电子工艺基础知识2

半导体的材料特性

以非晶态半导体材料为主体制成的固态电子器件。非晶态半导体虽然

在整体上分子排列无序，但是仍具有单晶体的微观结构，因此具有许

多特殊的性质。1975年，英国W.G.斯皮尔在辉光放电分解硅烷法制

备的非晶硅薄膜中掺杂成功，使非晶硅薄膜的电阻率变化10个数量

级，促进非晶态半导体器件的开发和应用。同单晶材料相比，非晶态

半导体材料制备工艺简单,对衬底结构无特殊要求，易于大面积生长,

掺杂后电阻率变化大，可以制成多种器件。非晶硅太阳能电池吸收系

数大，转换效率高，面积大，已应用到计算器、电子表等商品中。非

晶硅薄膜场效应管阵列可用作大面积液晶平面显示屏的寻址开关。利

用某些硫系非晶态半导体材料的结构转变来记录和存储光电信息的

器件已应用于计算机或控制系统中。利用非晶态薄膜的电荷存储和光

电导特性可制成用于静态图像光电转换的静电复印机感光体和用于

动态图像光电转换的电视摄像管的靶面。

具有半导体性质的非晶态材料。非晶态半导体是半导体的一个重

要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人开始了对硫系玻璃的研究，当

时很少有人注意，直到1968年S.R.奥弗申斯基关於用硫系薄膜制作

开关器件的专利发表以后，才引起人们对非晶态半导体的兴趣。1975

年W.E.斯皮尔等人在硅烷辉光放电分解制备的非晶硅中实现了掺杂

效应，使控制电导和制造PN结成为可能，从而为非晶硅材料的应用

开辟了广阔的前景。在理论方面，RW.安德森和莫脱，N.F.建立了非

晶态半导体的电子理论，并因而荣获1977年的诺贝尔物理学奖。目

前无论在理论方面，还是在应用方面，非晶态半导体的研究正在很快

地发展著。

分类目前主要的非晶态半导体有两大类。

硫系玻璃。含硫族元素的非晶态半导体。例如As-Se、As-S,通

常的制备方法是熔体冷却或汽相沉积。

四面体键非晶态半导体。如非晶Si、Ge、GaAs等，此类材料的

非晶态不能用熔体冷却的办法来获得，只能用薄膜淀积的办法（如蒸

发、溅射、辉光放电或化学汽相淀积等），只要衬底温度足够低，淀

积的薄膜就是非晶态结构。四面体键非晶态半导体材料的性质，与制

备的工艺方法和工艺条件密切相关。图1不同方法制备非晶硅的光

吸收系数给出了不同制备工艺的非晶硅光吸收系数谱，其中a、b制

备工艺是硅烷辉光放电分解，衬底温度分别为500K和300K,c制备

工艺是溅射，d制备工艺为蒸发。非晶硅的导电性质和光电导性质也

与制备工艺密切相关。其实，硅烷辉光放电法制备的非晶硅中，含有

大量H,有时又称为非晶的硅氢合金；不同工艺条件，氢含量不同，

直接影响到材料的性质。与此相反，硫系玻璃的性质与制备方法关系

不大。图2汽相淀积溅射薄膜和熔体急冷成块体AsSeTe的光吸收系

数谱给出了一个典型的实例，用熔体冷却和溅射的办法制备的

AsSeTe样品，它们的光吸收系数谱具有相同的曲线。

非晶态半导体的电子结构非晶态与晶态半导体具有类似的基本

能带结构，也有导带、价带和禁带（见固体的能带）。材料的基本能带

结构主要取决於原子附近的状况，可以用化学键模型作定性的解释。

以四面体键的非晶Ge、Si为例，Ge、Si中四个价电子经sp杂化，

近邻原子的价电子之间形成共价键，其成键态对应於价带；反键态对

应於导带。无论是Ge、Si的晶态还是非晶态，基本结合方式是相同

的，只是在非晶态中键角和键长有一定程度的畸变，因而它们的基本

能带结构是相类似的。然而，非晶态半导体中的电子态与晶态比较也

有著本质的区别。晶态半导体的结构是周期有序的，或者说具有平移

对称性，电子波函数是布洛赫函数，波矢是与平移对称性相联系的量

子数，非晶态半导体不存在有周期性，不再是好的量子数。晶态半

导体中电子的运动是比较自由的，电子运动的平均自由程远大於原子

间距；非晶态半导体中结构缺陷的畸变使得电子的平均自由程大大减

小，当平均自由程接近原子间距的数量级时，在晶态半导体中建立起

来的电子漂移运动的概念就变得没有意义了。非晶态半导体能带边态

密度的变化不像晶态那样陡，而是拖有不同程度的带尾（如图3非晶

态半导体的态密度与能量的关系所示）。非晶态半导体能带中的电子

态分为两类：一类称为扩展态，另一类为局域态。处在扩展态的每个

电子，为整个固体所共有，可以在固体整个尺度内找到；它在外场中

运动类似於晶体中的电子；处在局域态的每个电子基本局限在某一区

域，它的状态波函数只能在围绕某一点的一个不大尺度内显著不为

零，它们需要靠声子的协助，进行跳跃式导电。在一个能带中，带中

心部分为扩展态,带尾部分为局域态,它们之间有一分界处，如图4非

晶态半导体的扩展态、局域态和迁移率边中的和，这个分界处称为

迁移率边。1960年莫脱首先提出了迁移率边的概念。如果把迁移率

看成是电子态能量的函数，莫脱认为在分界处和存在有迁移率的突

变。局域态中的电子是跳跃式导电的，依靠与点阵振动交换能量，从

一个局域态跳到另一个局域态，因而当温度趋向0K时-，局域态电子

迁移率趋於零。扩展态中电子导电类似於晶体中的电子，当趋於0K

时，迁移率趋向有限值。莫脱进一步认为迁移率边对应於电子平均自

由程接近於原子间距的情况，并定义这种情况下的电导率为最小金属

化电导率。然而，目前围绕著迁移率边和最小金属化电导率仍有争

论。

缺陷非晶态半导体与晶态相比较，其中存在大量的缺陷。这些

缺陷在禁带之中引入一系列局域能级，它们对非晶态半导体的电学和

光学性质有著重要的影响。四面体键非晶态半导体和硫系玻璃，这两

类非晶态半导体的缺陷有著显著的差别。

非晶硅中的缺陷主要是空位、微空洞。硅原子外层有四个价电子,

正常情况应与近邻的四个硅原子形成四个共价键。存在有空位和微空

洞使得有些硅原子周围四个近邻原子不足，而产生一些悬挂键，在中

性悬挂键上有一个未成键的电子。悬挂键还有两种可能的带电状态：

释放未成键的电子成为正电中心，这是施主态；接受第二个电子成为

负电中心，这是受主态。它们对应的能级在禁带之中，分别称为施主

和受主能级。因为受主态表示悬挂键上有两个电子占据的情况，两个

电子间的库仑排斥作用，使得受主能级位置高於施主能级，称为正相

关能。因此在一般情况下，悬挂键保持只有一个电子占据的中性状态,

