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专用集成电路设计技术基础 微电子与光电子研究所

专用集成电路设计技术基础 微电子与光电子研究所. 韩雁 2014 年 2 月. 关于课程（ I ）. 课程名称 —“ 专用集成电路设计 技术 基础 ” （电子）科学与技术 科学 — 解决 “ Why ” 的问题（理科、理论） 技术 — 解决 “ How ” 的问题（工科、实践） 科学是 发现 ，成果没有国界，全世界免费 共享 技术是 发明 ，成果是 技术秘密 或 专利 ( 受法律保护 ). 关于课程（ II ）. 应该具备以下知识 模拟电路、数字电路 模拟集成电路原理、数字集成电路原理

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专用集成电路设计技术基础 微电子与光电子研究所

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  1. 专用集成电路设计技术基础微电子与光电子研究所专用集成电路设计技术基础微电子与光电子研究所 韩雁 2014年2月

  2. 关于课程（I） 课程名称 —“专用集成电路设计技术基础” （电子）科学与技术 科学 —解决“Why”的问题（理科、理论） 技术 —解决“How”的问题（工科、实践） 科学是发现，成果没有国界，全世界免费共享 技术是发明，成果是技术秘密或专利(受法律保护) 浙大微电子

  3. 关于课程（II） • 应该具备以下知识 • 模拟电路、数字电路 • 模拟集成电路原理、数字集成电路原理 • 半导体工艺（微电子工艺、微细加工） • 本课程增加的知识 • IC设计方法学（理论，模拟IC设计方法、数字IC设计方法） • 设计工具的使用（实践，模拟IC设计工具、数字IC设计工具） 浙大微电子

  4. 关于作业和考核（不考试） • 平时作业 7次计85分： 1、通过对英文原版Video的观看和学习理解，写出集成电路（IC）的设计制造过程（作业1/10分)。 2、用模拟电路的方法，设计一款实现FSK功能的IC，包括电 路设计(作业2/10分)、仿真验证(作业3/10分)、版图设计 (作业4/15分)。 3、用数字电路的方法，设计一款实现FSK功能的IC ，包括HDL编写及仿真验证(作业5/10分)、逻辑综合(作业6/10分)，版图设计(作业7/20分)。 • 每周多加一节现场验收课。每人每次只有一次验收机会。 • 最后一次可对先前未验收过的作业补验收，但成绩减半。 • 研讨课成绩15分（每4人一组,成绩相同,同学打分） 浙大微电子

  5. 上课时间安排 (短学期，2学分) 理论教学T, 以PPT为主 实践教学P，以教材为主 周一 周四 作业验收时间5+1次 浙大微电子

  6. 教学日历 浙大微电子

  7. 第一讲内容 一、基本概念 二、内容定位及与行业 /产业 /就业的关系 三、课程学习方法及要求

  8. 一、基本概念 • IT业 • 集成电路、半导体、微电子学及之间的关系 • 硅含量 • 摩尔定律 • 3C概念 • IC产业链 • 垂直产业分工 浙大微电子

  9. 1、ＩＴ业 强电（电力） 电 弱电（电子） 传输 电子 + 信息 处理 通信 神经 软件 灵魂 芯片 心脏 浙大微电子

  10. 2、相关名词术语及其之间的关系 微电子学 半导体 芯片 集成电路 半导体产品制造业 + 分立器件 半导体设备制造业 + 光电子器件 半导体材料制造业 + 传感器 （学科） （产业） （产品形式） （主要产品） 浙大微电子

  11. 2011-13年全球半导体芯片产品销售比例 资料来源：世界半导体贸易统计组织（WSTS） 浙大微电子

  12. 3、硅含量 在电子产品中所用半导体元器件的价值 占电子产品总价值的百分比 浙大微电子

  13. N+ N+ N+ N+ L L P P L – 特征尺寸 4、摩尔定律及其伟大意义 每过18个月, IC中晶体管的集成度增加一倍 微米时代 3um->2um->1.2um-> 亚微米时代 0.8um->0.5um-> 深亚微米时代 0.35um->0.25um->0.18um->0.13um-> 纳米时代 90nm ->65nm->45nm-> 40nm-> 28nm L – 特征尺寸 32nm 浙大微电子

  14. 5、3C概念 集成电路市场产品构成 集成电路市场按整机应用划分，可分为 计算机类、消费类、通信类等不同类别。这三类占了整个市场的78%。 浙大微电子

  15. 6、IC产业链 • 计算机与网络、通信（有线、无线、光通信、卫星通信） • 数字音视频（电视机、视盘机DVD、MP3播放器、音响……） • IC卡（身份认证）、电子标签、汽车电子、生物电子、工业自动化 … 整机系统提出应用需求 • EDA工具、服务器、个人计算机(PC)、工程技术人员…… 集成电路设计 • 厂房、动力、材料（硅片、化合物半导体材料）、专用设备、仪器（光刻机、刻蚀机、注入机… 集成电路制造 浙大微电子

  16. 集成电路封装 • 划片机、粘片机、键合机、包封机、切筋打弯机、芯片、塑封料、引线框架、金丝……… • 测试设备、测试程序、测试夹具、测试探针卡、测试、分选、包装…… 集成电路测试 • 电脑及网络、通信及终端（手机） 、电视机、DVD、数码相机、其他 集成电路应用 浙大微电子

  17. IC 产业主要由设计业、制造业、封测业组成 （参考写书、印书、装订书的概念） 制造 封装测试 7、垂直产业分工 设计 除此之外，还有半导体材料、工艺加工设备、 设计软件工具等附加产业 浙大微电子

  18. 产业分工特点 浙大微电子

  19. 第一讲内容 一、基本概念 二、内容定位及与行业 /产业 /就业的关系 三、课程学习方法及要求

  20. 芯片是电子信息产业的核心和基础 云计算与大数据 互联网与物联网 计算机 通信 航天 智能电视智能终端 机器换人 IC 家电 国防 信息安全 近场通信手机支付 安全 交通 医疗 智慧城市和智慧地球 电子商务与电子政务 浙大微电子

