摘要：介紹了一種可實(shí)現(xiàn)微波混合集成電路三維集成的設(shè)計(jì)方法。該方法在陶瓷基板上采用薄膜混合集成工藝制作多層薄膜電路結(jié)構(gòu)，利用球柵陣列連接實(shí)現(xiàn)多個(gè)基板的三維集成互聯(lián)組裝。該設(shè)計(jì)可使混合集成電路的集成度進(jìn)一步提高，并可改善安裝方式和調(diào)試難度。同時(shí)對(duì)三維集成設(shè)計(jì)方式和應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了分析和研究，為小型化混合集成電路應(yīng)用提供了有效的解決方案。

關(guān)鍵詞：微波混合集成電路；三維集成；球柵陣列；電路設(shè)計(jì)

混合集成電路結(jié)合了薄膜集成技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)的各自特點(diǎn)，具有電路精度高、設(shè)計(jì)靈活、便于調(diào)試、應(yīng)用頻率范圍寬、性能好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)［1］，在微波器件、模塊組件和微系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在頻率低端，微波混合集成電路比單片集成電路具有更多的優(yōu)勢(shì)，可集成體積較大的分立元件或器件，而且便于電路調(diào)試。隨著電路集成度越來(lái)越高，微波混合集成電路中也要集成更多的元器件來(lái)擴(kuò)展功能，但很多元器件隨著頻率的降低，其量值或體積顯著增大，如片式元件、磁性元件、濾波元器件等［2］，增加了電路的設(shè)計(jì)局限和調(diào)試難度，在集成度和體積方面帶來(lái)了很多限制。本文采用多層薄膜陶瓷基板，利用球柵陣列（Ballgridarray，BGA）技術(shù)和三維集成工藝，實(shí)現(xiàn)多個(gè)陶瓷基板的立體組裝，把體積較大或需要調(diào)試的分立元器件放在上層基板，通過(guò)錫球與下層基板的電路進(jìn)行連接。這樣不僅可以解決電路集成度的限制，降低設(shè)計(jì)難度，還便于后期調(diào)試，提高微波混合集成電路產(chǎn)品的可測(cè)性和成品率。

1三維混合集成電路結(jié)構(gòu)

微波混合集成電路設(shè)計(jì)中，要用到很多種類和不同形式的分立元器件，利用其在性能、精度、成本、周期等方面的優(yōu)勢(shì)，以保證混合集成電路性能。主要的無(wú)源元件包括阻容元件、感性元件、控制元器件等；有源器件包括半導(dǎo)體器件、集成電路等［3］。封裝形式主要有引腳、引線、表貼、球柵陣列等［4］。其中，有些元器件的體積較大，占據(jù)了電路基板的大部分空間，在裝配工藝上也存在兼容性問(wèn)題。同時(shí)，部分元件需要裝配后進(jìn)行調(diào)試，以調(diào)整量值精度，但調(diào)試過(guò)程中因空間受限，調(diào)試難度較大，很容易損壞其他元器件。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出一種基于混合集成電路工藝的三維集成設(shè)計(jì)方式。如圖1所示，模型中主要包含兩個(gè)電路基板，BGA焊球、各種元器件以及連接線。其中，電路基板為多層薄膜陶瓷基板，采用苯并環(huán)丁烯（Benzocyclobutene，BCB）介質(zhì)實(shí)現(xiàn)多層布線；BGA焊球在兩個(gè)基板之間，起到支撐、信號(hào)互聯(lián)、屏蔽隔離、散熱等作用。射頻器件以及體積較小的元器件，如芯片、貼裝元件等裝配到下層基板上，采用貼裝或鍵合等方式與電路連接；無(wú)源、體積較大且需要調(diào)試的元器件，安裝在上層基板上，通過(guò)BGA焊球和基板通孔實(shí)現(xiàn)與下層電路的信號(hào)連接。