在实验中观察到悬挂键上未配对电子的自旋共振。1975年斯皮尔等

人利用硅烷辉光放电的方法，首先实现非晶硅的掺杂效应，就是因为

用这种办法制备的非晶硅中含有大量的氢，氢与悬挂键结合大大减少

了缺陷态的数目。这些缺陷同时是有效的复合中心。为了提高非平衡

载流子的寿命，也必须降低缺陷态密度。因此，控制非晶硅中的缺陷，

成为目前材料制备中的关键问题之一。

硫系玻璃中缺陷的形式不是简单的悬挂键，而是“换价对”。最初，

人们发现硫系玻璃与非晶硅不同，观察不到缺陷态上电子的自旋共

振，针对这表面上的反常现象，莫脱等人根据安德森的负相关能的设

想，提出了MDS模型。当缺陷态上占据两个电子时，会引起点阵的畸

变，若由於畸变降低的能量超过电子间库仑排斥作用能，则表现出有

负的相关能，这就意味著受主能级位於施主能级之下。用D、D、D分

别代表缺陷上不占有、占有一个、占有两个电子的状态，负相关能意

味著：

2D一->D+D

是放热的。因而缺陷主要以D、D形式存在，不存在未配对电子，所

以没有电子的自旋共振。不少人对D、D、D缺陷的结构作了分析。以

非晶态硒为例，硒有六个价电子，可以形成两个共价键，通常呈链状

结构，另外有两个未成键的P电子称为孤对电子。在链的端点处相

当於有一个中性悬挂键，这个悬挂键很可能发生畸变，与邻近的孤对

电子成键并放出一个电子（形成D）,放出的电子与另一悬挂键结合成

一对孤对电子（形成D）,如图5硫系玻璃的换价对所示。因此又称

这种D、D为换价对。由於库仑吸引作用，使得D、D通常是成对地紧

密靠在一起，形成紧密换价对，硫系玻璃中成键方式只要有很小变化

就可以形成一组紧密换价对，如图6换价对的自增强效应所示，它

只需很小的能量，有自增强效应，因而这种缺陷的浓度通常是很高的。

利用换价对模型可以解释硫属非晶态半导体的光致发光光谱、光致电

子自旋共振等一系列实验现象。

应用非晶态半导体在技术领域中的应用存在著很大的潜力，非

晶硫早已广泛应用在复印技术中，由S.R.奥夫辛斯基首创

的As-Te-Ge-Si系玻璃半导体制作的电可改写主读存储器已有商品

生产，利用光脉冲使硅微晶薄膜玻璃化这种性质制作的光存储器正在

研制之中。对於非晶硅的应用目前研究最多的是太阳能电池。非晶硅

比晶体硅制备工艺简单，易於做成大面积，非晶硅对於太阳光的吸收

效率高，器件只需大约1微米厚的薄膜材料，因此，可望做成一种廉

价的太阳能电池，现已受到能源专家的重视。最近已有人试验把非晶

硅场效应晶体管用於液晶显示和集成电路。

三极管原理

三极管原理

三极管就是一条电流的通道，有一个电极控制这个通道的通和断，如

果说三极管的基本原理用这样的比喻比较牵强附会的话，在设计三极

管的版图时，它就非常的确切了，我们先画一条绿色的线条表示通道,

再画一条横跨过通道的红色线条表示控制栅极，就象马路上的绿色的

通道和警察掌握的红灯一样，绿色通道里的电流的通断，得看警察的

脸色行事。不过在集成电路里通道不叫通道，而叫有源区，一个奇怪

的名字，不过很好记，我们平时把半导体器件叫做有源器件，电阻电

容叫无源器件，三极管是有源器件，因此只要记住和三极管有关的区

域叫有源区就可以了。

由N型或P型半导体材料组成源极和漏极，在源极和漏极之间

放一层多晶硅作为栅极，这就形成了一个MOS三极管，多做几个这

样的三极管，并把它们按要求连接起来，这就形成了集成电路。把许

多三极管做在一起就是集成电路。

集成电路真的就是这么简单，请暂时不要问什么半导体为什么会

导电之类目前被认为是无关紧要的问题，我们在这里探讨的是如何快

速的学会设计集成电路，而不是半导体理论。

什么是集成电路

集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许

多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的

方法将元器件组合成完整的电子电路。它在电路中用字母“IC”（也

有用文字符号“N”等）表示。

（一）按功能结构分类

成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路和数字集

成电路两大类。

模拟集成电路用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时

间边疆变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信

号等），而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在

时间上和幅度上离散取值的信号。例如VCD、DVD重放的音频信号和

视频信号）。

（二）按制作工艺分类

集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。

膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。

（三）按集成度高低分类

集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路、中规模集

成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。

（四）按导电类型不同分类

集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电

路。

双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有

TTL、ECL、HTL、LSTTL、STTL等类型。单极型集成电路的制作工艺

简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS.

NMOS、PMOS等类型。

（五）按用途分类

集成电路按用途可分为电视机用集成电路。音响用集成电路、影

碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）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、遥控集成电

