途可分为电视用集成电路、音响用集成电路、DVD播放机用集成电路、录像机用集成电路、计算机(微型计算机)用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控用集成电路、语言用集成电路、报警器用集成电路和各种专用集成电路。

按应用领域

集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和专用集成电路。

根据形状

集成电路按形状可分为圆形(金属壳晶体管封装型，一般适用于大功率)、扁平(稳定性好、体积小)和双列直插式。

集成电路的结构和组成

集成电路是一种微型电子器件或元件。通过采用一定的工艺，将电路中所需的元器件和布线，如晶体管、电阻、电容、电感等，相互连接在一起，制作在一个或几个小的半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个封装体内，形成具有所需电路功能的微结构；所有元器件在结构上已经集成为一个整体，使电子元器件向小型化、低功耗、智能化、高可靠性迈进了一大步。

一般我们用自上而下的层次结构来理解集成电路，这样更容易理解，也更有条理。

系统级

以手机为例。整个手机是一个复杂的电路系统，可以打电话，玩游戏，听音乐，还有…..它由多个芯片、电阻、电感、电容相互连接而成，称为系统级。(当然，随着技术的发展，把整个系统做在一个芯片上的技术也出现了很多年——SOC技术)

模块级

整个系统分为许多功能模块。有的管理电源，有的负责通讯，有的负责显示，有的负责发声，有的负责整体计算，等等。我们称之为模块级。这方面的每个模块都是一个宏大的领域，这里聚集了无数人类的智慧结晶，支撑着众多公司。

寄存器传输阶段(RTL)

那么每个模块由什么组成呢？以在整个系统中占很大比重的数字电路模块(负责逻辑运算，处理的电信号都是离散的0和1)为例。它由寄存器和组合逻辑电路组成。所谓寄存器，就是可以暂时存储逻辑值的电路结构。它需要一个时钟信号来控制逻辑值的存储时间。

现实中我们需要一个时钟来衡量时间的长短，电路中也需要一个时钟信号来统筹安排。时钟信号是周期稳定的矩形波。现实中，以秒为单位运动是我们的基本时间尺度之一，电路中矩形波的一个周期就是他们世界的一个时间尺度。根据这个时间尺度，组件相应地行动并履行它们的义务。

组合逻辑是许多与、或、非逻辑门的组合。例如，两个串联的灯泡，每个都有一个开关，只有当两个开关都打开时才会亮起。这叫与逻辑。

一个复杂的功能模块由许多寄存器和组合逻辑组成。这一级称为寄存器传输级。

图中的三角形加一个圆是一个非门，旁边的器件是寄存器，D是输入，Q是输出，时钟信号输入到clk端。

门水平

实际上，寄存器传输级中的寄存器也是由AND或NOT逻辑构成的。再细分为与、或与非逻辑，就到了门级(它们就像一扇门，阻挡/允许电信号进出，故名)。

无论是数字电路还是模拟电路，底层都是晶体管级别。所有逻辑门(与、或、非、与非、或非、异或、与、或等。)是由晶体管组成的。所以从宏观到微观，集成电路达到最底层，都是晶体管和连接它们的导线。

在早期，双极晶体管(BJT)被广泛使用，通常被称为三极管。它与电阻器、电源和电容器连接，并具有放大信号的功能。像堆叠的木材一样，它可以用于形成各种电路，例如开关、电压/电流源电路、上述逻辑门、滤波器、比较器、加法器甚至积分器等。BJT构建的电路被称为TTL(晶体管-晶体管逻辑)电路。BJT的环形标志是这样的:

后来金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的出现，以优异的电学特性和超低功耗席卷了IC领域。除了模拟电路中的BJT，现在的集成电路基本上都是由MOS晶体管构成的。同样，它可以用来构建成千上万个电路。此外，通过适当的连接，它还可以用作电阻和电容等基本电路元件。MOSFET的电路符号如下:

如上所述，在实际工业生产中，芯片的制造实际上就是成千上万个晶体管的制造过程。在现实中，制造芯片的等级顺序将被颠倒，从底层晶体管开始，一层一层地建立起来。基本上按照“晶体管-芯片-电路板”的顺序，最终可以得到电子产品的核心部件——电路板。

集成电路制造

首先我们知道，光刻的一般流程是在一片晶圆(通常直径300mm)上涂上一层光刻胶，然后光线通过刻有电路图案的掩膜照射到晶圆上。晶圆上的光刻胶部分感光(对应图案化部分)，然后进行溶解光刻胶、刻蚀晶圆等后续工艺。然后涂一层光刻胶，重复上述步骤几十次，达到要求。