2三維集成電路的主要工藝分析

1微電子學(xué)與集成電路解讀

微電子學(xué)是電子學(xué)的分支學(xué)科，主要致力于電子產(chǎn)品的微型化，達(dá)到提升電子產(chǎn)品應(yīng)用便利和應(yīng)用空間的目的。微電子學(xué)還屬于一門綜合性較強(qiáng)學(xué)科類型，具體的微電子研究中，會(huì)用到相關(guān)物理學(xué)、量子力學(xué)和材料工藝等知識(shí)。微電子學(xué)研究中，切實(shí)將集成電路納入到研究體系中。此外，微電子學(xué)還對(duì)集成電子器件和集成超導(dǎo)器件等展開(kāi)研究和解讀。微電子學(xué)的發(fā)展目標(biāo)是低能耗、高性能和高集成度等特點(diǎn)。集成電路是通過(guò)相關(guān)電子元件的組合，形成一個(gè)具備相關(guān)功能的電路或系，并可以將集成電路視為微電子學(xué)之一。集成電路在實(shí)際的應(yīng)用中具有體積小、成本低、能耗小等特點(diǎn)，滿足諸多高新技術(shù)的基本需求。而且，隨著集成電路的相關(guān)技術(shù)完善，集成電路逐漸成為人們生產(chǎn)生活中不可缺少的重要部分。

2微電子發(fā)展?fàn)顟B(tài)與趨勢(shì)分析

2.1發(fā)展與現(xiàn)狀

從晶體管的研發(fā)到微電子技術(shù)逐漸成熟經(jīng)歷漫長(zhǎng)的演變史，由晶體管的研發(fā)→以組件為基礎(chǔ)的混合元件（鍺集成電路）→半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管→MOS電路→微電子。這一發(fā)展過(guò)程中，電路涉及的內(nèi)容逐漸增多，電路的設(shè)計(jì)和過(guò)程也更加復(fù)雜，電路制造成本也逐漸增高，單純的人工設(shè)計(jì)逐漸不能滿足電路的發(fā)展需求，并朝向信息化、高集成和高性能的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)對(duì)微電子的發(fā)展創(chuàng)造了良好的發(fā)展空間，目前國(guó)內(nèi)微電電子發(fā)展特點(diǎn)如下：（1）微電子技術(shù)創(chuàng)新取得了具有突破性的進(jìn)展，且逐漸形成具有較大規(guī)模的集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模。對(duì)于集成電路的技術(shù)水平在0.8~1.5μm，部分尖端企業(yè)的技術(shù)水平可以達(dá)到0.13μm。（2）微電子產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，隨著技術(shù)的革新產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸生成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，上下游關(guān)系處理完善。（3）產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，更多企業(yè)參與到微電子學(xué)的研究和電路中，有效推動(dòng)了微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促使微電子技術(shù)得到了進(jìn)一步的完善和發(fā)展。

2.2發(fā)展趨勢(shì)

摘要：基于中國(guó)集成電路的市場(chǎng)狀況和發(fā)展?fàn)顩r，提出發(fā)展面對(duì)的問(wèn)題，包括政策導(dǎo)向、市場(chǎng)需求、專業(yè)人才。從市場(chǎng)轉(zhuǎn)向和發(fā)揮優(yōu)勢(shì)方面，分析中國(guó)集成電路跨越式發(fā)展的機(jī)遇。

關(guān)鍵詞：集成電路；市場(chǎng)狀況；設(shè)計(jì)業(yè)；政策導(dǎo)向

自從1950年第一個(gè)晶體管的誕生，不到十年的時(shí)間就出現(xiàn)了第一塊集成電路，從此在人類的市場(chǎng)上走向了集成電路的熱潮。如今集成電路發(fā)展迅速，集成電路的市場(chǎng)也迅速擴(kuò)大，它正在潛移默化地改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)方式。集成電路的發(fā)展，它在經(jīng)濟(jì)和政治的多個(gè)方面具有多種戰(zhàn)略意義，甚至可以作為一個(gè)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)來(lái)支持未來(lái)的發(fā)展。