路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。

电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴

音集成电路、彩色解码集成电路、AV/TV转换集成电路、开关电源集

成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、

微处理器（CPU）集成电路、存储器集成电路等。

音响用集成电路包括AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频

前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环

绕声处理集成电路、电平驱动集成电路、电子音量控制集成电路、延

时混响集成电路、电子开关集成电路等。

影碟机用集成电路有系统控制集成电路、视频编码集成电路、

MPEG解码集成电路、音频信号处理集成电路、音响效果集成电路、

RF信号处理集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电

动机驱动集成电路等。

录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集

成电路、音频处理集成电路、视频处理集成电路。

如果问及CPU的原料是什么，大家都会轻而易举的给出答案一是硅。

这是不假，但硅又来自哪里呢？其实就是那些最不起眼的沙子。难以

想象吧，价格昂贵，结构复杂，功能强大，充满着神秘感的CPU竟然

来自那根本一文不值的沙子。当然这中间必然要经历一个复杂的制造

过程才行。不过不是随便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑细

选，从中提取出最最纯净的硅原料才行。试想一下，如果用那最最廉

价而又储量充足的原料做成CPU,那么成品的质量会怎样，你还能用

上像现在这样高性能的处理器吗？

除去硅之外，制造CPU还需要一种重要的材料就是金属。目前为止，

铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料，而铜则逐渐被淘

汰，这是有一些原因的，在目前的CPU工作电压下，铝的电迁移特性

要明显好于铜。所谓电迁移问题，就是指当大量电子流过一段导体时,

导体物质原子受电子撞击而离开原有位置，留下空位，空位过多则会

导致导体连线断开，而离开原位的原子停留在其它位置，会造成其它

地方的短路从而影响芯片的逻辑功能，进而导致芯片无法使用。这就

是许多NorthwoodPentium4换上SNDS（北木暴毕综合症）的原因，

当发烧友们第一次给NorthwoodPentium4超频就急于求成，大幅提

高芯片电压时，严重的电迁移问题导致了CPU的瘫痪。这就是intel

首次尝试铜互连技术的经历，它显然需要一些改进。不过另一方面讲,

应用铜互连技术可以减小芯片面积，同时由于铜导体的电阻更低，其

上电流通过的速度也更快。

除了这两样主要的材料之外，在芯片的设计过程中还需要一些种类的

化学原料，它们起着不同的作用，这里不再赘述。

CPU制造的准备阶段

在必备原材料的采集工作完毕之后，这些原材料中的一部分需要进行

一些预处理工作。而作为最主要的原料，硅的处理工作至关重要。首

先，硅原料要进行化学提纯，这一步骤使其达到可供半导体工业使用

的原料级别。而为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需

要，还必须将其整形，这一步是通过溶化硅原料•，然后将液态硅注入

大型高温石英容器而完成的。而后，将原料进行高温溶化。中学化学

课上我们学到过，许多固体内部原子是晶体结构，硅也是如此。为了

达到高性能处理器的要求，整块硅原料必须高度纯净，及单晶硅。然

后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出，此时一个圆柱体

的硅锭就产生了。从目前所使用的工艺来看，硅锭圆形横截面的直径

为200毫米。不过现在intel和其它一些公司已经开始使用300毫米

直径的硅锭了。在保留硅锭的各种特性不变的情况下增加横截面的面

积是具有相当的难度的，不过只要企业肯投入大批资金来研究，还是

可以实现的。intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂耗费了

大约35亿美元，新技术的成功使得intel可以制造复杂程度更高，

功能更强大的集成电路芯片。而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿

美元。下面就从硅锭的切片开始介绍CPU的制造过程。

在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后，下一个步骤就是将这

个圆柱体硅锭切片，切片越薄，用料越省，自然可以生产的处理器芯

片就更多。切片还要镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑，之后检

查是否有扭曲或其它问题。这一步的质量检验尤为重要，它直接决

定了成品CPU的质量。

新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料，而后在其

上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路。掺入的物质原子进入硅原

子之间的空隙，彼此之间发生原子力的作用，从而使得硅原料具有半

导体的特性。今天的半导体制造多选择CMOS工艺（互补型金属氧化

物半导体）。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之

间的交互作用。而N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。多数情

况下，切片被掺入化学物质而形成P型衬底，在其上刻划的逻辑电路

要遵循nMOS电路的特性来设计，这种类型的晶体管空间利用率更高

也更加节能。同时在多数情况下，必须尽量限制PMOS型晶体管的出

现，因为在制造过程的后期，需要将N型材料植入P型衬底当中，而

这一过程会导致pMOS管的形成。

在掺入化学物质的工作完成之后，标准的切片就完成了。然后将每一

个切片放入高温炉中加热，通过控制加温时间而使得切片表面生成一

层二氧化硅膜。通过密切监测温度，空气成分和加温时间，该二氧化

硅层的厚度是可以控制的。在intel的90纳米制造工艺中，门氧化

物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电

路的一部分，晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动，通过对门

电压的控制，电子的流动被严格控制，而不论输入输出端口电压的大

准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层