简化结构见下图。掩模和晶片分别安装在移动平台(掩模版台和晶片台)上。光刻时，两者都移动到指定位置，光源打开。通过光掩模后，再通过透镜，可以将电路图形缩小到原来的四分之一，然后投射到晶圆上，使光刻胶部分感光。

一个晶圆上有很多管芯，每个管芯都刻有相同的电路图案，即一个晶圆可以生产很多芯片。模具的典型尺寸为26×32毫米。

光刻机主要有两种，一种叫步进机，就是将掩模板和晶圆上的某个管芯移动到位后，开启和关闭光源，完成一次光刻，然后移动晶圆使下一个管芯到位，再进行一次光刻，以此类推。

另一种掩模对准器被称为扫描仪，也就是说，光被限制在狭缝的区域内。在光刻过程中，掩模和晶片同时移动，使光线以扫描的方式扫过管芯的区域，电路图案被刻在晶片上(见下图(b))。

扫描仪相对于步进机的优势在于它可以提供更大的管芯尺寸。原因是对于固定尺寸的圆形透镜，比如直径为32mm的圆(指投影面积大小)，允许光线通过的面积大小是有限的。

如果采用分步曝光法光刻，管芯的面积必须包含在一个直径为32毫米的圆内，因此可以获得的管芯最大尺寸为22×22毫米；;如果采用扫描仪的步进扫描方式，镜头能提供的矩形区域长度可达26毫米(26×8毫米)甚至更长。如果将光学狭缝设置为这个尺寸，扫描可以得到26×Lmm的面积(L为扫描长度)。区域意见见下图(a)。同样的镜头在分档器下可以实现更大面积的意义在于，当你需要生产更大的芯片时，换一个更大的镜头是很昂贵的。

扫描仪步进扫描过程示意图如下:

为了防止各楼层的电路相互干扰，需要精确控制上下平台。扫描时，上下平台要匀速移动。目前最小层压误差小于2nm(单机内)或3nm(不同机器间)。

光源的波长一般为365、248、193、157甚至13.5nm (ExtremeUltraviolet)。因为光刻工艺受到衍射的限制，光源的波长越小，可以做的芯片尺寸就越小。

在透镜和晶片之间加入折射率大于1的液体(如水)可以降低光的波长，从而提高NA(数值孔径)和分辨率。这种掩模对准器被称为浸没式掩模对准器。

全球高端光刻机制造商主要有ASML、尼康和佳能。佳能大概死了。尼康每年都会召开名为LithoVision的会议。

集成电路的封装形式

SOP小尺寸封装

SOP，也称为SOL和DFP，是一种非常常见的元件形式。同时也是表贴封装之一，引脚以海鸥翼形(L形)从封装两侧引出。包装材料有塑料和陶瓷。它始于20世纪70年代末。

SOP包有着广泛的应用。除了存储器LSI，SOP是输入和输出端不超过10-40的领域中最流行的表面贴装封装。后来，为了满足生产的需要，逐渐衍生出一些小包装如SOJ、SSOP、TSSOP、SOIC等。

PGA引脚栅格阵列封装

PGA芯片封装常用于微处理器封装。通常，集成电路(IC)封装在瓷砖中。瓷砖的底部是方形的引脚阵列，可以插入或焊接到电路板上相应的插座中，非常适合需要频繁插波的应用。对于引脚相同的芯片，PGA封装通常比过去常见的双列直插式封装需要更少的面积。

PGA封装具有插拔操作更方便、可靠性高、适应更高频率的特点。早期的奔腾芯片，InTel系列CPU中的80486，Pentium和PentiumPro都采用了这种封装形式。

球栅阵列封装

BGA封装由带PGA引脚的栅格阵列改进而来。它是一种封装方法，在某一表面上覆盖有呈网格排列的引脚。在操作期间，电子信号可以从集成电路传导到其所在的印刷电路板。在BGA封装下，封装底部的引脚被焊球取代。这些焊球可以手动或通过自动化机器，它们可以通过助焊剂定位。

BGA封装可以提供比其他封装更多的引脚，如双列直插式封装或四边扁平封装。整个器件的表面可以用作引脚，并且平均线长度可以比周围定义的封装类型更短，从而具有更高的速度性能。

双列直插式封装

所谓DIP双列直插式封装，是指以双列直插形式封装的集成电路芯片。大多数中小型集成电路IC采用这种封装形式，管脚数一般不超过100个。DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入DIP结构的芯片插座。插入和取出DIP封装的芯片时，应特别小心，以免损坏引脚。