1中國(guó)集成電路的基本情況

1.1市場(chǎng)狀況。最近幾年世界上經(jīng)濟(jì)的變化對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，既充滿挑戰(zhàn)又充滿著許多機(jī)遇[1-4]。第一個(gè)方面世界的金融危機(jī)處于低谷時(shí)期；第二個(gè)方面政府和企業(yè)抵制全球半導(dǎo)體。這是導(dǎo)致集成電路的危機(jī)，那么我們?cè)鯓颖３之a(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動(dòng)產(chǎn)業(yè)逆勢(shì)而上呢，這就需要看中國(guó)集成電路的產(chǎn)業(yè)如何對(duì)待世界金融危機(jī)。大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)集成電路在2005年以來(lái)迅速降低，后四年又緩慢降低。其原因在于受金融危機(jī)影響的發(fā)達(dá)國(guó)家影響了中國(guó)集成電路的消費(fèi)者。1.2發(fā)展?fàn)顩r。在世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展下，中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)在2010年也取得了增長(zhǎng)，這是自集成電路產(chǎn)業(yè)開(kāi)展以來(lái)第一次迅速的增長(zhǎng)。據(jù)可靠的數(shù)據(jù)表示，2010年國(guó)內(nèi)集成電路的交易額為1000多億，相比于之前可謂是爆發(fā)性的增長(zhǎng)。很多相關(guān)的工程也因此在2010年全面啟動(dòng)，我國(guó)也啟動(dòng)了集成電路設(shè)計(jì)專項(xiàng)的計(jì)劃，支持有實(shí)力的企業(yè)。進(jìn)一步強(qiáng)化集成電路，推動(dòng)中國(guó)品牌的戰(zhàn)略目的，提升企業(yè)的整體能力。尤為重要的是在2010年的節(jié)點(diǎn)上，中國(guó)的集成電路在世界上是一個(gè)重要的里程碑，中國(guó)以很快的姿態(tài)走出了世界的金融危機(jī)，站在一個(gè)全新的起點(diǎn)上重點(diǎn)發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)重新站在世界的舞臺(tái)上。

2中國(guó)集成電路發(fā)展面對(duì)的問(wèn)題

根據(jù)國(guó)家和地方的有關(guān)文件精神，為規(guī)范我市集成電路產(chǎn)品的認(rèn)定工作，明確相關(guān)的組織管理、工作程序、認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和要求，特制定本辦法。

第一條:本辦法所稱集成電路產(chǎn)品，是指通過(guò)特定加工將電器元件集成在一塊單晶片或陶瓷基片上，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能的產(chǎn)品（包括單晶硅片，即呈單晶狀態(tài)的半導(dǎo)體硅材料）。

本辦法是為集成電路產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)享受優(yōu)惠政策制定的審定辦法和認(rèn)定程序。

第二條:根據(jù)上級(jí)規(guī)定和授權(quán)范圍，*市科學(xué)技術(shù)局會(huì)同*市國(guó)家稅務(wù)局負(fù)責(zé)管理全市集成電路產(chǎn)品的認(rèn)定工作：

（一）審定、授權(quán)我市的集成電路產(chǎn)品認(rèn)定機(jī)構(gòu)；

（二）監(jiān)督檢查我市集成電路產(chǎn)品的認(rèn)定工作，審核批準(zhǔn)認(rèn)定結(jié)果；

為推動(dòng)我國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增加信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和產(chǎn)品升級(jí)換代，進(jìn)一步促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康發(fā)展，制定以下政策

第一章政策目標(biāo)

第一條通過(guò)政策引導(dǎo)，鼓勵(lì)資金、人才等資源投向軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，力爭(zhēng)到*年使我國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)能力達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，并使我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)成為世界主要開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)基地之一。

第二條鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)企業(yè)充分利用國(guó)際、國(guó)內(nèi)兩種資源，努力開(kāi)拓兩個(gè)市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)5到10年的努力，國(guó)產(chǎn)軟件產(chǎn)品能夠滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大部分需求，并有大量出口；國(guó)產(chǎn)集成電路產(chǎn)品能夠滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大部分需求，并有一定數(shù)量的出口，同時(shí)進(jìn)一步縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家在開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)上的差距。

第二章投融資政策

第三條多方籌措資金，加大對(duì)軟件產(chǎn)業(yè)的投入。

【摘要】現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)的高速發(fā)展使得傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)模式已經(jīng)無(wú)法跟上時(shí)代的需求。在未來(lái)，通過(guò)硬件描述語(yǔ)言來(lái)輔助設(shè)計(jì)也是未來(lái)電路設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。Vhdl的出現(xiàn)讓現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)得到了完善，對(duì)于今后相關(guān)工作也具有重要的促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字集成電路；Vhdl；應(yīng)用