物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感

光效果，而且在光刻蚀过程结束之后，能够通过化学方法将其溶解并

除去。

光刻蚀

这是目前的CPU制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤，为什么这么

说呢？光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻

痕，由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要

求极为严格，需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还

会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过

程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量,

而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步（每一步进行一

层刻蚀）。而且每一层刻蚀的图纸如果放大许多倍的话，可以和整个

纽约市外加郊区范围的地图相比，甚至还要复杂，试想一下，把整个

纽约地图缩小到实际面积大小只有100个平方毫米的芯片上，那么这

个芯片的结构有多么复杂，可想而知了吧。

当这些刻蚀工作全部完成之后，晶圆被翻转过来。短波长光线透过石

英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上，然后撤掉光线和模板。

通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质，而二氧化硅马上在陋空

位置的下方生成。

掺杂

在残留的感光层物质被去除之后，剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅

层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后，另一个二氧化硅

层制作完成。然后，加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门

电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料•（因此称作金属氧化

物半导体），多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电

路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀，

所需的全部门电路就已经基本成型了。然后，要对暴露在外的硅层通

过化学方式进行离子轰击，此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个

掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接，每个晶体管都有

输入端和输出端，两端之间被称作端口。

重复这一过程

从这一步起，你将持续添加层级，加入一个二氧化硅层，然后光刻一

次。重复这些步骤，然后就出现了一个多层立体架构，这就是你目前

使用的处理器的萌芽状态了。在每层之间采用金属涂膜的技术进行层

间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接，而Athlon64

使用了9层，所使用的层数取决于最初的版图设计，并不直接代表着

最终产品的性能差异

接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试，包括检测晶

圆的电学特性，看是否有逻辑错误，如果有，是在哪一层出现的等等。

而后，晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片

有否特殊加工需要。

而后，整片的晶圆被切割成一个个独立的处理器芯片单元。在最初测

试中，那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元

将被采用某种方式进行封装，这样它就可以顺利的插入某种接口规格

的主板了。大多数intel和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。在

处理器成品完成之后，还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产

生不同等级的产品，一些芯片的运行频率相对较高，于是打上高频率

产品的名称和编号，而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造，打

上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。而还有一些处

理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷

（这种缺陷足以导致绝大多数的CPU瘫痪），那么它们就会被屏蔽掉

一些缓存容量，降低了性能，当然也就降低了产品的售价，这就是

Celeron和Sempron的由来。

在CPU的包装过程完成之后，许多产品还要再进行一次测试来确保先

前的制作过程无一疏漏，且产品完全遵照规格所述，没有偏差。

我们希望这篇文章能够为一些对于CPU制作过程感兴趣的人解答一

些疑问。毕竟作者水平有限，不可能以专业的水平把制作过程完全展

示给您，如果您有兴趣继续钻研，建议您去阅读一些有关集成电路制

造的高级教材

光是绝缘板我们不可能传递电信号，于是需要在表面覆铜。所以我们

把PCB板也称之为覆铜基板。在工厂里，常见覆铜基板的代号是FR-4,

这个在各家板卡厂商里面一般没有区别，所以我们可以认为大家都处

于同一起跑线上，当然，如果是高频板卡，最好用成本较高的覆铜箔

聚四氟乙烯玻璃布层压板。

覆铜工艺很简单，一般可以用压延与电解的办法制造，所谓压延就是

将高纯度（＞99.98%）的铜用碾压法贴在PCB基板上一因为环氧树脂

与铜箔有极好的粘合性，铜箔的附着强度和工作温度较高，可以在

260℃的熔锡中浸焊而无起泡。

这个过程颇像擀饺子皮，最薄可以小于lmil（工业单位：密耳，即

千分之一英寸，相当于0.0254mm）。如果饺子皮这么薄的话，下锅肯

定漏馅！所谓电解铜这个在初中化学已经学过，CuS04电解液能不断

制造一层层的〃铜箔〃，这样容易控制厚度，时间越长铜箔越厚！通常

厂里对铜箔的厚度有很严格的要求，一般在0.3mil和3mil之间，有

专用的铜箔厚度测试仪检验其品质。像古老的收音机和业余爱好者用

的PCB上覆铜特别厚，比起电脑板卡工厂里品质差了很远。

控制铜箔的薄度主要是基于两个理由：一个是均匀的铜箔可以有非常

均匀的电阻温度系数，介电常数低，这样能让信号传输损失更小，这

和电容要求不同，电容要求介电常数高，这样才能在有限体积下容纳

更高的容量，电阻为什么比电容个头要小，归根结底是介电常数高啊!