  21. 各种产品形式无处不在 手机电视 流媒体 高清影像 视频电话 汽车电子 游戏机 音响设备 USB闪存 DVD 播放器 浙大微电子

  22. 集成电路企业的人力资源配置 资料来源：拓撲产业研究所 注：凌阳分割后的总人数 浙大微电子

  23. 浙大微电子

  24. 高薪原因分析 • 入行门槛高 • 必须掌握电子学科的一般知识 • 必须掌握众多的IC设计工具（无法自学） • 必须有先进工艺的流片经验（一般高校无法提供此类机会） • 人才稀少，缺口巨大，供不应求 • 国家重视，投入巨大 浙大微电子

  25. 集成电路产业的投资回报率高 台湾股市排名 美国股市表现 资料来源：时代创投，台湾证券行，拓璞产业研究所 浙大微电子

  26. 美国9，韩国2 欧洲3，日本3，台湾3 浙大微电子

  27. 2001-2011世界和中国IC设计业的发展状况 浙大微电子

  28. 2012年中国十大集成电路设计企业 2011年中国十大集成电路企业 上海4，北京3，深圳2，杭州1 浙大微电子

  29. 2010年中国十大半导体制造企业 上海4，江苏3，京津2，吉林1 浙大微电子

  30. 2012年中国十大集成电路与分立器件封测企业 江苏6，北京2，上海1，成都1 浙大微电子

  31. 中国半导体产业主要集聚地区 浙大微电子

  32. 我国IC产业存在的主要问题（一） • 国际竞争力有待加强 浙大微电子

  33. 我国IC产业存在的主要问题（二） • 产业规模尚小，供需矛盾突出 我国集成电路产业与市场规模对比 ——国内集成电路产品仅占国内市场需求的20%左右 ——大量进口产品，集成电路已成为国内最大单宗进口商品 浙大微电子

  34. 从十五开始我国高度重视发展微电子产业 我国半导体产业从“十五”开始起步，进入飞速发展期。五年吸引投资累计160亿美元，是过去30年总投资的4倍多。 浙大微电子

  35. “十二五”信息产业六项重大工程 • 集成电路升级工程 • 平板显示和彩电工业转型工程 • TD-SCDMA第三代移动通信产业新跨越工程 • 数字影视推广工程 • 计算机提升和下一代互联网应用工程 • 软件及信息服务培育工程 浙大微电子

  36. 2005-2020年 国家科技重大专项 (16个) ——核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品（集成电路领域） ——极大规模集成电路制造装备及成套工艺（集成电路领域） ——新一代宽带无线移动通信网 ——高档数控机床与基础制造装备 ——大型油气田及煤层气开发 ——大型先进压水堆及高温气冷堆核电站 ——水体污染的控制与治理。 ——转基因生物新品种培育 ——重大新药创制。 ——艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治 ——大型飞机 ——高分辨率对地观测系统 ——载人航天与探月工程 浙大微电子

  37. 第一讲内容 一、基本概念 二、内容定位及与行业 /产业 /就业的关系 三、课程学习方法及要求

  38. 微电子学科基础 • 物理—大学物理、热物理与统计力学、 量子力学、 固体物理、 半导体物理、 （深亚微米）器件物理等 • 器件/电路原理—电子线路原理、晶体管原理、 模拟IC设计原理、数字IC设计原理、 ASIC设计原理、半导体工艺原理等 • 实验—电子线路实验、专业基础实验、 半导体工艺实验、版图绘制实验、 专题实验、毕业设计、IC课程设计 浙大微电子

  39. 微电子学科毕业生重点专业课程（23.5学分） 1、固体物理与半导体物理（2+3）2、微电子学（微电子器件）（3）3、专用集成电路设计技术基础（2）4、数字集成电路设计（3）5、模拟集成电路设计（3）6、微电子工艺技术（2.5）7、微电子工艺实习（含版图）及参观实习(2+1)8、集成电路设计专题研究（2） 浙大微电子

  40. 芯片技术学习周期 • Idea—设计—样品—产品 • 在校本科生（学设计，仿真通过） • 在校研究生 （出样品，测试通过） • 社招的工程师 ？ （做产品，良率通过） 浙大微电子

  41. 模拟IC设计工具 Sch. composer Spice Virtuoso 数字IC设计工具 Modelsim Design Compiler Astro 在校本科生 • Idea 设计 • 仿真通过—功能正确 模拟IC 设计原理 数字IC 设计原理 浙大微电子

  42. 在校研究生 • Idea 设计样品 • 测试通过—参数达标 浙大微电子

  43. 社招的工程师？ • Idea 设计样品产品 • 良率通过—稳定性好 浙大微电子

  44. 产品与样品的区别和考量重点 • 样品： • 理论为主、功能为主、水平为主、报导为主 • 理论已经成熟、电路已经成熟，努力跟踪国外水平。 • 产品： • 工艺为主、良率为主、可靠性为主、成本为主、市场为主 • 低端产品已成熟、高端产品国产化任重道远（核高基）。 • 从样品设计到产品设计增加的考量（研究的路）： • 可靠性（如ESD防护能力、工作寿命长短等） • 工艺涨落对产品性能指标的影响 • 工艺涨落对产品一致性的影响 浙大微电子

  45. 谢 谢 浙大微电子与光电子研究所 电邮: hany@zju.edu.cn 浙大微电子所网址: isee.zju.edu.cn/ic 浙大微电子

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