Vhdl最早出現(xiàn)于上世紀(jì)80年代末，主要用于電路設(shè)計(jì)的一種高級(jí)程序語(yǔ)言。目前這種語(yǔ)言是現(xiàn)代的電路設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，其優(yōu)勢(shì)也相對(duì)突出。它的出現(xiàn)完善了現(xiàn)代數(shù)字電路設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)，讓內(nèi)部程序和外部程序形成了良好的協(xié)調(diào)，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新化，也是未來(lái)科技研究的重要方向。筆者也根據(jù)自身的工作經(jīng)驗(yàn)，就如何實(shí)現(xiàn)Vhdl的合理應(yīng)用提出了自己的看法。

1.Vhdl簡(jiǎn)介

1.1Vhdl的概念。Vhdl即超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言，在數(shù)字電路設(shè)計(jì)當(dāng)中普遍使用。而在中國(guó)，通常運(yùn)用于ASIC、FPGA或是CPLD的設(shè)計(jì)當(dāng)中。Vhdl主要描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為，從語(yǔ)法上和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言類似。其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念涉及到內(nèi)部功能和算法也包括外部端口，在對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)體定義外部界面之后，其它設(shè)計(jì)也可以直接對(duì)實(shí)體進(jìn)行調(diào)用，這也是Vhdl系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。與其它的一些硬件描述語(yǔ)言相比，Vhdl在行為描述能力上更加出眾，也是目前設(shè)計(jì)領(lǐng)域最常見(jiàn)的意見(jiàn)描述語(yǔ)言，從邏輯上保障電子系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而其大量的庫(kù)函數(shù)和語(yǔ)句，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)早期就能對(duì)系統(tǒng)可行性進(jìn)行判斷，從而在仿真模擬的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行完善和優(yōu)化。即便是設(shè)計(jì)者對(duì)硬件結(jié)構(gòu)不完全掌握的前提下，也不需要對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)器件進(jìn)行管理，也可以進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)[1]。1.2Vhdl的特點(diǎn)。Vhdl的設(shè)計(jì)描述功能是多層次化的，既可以對(duì)門級(jí)電路進(jìn)行描述，也可以對(duì)系統(tǒng)級(jí)電路進(jìn)行描述。描述的方式可以通過(guò)結(jié)構(gòu)描述、行為描述和寄存器描述三種方式，必要時(shí)還能通過(guò)配合協(xié)調(diào)的方式來(lái)進(jìn)行。此外，在硬件電路模型的設(shè)計(jì)上，Vhdl也能體現(xiàn)其特點(diǎn)，重點(diǎn)在于給硬件描述提升了自由度，并支持傳輸延遲，讓設(shè)計(jì)者們能夠創(chuàng)建高層次的系統(tǒng)模型，使系統(tǒng)模型能夠具備合理的穩(wěn)定性。圖1Vhdl的具體設(shè)計(jì)流程Vhdl目前是IEEE標(biāo)準(zhǔn)下的硬件描述語(yǔ)言，因此現(xiàn)階段的大多數(shù)EDA工具都能支持Vhdl的使用，且主要的設(shè)計(jì)來(lái)源是Vhdl的源代碼，因而其結(jié)構(gòu)化的優(yōu)勢(shì)也能讓其易修改，且支持同步電路和異步電路的設(shè)計(jì)[2]。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)邏輯行為來(lái)描述電子系統(tǒng)。作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語(yǔ)言，其強(qiáng)大的控制能力也能讓模塊更加具有利用價(jià)值，且模塊可以通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的方式來(lái)進(jìn)行存放，在后續(xù)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中也可以進(jìn)行調(diào)用，讓設(shè)計(jì)成果進(jìn)行交流，使得設(shè)計(jì)描述轉(zhuǎn)移的過(guò)程具備可行性。Vhdl的兼容性和獨(dú)立性也可以讓系統(tǒng)運(yùn)行完全脫離電子加工設(shè)備，并保障系統(tǒng)的合理運(yùn)行，隨時(shí)進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的有效復(fù)制。例如圖1所展示的設(shè)計(jì)流程，就是對(duì)Vhdl特點(diǎn)的概括。1.3Vhdl的程序結(jié)構(gòu)。1.3.1庫(kù)庫(kù)是編譯后的數(shù)據(jù)集合，在庫(kù)中所存儲(chǔ)的內(nèi)容是結(jié)構(gòu)體描述、實(shí)體定義和程序包、在利用Vhdl來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，庫(kù)中的內(nèi)容就可以作為資源被利用，或是作為參考依據(jù)，庫(kù)還可以作為已經(jīng)編譯過(guò)的設(shè)計(jì)文件，便于設(shè)計(jì)者們進(jìn)行共享和有用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]。1.3.2程序包。程序包是從本質(zhì)上來(lái)看是命名的聲明部分，可以利用包來(lái)將過(guò)程函數(shù)進(jìn)行邏輯性的安排。程序包由包說(shuō)明和包體組成，任何可以出現(xiàn)在塊聲明中的語(yǔ)句，包括函數(shù)、類型、變量等都可以在包中使用，并且提供了全程變量。在程序包內(nèi)說(shuō)明的數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)體是透明化的。1.3.3實(shí)體實(shí)體既包括了大型的數(shù)字系統(tǒng)，也包含了小型的與門。實(shí)體的性質(zhì)可以看作是電腦硬件的CPU處理器，并且具備微處理器的特點(diǎn)。實(shí)體說(shuō)明部分通常設(shè)計(jì)的是輸入和輸出的端口名稱和數(shù)據(jù)類型。1.3.4結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體是對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)體的描述。從其根本性質(zhì)上來(lái)看，可以將其看作是一個(gè)功能模塊，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)，而結(jié)構(gòu)體則是對(duì)功能模塊內(nèi)部的一種邏輯描述形式。換而言之，就是功能模塊的內(nèi)部細(xì)節(jié)和工作原理可以通過(guò)結(jié)構(gòu)體來(lái)進(jìn)行具體描述，并將其合理地展示出來(lái)[4]。1.3.5配置。配置是對(duì)不同層次的實(shí)體與結(jié)構(gòu)體關(guān)系的一種連接式說(shuō)明。實(shí)體和結(jié)構(gòu)體的連接關(guān)系配置中，設(shè)計(jì)者們可以通過(guò)對(duì)配置語(yǔ)句的調(diào)整來(lái)為實(shí)體提供不同的結(jié)構(gòu)體匹配方式。例如在仿真設(shè)計(jì)當(dāng)中，就可以對(duì)不同的結(jié)構(gòu)體來(lái)進(jìn)行測(cè)試，選擇不同的結(jié)構(gòu)體來(lái)達(dá)到這一目標(biāo)。