其次，薄铜箔通过大电流情况下温升较小，这对于散热和元件寿命都

是有很大好处的，数字集成电路中铜线宽度最好小于0.3cm也是这个

道理。制作精良的PCB成品板非常均匀，光泽柔和（因为表面刷上阻

焊剂），这个用肉眼能看出来，但要光看覆铜基板能看出好坏的人却

不多，除非你是厂里经验丰富的品检。

对于一块全身包裹了铜箔的PCB基板，我们如何才能在上面安放元

件，实现元件一元件间的信号导通而非整块板的导通呢？板上弯弯绕

绕的铜线，就是用来实现电信号的传递的，因此，我们只要把铜箔蚀

掉不用的部分，留下铜线部分就可以了。

如何实现这一步，首先，我们需要了解一个概念，那就是〃线路底片〃

或者称之为〃线路菲林〃，我们将板卡的线路设计用光刻机印成胶片，

然后把一种主要成分对特定光谱敏感而发生化学反应的感光干膜覆

盖在基板上，干膜分两种，光聚合型和光分解型，光聚合型干膜在特

定光谱的光照射下会硬化，从水溶性物质变成水不溶性而光分解型则

正好相反。

这里我们就用光聚合型感光干膜先盖在基板上，上面再盖一层线路胶

片让其曝光，曝光的地方呈黑色不透光,反之则是透明的（线路部分）。

光线通过胶片照射到感光干膜上一结果怎么样了？凡是胶片上透明

通光的地方干膜颜色变深开始硬化，紧紧包裹住基板表面的铜箔，就

像把线路图印在基板上一样，接下来我们经过显影步骤（使用碳酸钠

溶液洗去未硬化干膜），让不需要干膜保护的铜箔露出来，这称作脱

膜（Stripping）工序。接下来我们再使用蚀铜液（腐蚀铜的化学药品）

对基板进行蚀刻，没有干膜保护的铜全军覆没，硬化干膜下的线路图

就这么在基板上呈现出来。这整个过程有个叫法叫〃影像转移〃，它在

PCB制造过程中占非常重要的地位。

接着是制作多层板，按照上述步骤制作只是单面板，即使两面加工也

是双面板而已，但是我们常常可以发现自己手中的板卡是四层板或者

六层板（甚至有8成）。

有了上面的基础，我们明白其实不难，做两块双面板〃粘〃起来就行啦!

比如我们做一块典型的四层板（按照顺序分1〜4层其中1/4是外层,

信号层，2/3是内层，接地和电源层），先呢分别做好1/2和3/4（同

一块基板），然后把两块基板粘一块不就0K了？不过这个粘结剂可不

是普通的胶水，而是软化状态下的树脂材料，它首先是绝缘的，其次

很薄，与基板粘合性良好。我们称之为PP材料，它的规格是厚度与

含胶（树脂）量。当然，一般四层板和六层板我们是看不出来的，因

为六层板的基板厚度比较薄，即使要用两层PP三块双面基板，也未

见得比一层PP两块双面基板的四层板能增加多少厚度一板卡的厚度

都有一定规范，否则就插不进各种卡槽中了。说到这里，读者又会产

生疑问，那个多层板之间信号不是要导通吗？现在PP是绝缘材料•，

如何实现层与层之间的互联？别急，我们在粘结多层板之前还需要钻

孔！钻了孔可以将电路板上下位置相应铜线对起来，然后让孔壁带铜，

那么不是相当于导线将电路串联起来了吗？

这种孔我们称之为导通孔（Plating

hole,简称PT孔。这些孔需要钻孔机钻出来，现代钻孔机能钻出很

小很小的孔和很浅的孔，一块主板上有成百上千个大小迥异深浅不一

的孔，我们用高速钻孔机起码要钻一个多小时才能钻完。钻完孔后，

我们再进行孔电镀（该技术称之为镀通孔技术，Plated-Through-Hole

technology,PTH）,让孔导通。

孔也钻了，里外层都通了，多层板粘好了，是不是完事了呢？我们的

回答是No,因为主板生产需要大量进行焊接，如果直接焊接，会产

生两个严重后果：一、板卡表面铜线氧化，焊不上；二、搭焊现象严

重一因为线与线之间的间距实在太小了啊！所以我们必须在整个PCB

基板外面再包上一层装甲一这就是防焊漆，也就是俗称阻焊剂的的东

东，它对液态的焊锡不具有亲和力，并且在特定光谱的光照射下会发

生变化而硬化，这个特性和干膜类似，我们看到的板卡颜色，其实就

是防焊漆的颜色，如果防焊漆是绿色，那么板卡就是绿色。

最后大家不要忘了网印、金手指镀金(对于显卡或者PCI等插卡来说)

和质检，测试PCB是否有短路或是断路的状况，可以使用光学或电子

方式测试。光学方式采用扫描以找出各层的缺陷，电子测试则通常用

飞针探测仪(Flying-Probe)来检查所有连接。电子测试在寻找短路

或断路比较准确，不过光学测试可以更容易侦测到导体间不正确空隙

的问题。

总结一下，一家典型的PCB工厂其生产流程如下所示：下料一内层制

作一压合一钻孔一镀铜一外层制作一防焊漆印刷一文字印刷一表面

处理一外形加工。

硅

结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质非常稳

定。在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应。

硅的用途：

①高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第HIA

族元素，形成P型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型和

P型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。

在开发能源方面是一种很有前途的材料。

②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结，制成金

属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和陶

瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。可应用于军事武器的

制造第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时

磨擦产生的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。

③光导纤维通信，最新的现代通信手段。用纯二氧化硅拉制出高透明

度的玻璃纤维，激光在玻璃纤维的通路里，无数次的全反射向前传输,

代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维,

可以同时传输256路电话，它还不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高

度的保密性。光纤通信将会使21世纪人类的生活发生革命性巨变。

④性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材

料在地下铁道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问题。在

古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅塑料，可以防止青苔滋生,

抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有

机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。

发现

1822年，瑞典化学家白则里用金属钾还原四氟化硅，得到了单质硅。

［编辑］

名称由来

源自英文silica,意为“硅石”。

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分布

硅主要以化合物的形式，作为仅次于氧的最丰富的元素存在于地壳

中，约占地表岩石的四分之一，广泛存在于硅酸盐和硅石中。

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制备

工业上，通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。

化学反应方程式:

SiO2+2C-Si+2C0

这样制得的硅纯度为97〜98%,叫做金属硅。再将它融化后重结晶，

用酸除去杂质，得到纯度为99.7〜99.8%的金属硅。如要将它做成半

导体用硅，还要将其转化成易于提纯的液体或气体形式，再经蒸储、

分解过程得到多晶硅。如需得到高纯度的硅，则需要进行进一步的提

纯处理。

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同位素

已发现的硅的同位素共有12种，包括硅25至硅36,其中只有硅28,

硅29,硅30是稳定的，其他同位素都带有放射性。

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用途

硅是一种半导体材料•，可用于制作半导体器件和集成电路。还可以合

金的形式使用（如硅铁合金），用于汽车和机械配件。也与陶瓷材料一

起用于金属陶瓷中。还可用于制造玻璃、混凝土、砖、耐火材料.、硅

氧烷、硅烷。

硅的特性铝-硅-磷

碳

硅

错

?

元素周期表

总体特性

名称，符号，序号硅、Si、14

系列类金属

族，周期，元素分区14族(IVA),3,p

密度、硬度2330kg/m3>6.5

颜色和外表深灰色、带蓝色调

地壳含量25.7%

原子属性

原子量28.0855原子量单位

原子半径(计算值)110(111)pm

共价半径111pm

范德华半径210pm

价电子排布［氯］3s23P2

电子在每能级的排布2,8,4

氧化价(氧化物)4(两性的)

晶体结构面心立方

物理属性

物质状态固态

熔点1687K(1414°C)

沸点3173K(2900°C)

摩尔体积12.06X10-6m3/mol

汽化热384.22kj/mol

熔化热50.55kj/mol

蒸气压4.77帕(1683K)

声速无数据

其他性质

电负性1.90(鲍林标度)

比热700J/(kg•K)

电导率2.52X10-4/(米欧姆)

热导率148W/(m・K)

第一电离能786.5kj/mol

第二电离能1577.1kj/mol

第三电离能3231.6kj/mol

第四电离能4355.5kj/mol

第五电离能16091kj/mol

第六电离能19805kj/mol

第七电离能23780kj/mol

第八电离能29287kj/mol

第九电离能33878kj/mol

第十电离能38726kj/mol

最稳定的同位素

同位素丰度半衰期衰变模式衰变能量

MeV衰变产物

28Si92.23%稳定

29Si4.67%稳定

30Si3.1%稳定

32Si人造276年B衰变0.22432P

核磁公振特性

29Si

核自旋1/2

元素名称：硅

元素原子量：28.09

元素类型：非金属

发现人：贝采利乌斯发现年代：1823年

发现过程：

1823年，瑞典的贝采利乌斯，用氟化硅或氟硅酸钾与钾共热，得到

粉状硅。

元素描述：

由无定型和晶体两种同素异形体。具有明显的金属光泽，呈灰色，密

度2.32-2.34克/厘米3,熔点1410℃,沸点2355℃,具有金刚石的

晶体结构，电离能8.151电子伏特。加热下能同单质的卤素、氮、碳

等非金属作用，也能同某些金属如Mg、Ca、Fe>Pt等作用。生成硅

化物。不溶于一般无机酸中，可溶于碱溶液中，并有氢气放出，形成

相应的碱金属硅酸盐溶液，于赤热温度下，与水蒸气能发生作用。硅

在自然界分布很广，在地壳中的原子百分含量为16.7%。是组成岩石

矿物的一个基本元素，以石英砂和硅酸盐出现。

元素来源：

用镁还原二氧化硅可得无定形硅。用碳在电炉中还原二氧化硅可得晶

体硅。电子工业中用的高纯硅则是用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅而

制得。

元素用途：

用于制造高硅铸铁、硅钢等合金，有机硅化合物和四氯化硅等，是一

种重要的半导体材料，掺有微量杂质得硅单晶可用来制造大功率的晶

体管，整流器和太阳能电池等。

元素辅助资料:

硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素。如果说碳是组成一切有机生

命的基础，那么硅对于地壳来说，占有同样的位置，因为地壳的主要

部分都是由含硅的岩石层构成的。这些岩石几乎全部是由硅石和各种

硅酸盐组成。

长石、云母、黏土、橄榄石、角闪石等等都是硅酸盐类；水晶、玛瑙、

碧石、蛋白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。但是，硅与氧、

碳不同，在自然界中没有单质状态存在。这就注定它的发现比碳和氧

晚。

拉瓦锡曾把硅土当成不可分割的物质——元素。

1823年，贝齐里乌斯将氟硅酸钾(K2SiF6)与过量金属钾共热制得

无定形硅。尽管之前也有不少科学家也制得过无定形硅，但直到贝齐

里乌斯将制得的硅在氧气中燃烧，生成二氧化硅一一硅土，硅才被确

定为一种元素。硅被命名为silicium,元素符号是Si。

[gui1

硅

silicon；

硅

gul

〈名〉

一种四价的非金属元素，以化合物的形式，作为仅次于氧的最丰富的

元素存在于地壳中，通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得的，主

要以合金的形式使用（如硅铁合金），也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷

中，或用作半导体材料（如在晶体管中）和光生电池的元件

[silicon]---元素符号Si

一种非金属元素，是一种半导体材料，可用于制作半导体器件和集成

电路。旧称“矽”。

元素符号Si,旧称矽，原子序数14,相对原子质量28.09,有无定

形和晶体两种同素异形体。

晶体硅为钢灰色，无定形硅为黑色，密度2.4g/cm3,熔点1420C,

沸点2355℃,晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。

硅的化学性质比较活泼，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于

水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液，用于造制合金如硅铁、硅钢等,

单晶硅是一种重要的半导体材料•，用于制造大功率晶体管、整流器、

太阳能电池等。硅在自然界分布极广，地壳中约含27.6%,主要以

二氧化硅和硅酸盐的形式存在。

硅，原子序数14,原子量28.0855,元素名来源于拉丁文，原意是“燧

石”。1823年瑞典化学家贝采利乌斯首先分离和描述硅元素。硅约

占地壳总重量的27.72%,仅次于氧。自然界中的硅都以含氧化合物

的形式存在。常见的有石英、水晶、沙子等。

硅有晶态和无定形两种形式。晶态硅具有金刚石晶格，硬而脆，熔点

1410°C,沸点2355°C,密度2.32〜2.34克/厘米3,硬度为7。无定

形硅是一种灰黑色粉末，实际是微晶体。晶态硅的电导率不及金属，

且随温度升高而增加，具有明显的半导体性质。

硅在常温下不活泼，与空气、水和酸等没有明显作用；在加热下，能

与卤素反应生成四卤化硅；650°C,时硅开始与氧完全反应；硅单质

在高温下还能与碳、氮、硫等非金属单质反应；硅可间接生成一系列

硅的氢化物；硅还能与钙、镁、铁等化合，生成金属硅化物。

超纯的单晶硅可作半导体材料。粗的单晶硅及其金属互化物组成的合

金，常被用来增强铝、镁、铜等金属的强度。

原子能

1911年，物理学家发现电子的中心是带正电的原子核。1913年，玻

尔提出电子在不同轨道上绕原子核运动。1919年，英国物理学家卢

瑟福用带正电的。粒子轰击氮和氢，发现了质。1932年，卢瑟福的

学生和助手——查德威克发现中子，进而提出原子核由质子和中子组

成

1938年，物理学家发现重原子核裂变。

核能的威力首先被用于战争。1942年6月，美国政府启动了代号为

“曼哈顿工程”的原子武器制造计划。1945年7月16日，世界上第

一颗原子弹在美国新墨西哥州的荒漠上试爆成功。此后，前苏联于

1949年、英国于1952年、法国于1960年、中国于1964年10月分

别研制出并成功地爆炸了原子弹（图1——Do

和平利用原子能，成为整个世界的呼声。1942年，世界上第一座裂

变反应堆在美国建成；1954年，莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发

电站投入运行，标志着人类和平利用原子能时代的

到来。

1991年，中国的第一座核电站——秦山核电站起用，继之大亚湾核

电站投产。

半导体

1947年，美国电报电话公司（AT&T）贝尔实验室的三位科学家巴丁、

布莱顿和肖克利在研究半导体材料——错和硅的物理性质时，意外地

发现了错晶体具有放大作，经过反复研究，他们用半导体材料制成了

放大倍数达100量级的放大器，这便是世界上第一个固体放大器——

晶体三极管。

晶体管的出现，迅速替代电子管占领了世界电子领域。随后，晶体管

电路不断向微型化方向发展。1957年，美国科学家达默提出“将电

子设备制作在一个没有引线的固体半导体板块中”的大胆技术思想，

这就是半导体集成电路的思想。1958年，美国德克萨斯州仪器公司

的工程师基尔比在一块半导体硅晶片上电阻、电容等分立元件放入其

中，制成第一批集成电路。1959年，美国仙童公司的诺伊斯用一种

平面工艺制成半导体集成电路，“点石成金”，集成电路很快成了比

黄金还诱人的产品1971年11月，英特尔（Intel）公司的霍夫将计

算机的线路加以改进，把中央处理器的全部功能集成在一块芯片上，

另外再加上存储器，制成世界上第一个微处理器。

随着硅片上元件集成度的增加，集成电路的发展经历了小规模集成电

路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路（VLSI）

阶段。1978年，研制成的超大规模集成电路，集成度达10万以上，

电子技术进入微电子时代。80年代末，芯片上集成的元件数突破1000

万的大关。

计算机

1946年，世界上第一台电子数字积分计算机——埃尼克（ENIAC）在

美国宾夕法尼亚大学莫尔学院诞生（图1一2）。ENIAC犹如一个庞然