2.數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中對(duì)Vhdl的應(yīng)用

驗(yàn)證模擬電子技術(shù)是一門所有電類工科專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課［1］，學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)可以掌握半導(dǎo)體物理器件、單級(jí)和多級(jí)放大電路、集成運(yùn)算器、穩(wěn)壓電源等知識(shí)，為后續(xù)微機(jī)原理應(yīng)用、單片機(jī)技術(shù)、高頻電子技術(shù)等專業(yè)課程學(xué)習(xí)做好知識(shí)鋪墊［2］。然而，傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)教學(xué)以課本理論公式講授推導(dǎo)為主，以采用模擬實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔，具有物理概念抽象、分析方法復(fù)雜、動(dòng)手設(shè)計(jì)困難等特點(diǎn)［3］。因此，學(xué)生普遍反映該課程學(xué)習(xí)起來(lái)困難，考試通過(guò)率不高，學(xué)習(xí)興趣不足。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，集成電路行業(yè)已經(jīng)被視為與鋼鐵和石油工業(yè)同等重要的、具有戰(zhàn)略意義的國(guó)家命脈行業(yè)，其技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、工業(yè)先進(jìn)、國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志［4］。特別是在“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”的新時(shí)代工科建設(shè)背景下［5］，如何培養(yǎng)出優(yōu)秀的適合集成電路行業(yè)需求的大學(xué)本科畢業(yè)生已經(jīng)成為了各本科院校亟待解決的問(wèn)題。為了培養(yǎng)學(xué)生的集成電路設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生對(duì)于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的認(rèn)同度和興趣感，本文探究了一種面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)教學(xué)改革方法，使用Cadence和HSPICE仿真軟件對(duì)模擬電子技術(shù)課本中的典型電路進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而驗(yàn)證其理論的正確性。

1傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)教學(xué)

1．1傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)理論教學(xué)模式。傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)理論教學(xué)采用教師課堂知識(shí)灌輸形式，即教師通過(guò)板書(shū)和PPT的方式在課堂上給學(xué)生講授推導(dǎo)書(shū)本中的理論公式，通過(guò)已學(xué)的知識(shí)來(lái)推導(dǎo)和驗(yàn)證新的理論和公式［6］。例如在學(xué)習(xí)第二章“基本放大電路”時(shí)，教師是通過(guò)圖解法和微變等效電路法來(lái)推導(dǎo)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和交流電壓增壓。圖1為采用圖解法求解的單管共射電路，圖中通過(guò)虛線把晶體管和外圍電路分開(kāi)，當(dāng)輸入信號(hào)ΔUI為0時(shí)，在晶體管的輸入回路中既應(yīng)該滿足輸入特性曲線，又應(yīng)滿足外圍電路參數(shù)，因此:UBE=VBB－iBRb(1)圖2為單管共射電路的輸入特性曲線，由1式可以確定圖中的輸入回路負(fù)載線，其中斜率為-1/Rb，輸入回路負(fù)載線與輸入特向曲線的交點(diǎn)Q就是電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。圖3為單管共射電路的輸出特性曲線，與輸入回路一樣，在輸出特性曲線中靜態(tài)工作點(diǎn)既應(yīng)在IB=IBQ曲線上，又應(yīng)滿足外圍電路特性:UCE=VCC－iCRC(2)由2式可以確定圖3中的負(fù)載線，其中負(fù)載線的斜率為-1/RC，IB=IBQ與輸出特性曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，其縱坐標(biāo)值為ICQ，橫坐標(biāo)值為UCEQ。通過(guò)圖解法可以求出單管共射電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q，采用微變等效電路法可以求解電路的H參數(shù)，計(jì)算電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻等［7］。同樣，集成運(yùn)算放大電路、放大電路的頻率響應(yīng)、波形的發(fā)生和信號(hào)轉(zhuǎn)換等章節(jié)都是采用傳統(tǒng)的公式推導(dǎo)法來(lái)向?qū)W生講解的。傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)理論教學(xué)雖然可以使學(xué)生掌握課本中的基本概念和定理，但是繁雜的64物理概念以及抽象的公式推導(dǎo)過(guò)程往往讓學(xué)生感覺(jué)到入門難、理解難、掌握難，僅僅依靠課堂理論灌輸?shù)慕虒W(xué)模式就成為了一種“空對(duì)空”的教學(xué)模式［8］。1．2傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用模擬實(shí)驗(yàn)箱或模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)模式，即學(xué)生通過(guò)導(dǎo)線插針在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上連接各種電子元器件或模塊來(lái)搭建模擬電路的方式［9］。傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式雖然可以通過(guò)現(xiàn)有的模擬實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)驗(yàn)證課本理論，較為靈活的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單模擬電路。但是，傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在諸多缺點(diǎn):(1)傳統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)一般采用導(dǎo)線插針?lè)绞?，在?shí)驗(yàn)過(guò)程中容易發(fā)生插針折斷堵塞插孔情況，影響設(shè)備德正常使用。(2)隨著機(jī)箱設(shè)備的老化，設(shè)備內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)導(dǎo)線或底座虛斷、接觸不良等情況，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的失真。(3)由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)采用模塊集成方式，一般只包含了課內(nèi)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)K，難以激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

2面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)教學(xué)

2．1面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)理論教學(xué)模式。面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)在理論教學(xué)上采用“工程向?qū)Хā钡慕虒W(xué)思路，首先由教師結(jié)合生活實(shí)例提出一個(gè)具體的工程問(wèn)題，讓學(xué)生知道所學(xué)知識(shí)可以使用到日常生活中去，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。然后教師采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，通過(guò)課堂講授向?qū)W生傳輸工程項(xiàng)目所需的理論知識(shí)和定理，與傳統(tǒng)理論課堂教學(xué)模式相比，面向集成電路設(shè)計(jì)的課堂理論教學(xué)在知識(shí)點(diǎn)講授上按照“知識(shí)鏈”模式，即教師在教學(xué)內(nèi)容安排上不再按照傳統(tǒng)知識(shí)章節(jié)的順序，而是以工程項(xiàng)目為導(dǎo)向，把做工程項(xiàng)目所需的知識(shí)點(diǎn)串在一起講解。以設(shè)計(jì)“集成運(yùn)算放大器”為例，集成運(yùn)算放大器一般包括:偏置電流產(chǎn)生電路、差分輸入放大電路、中間放大電路、功率放大電路四部分模塊電路組成［10］。因此教師在課程內(nèi)容安排上首先講解偏置電流產(chǎn)生電路和電流復(fù)制電路，可以通過(guò)電流鏡和微電流源的工作原理來(lái)講解。然后講解差分輸入放大電路，通過(guò)差分輸入放大電路的電路結(jié)構(gòu)以及如何提高電路的共模抑制比為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行講解。接著講解單級(jí)放大電路和多級(jí)放大電路的電壓放大原理，最后講解功率放大電路，主要向?qū)W生講解功率放大電路如何提高電路的帶負(fù)載能力。這樣學(xué)生具備了基礎(chǔ)知識(shí)之后就可以動(dòng)手設(shè)計(jì)運(yùn)算放大電路。在向?qū)W生講解設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目所需的基礎(chǔ)知識(shí)之后，教師再引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模擬集成電路所用到的EDA(ElectronicDesignAutomation)軟件，這里以在模擬集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)被廣泛使用的EDA軟件Cadence和HSPICE為例。由于Cadence是在Linux操作環(huán)境下運(yùn)行的，因此教師首先給學(xué)生講授簡(jiǎn)單的Linux操作環(huán)境和基礎(chǔ)指令，使學(xué)生能夠初步掌握Cadence的運(yùn)行方法，接著教師引導(dǎo)學(xué)生在Cadence中進(jìn)行工程項(xiàng)目的原理圖設(shè)計(jì)，最后使用Cadence把所設(shè)計(jì)的電路網(wǎng)表文件導(dǎo)入到HSPICE軟件中進(jìn)行參數(shù)仿真。使用HSPICE可以對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析以及蒙特卡羅最壞情況分析等。2．2面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用“教師引導(dǎo)，學(xué)生開(kāi)放設(shè)計(jì)”的教學(xué)模式。教師以“大作業(yè)”形式每學(xué)期給學(xué)生布置5～6道實(shí)驗(yàn)課題，制定好項(xiàng)目參數(shù)。學(xué)生課下搜集項(xiàng)目資料，自主設(shè)計(jì)電路架構(gòu)并且進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最后提交項(xiàng)目結(jié)項(xiàng)報(bào)告。通過(guò)學(xué)生設(shè)計(jì)的電路參數(shù)是否達(dá)標(biāo)以及結(jié)項(xiàng)報(bào)告的內(nèi)容完整性給成合理的評(píng)判成績(jī)。圖5為指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)的基于CMOS工藝庫(kù)的運(yùn)算放大器原理圖，共分為三級(jí):偏置電流產(chǎn)生電路、輸入級(jí)差分放大電路、中間級(jí)放大電路。學(xué)生把原理圖輸入到Cadence中可以生成電路參數(shù)網(wǎng)表，再使用HSPICE仿真軟件進(jìn)行參數(shù)調(diào)試。最終可以仿真電路的開(kāi)環(huán)增益、輸入共模抑制比、電源抑制比等參數(shù)。

3結(jié)語(yǔ)

第一章總則

第一條為了加快*軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)，根據(jù)國(guó)務(wù)院印發(fā)的《鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展干政策》(國(guó)發(fā)〔2*〕18號(hào)文，以下簡(jiǎn)稱《若干政策》)，合本市實(shí)際情況，制定本規(guī)定。

第二條按照國(guó)務(wù)院及其有關(guān)部門規(guī)定，經(jīng)認(rèn)定的軟企業(yè)和集成電路企業(yè)，除享受《若干政策》、國(guó)家及本市支新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策外，同時(shí)執(zhí)行本政策規(guī)定。

第三條本市軟件企業(yè)和集成電路企業(yè)的認(rèn)定機(jī)構(gòu)和程序，由市信息辦會(huì)同市計(jì)委、市經(jīng)委、市科委、市外經(jīng)委、市教委、市財(cái)政局、市質(zhì)量技監(jiān)局等部門按照國(guó)家有規(guī)定確定。

第二章軟件產(chǎn)業(yè)

第四條由市政府安排5億元軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金，支持軟件產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、重點(diǎn)軟件項(xiàng)目、軟件技術(shù)果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，并為相關(guān)國(guó)家項(xiàng)目提供匹配資金。在上述資金中專門設(shè)立風(fēng)險(xiǎn)種子資金，與國(guó)內(nèi)外各類創(chuàng)業(yè)基金、投資公司、上市公司等建立風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)，共同資軟件產(chǎn)業(yè)。

根據(jù)*集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，*市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)決定*年度集成電路設(shè)計(jì)專項(xiàng)項(xiàng)目指南。本年度專項(xiàng)將以戰(zhàn)略產(chǎn)品開(kāi)發(fā)為導(dǎo)向，以共性、前沿技術(shù)研發(fā)為突破，與國(guó)內(nèi)超深亞微米與納米級(jí)工藝制造技術(shù)發(fā)展聯(lián)動(dòng)，推進(jìn)集成電路應(yīng)用的系統(tǒng)解決方案和重點(diǎn)戰(zhàn)略產(chǎn)品的研發(fā)。

一、研究專題和期限

專題一：FPGA器件、配套軟件系統(tǒng)及其測(cè)試技術(shù)的研發(fā)

（一）研究目標(biāo)與內(nèi)容

研究目標(biāo)：

研發(fā)基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FPGA器件，實(shí)現(xiàn)器件與配套軟件的產(chǎn)品化，并在通信、消費(fèi)類電子、汽車電子、工業(yè)控制、互聯(lián)網(wǎng)信息安全等領(lǐng)域得到應(yīng)用。研制與國(guó)際主流芯片兼容的抗輻照百萬(wàn)門級(jí)FPGA，能夠滿足航空、航天等應(yīng)用工程的需求。

摘要:介紹了集成電路銅互連雙嵌入式工藝和電鍍銅的原理;有機(jī)添加劑在電鍍銅中的重要作用及對(duì)添加劑含量的監(jiān)測(cè)技術(shù);脈沖電鍍和化學(xué)電鍍?cè)阢~互連技術(shù)中的應(yīng)用;以及銅互連電鍍工藝的發(fā)展動(dòng)態(tài)。

關(guān)鍵詞:集成電路,銅互連,電鍍,阻擋層

1.雙嵌入式銅互連工藝

隨著芯片集成度的不斷提高,銅已經(jīng)取代鋁成為超大規(guī)模集成電路制造中的主流互連技術(shù)。作為鋁的替代物,銅導(dǎo)線可以降低互連阻抗,降低功耗和成本,提高芯片的集成度、器件密度和時(shí)鐘頻率。

由于對(duì)銅的刻蝕非常困難,因此銅互連采用雙嵌入式工藝,又稱雙大馬士革工藝(DualDamascene),如圖1所示,1)首先沉積一層薄的氮化硅(Si3N4)作為擴(kuò)散阻擋層和刻蝕終止層,2)接著在上面沉積一定厚度的氧化硅(SiO2),3)然后光刻出微通孔(Via),4)對(duì)通孔進(jìn)行部分刻蝕,5)之后再光刻出溝槽(Trench),6)繼續(xù)刻蝕出完整的通孔和溝槽,7)接著是濺射(PVD)擴(kuò)散阻擋層(TaN/Ta)和銅種籽層(SeedLayer)。Ta的作用是增強(qiáng)與Cu的黏附性,種籽層是作為電鍍時(shí)的導(dǎo)電層,8)之后就是銅互連線的電鍍工藝,9)最后是退火和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP),對(duì)銅鍍層進(jìn)行平坦化處理和清洗。

圖1銅互連雙嵌入式工藝示意圖