大物，重达30吨、占地170平方米、内装18000个电子管，但它运

算速度却比当时最好的机电式计算机快1000倍。ENMC的问世，犹如

石破天惊，开辟了信息新时代。

1949年，第一台存储程序计算机——EDSAC在剑桥大学投入运行，

ENIAC和EDSAC均属于第一代计算机。

1954年，美国贝尔实验室制成第一台晶体管计算机——TRADIC,使

计算机体积大大缩小。1958年，美国IBM公司制成全部使用晶体管

的计算机，第二代计算机诞生了。第二代计算机的运算速度比第一代

计算机提高了近百倍。

60年代中期，随着集成电路的问世，第三代计算机诞生，其标志产

品是1964年由美国IBM公司生产的IBM360系列机。

第四代计算机以大规模集成电路作为逻辑元件和存储器，使计算机向

着微型化和巨型化方向发展。计算机的微处理器从早期的8086,发

展到80286.80386.80486.奔腾（Pentium）、奔腾二代（Pentium

II）和奔腾三代（PentiuIIDo

当前，第五代计算机——智能计算机的研究正渐入佳境。智能计算机

的主要特征是具备人工智能，能像人一样思维，并且运算速度极快，

它不仅具有一种能够支持高度并行和推理的硬件系统，还具有能够处

理知识信息的软件系统。

世纪之交，计算机科技的前沿领域包括：神经网络计算机。超导计算

机、生物计算机和光计算机等。

激光器

1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，

奠定了激光发展的基础。I960年，美国人梅曼发明了世界上第一台

红宝石激光器。1965年，第一台可产生大功率激光的器件——二氧

化碳激光器诞生。1967年，第一台X射线激光器研制成功。1997年,

美国麻省理工学院的研究人员研制出第一台原子激光器。

激光器的出现，大大改变了人类的生产与生活：

在通信技术领域，光通信依赖的基础器件便是激光器，用于存储信息

的CD-ROM光盘，可存储数百兆比特的信息；越洋光通信已进入1万

亿比特/8的开发阶段；光计算机的研究也正日益深入。

在能源领域，激光可用于工业、军事上的能量源，大功率激光器被用

于受控核聚变研究。

在医学领域，激光治疗已在外科、内科、妇科、牙科、五官科、肿瘤

科得到应用，可治疗数百种疾病；激光针灸可以无痛，无菌地穿透皮

肤，达到治疗的目的。

此外，激光在军事、生物工程等领域也崭露头角，应用范围日益拓宽。

由此，激光被人们誉为20世纪的“世纪之光”。

般情况下，印刷电路板的制作过程中，都要在电路板印制线路时，同时

在元器件的安放位置印上该元器件的编号.以便于在生产过程中或者

在维修的过程中，为其提供准确识别元器件在电路板中的具体位置,

电脑主板,也属于印刷电路板之列，而且是双面的，加之采用了许多如

〃芝麻管〃或者是微形贴片元件，有的小到肉眼都看不清楚，所以厂家

为它们都编了号,这是电子生产的业内标准，必须要严格遵照线路设

计图纸,将每个元器件一一对号入座，当然,这一过程是用机械手通过

程序自动完成的.我们国家规定；在电路板上,R为电阻器,C为电容

器,IC为集成电路块,L为电感器,J为跳线,D为二极管,G为晶体管,BX

为保险管等等,至于后面的数字,第一位数表示该元件用在何种功能

的电路的表示，如电源如果用1来表示的话，那么就说明这个元件是

用在电源电路内的.而后面的两位数则是表示在同样的电路单元内所

使用的该元件的编号,一般从01号开始编起,如电源电路单元中所使

用的电阻器一共有25个,则它的相应编号则是R101-R125.

画电路图的，最主要的功能是自动布线。用过protelDXP2004sp2,

安装文件1。8g,硬盘上还有

到现在许多PCB工程师们也许还在使用Protel99或者protel99se在

他们所熟悉的编辑环境下进行PCB设计，他们都很有经验，能够在

prote!99或protel99se上设计出一块很棒的PCB。但有的时候他们

甚至不相信软件的智能化给他们带来的巨大方便。于是许多PCB工程

师根本不使用软件带有的强大的自动布线功能，因为即使重复布上儿

百次都不能得到他们满意的方案，或是调整的线太多还不如完全手工

布线。这些都让他们不愿意接受也不相信更新换代了的人工智能能给

他们的设计带来什么巨大的方便，他们相信的只是他们多少年积累的

经验。但实际上他们都很清楚当他们设计一块多层高密度PCB所需要

付出的代价是什么，同时他们也希望真的有那么一款软件能让他们的

设计效率有极大的提高的PCB设计软件。现在Altium公司2004年最

新产品Protel2004完全能满足这方面的要求。当然Protel2004面

对的用户不光是为了方便这些有多年经验的PCB工程师们。Protel

2004同时还降低了制作PCB的门槛，通过短时间的培训1（即使是自

学），很短时间您都可以很快的制作一块合格的PCBo

我本人是一个PCB设计新手，之前没有布板经验，但仅仅使用Protel

2004一个月，之后终于体会到Protel2004的强大功能了，在此就

只介绍一些以前版本没有的或者已经被加强的功能。它的友好的增强

的用户界面，使用户很轻易就知道了每个菜单的功能，这也使有些工

程师不用担心新的软件给他们带来的操作不便问题。

当然PCB工程师们也会担心的他们使用Protel2004作的PCB是不是

可以拿到工厂进行加工，因为他们担心大部分PCB工厂还没有购买使

用Protel2004。他们担心即使他们在较短的时间做出一块PCB却

很难找到能加工他们产品的工厂。实际上担心完全是多余的，因为您

何以把您在Protel2004中设计的PCB保存为您需要的版本［包括

PCB3.0（Protel99可打开）,PCB4.0（Protel99SE格式）］,您也可以

把它保存为后缀名为.PCBdoc（ProtelDXP和Protel2004的格式）。

同时Protel2004是完全向下兼容的，您在以前版本的所有成果均可

转到Protel2004中进行使用，这些都已经经过本公司技术人员充分

验证。

Protel2004引入了集成库的概念，这使您在原理图中选择的元器件

就已经有了您需要的封装，Protel2004附带了68,000多个元件的

设计库，包括原理图FPGA设计的即调即用及预综合元件集成库，并

且这些封装都能完全符合您的要求，当然如果您不满意，也可以修改

这个元器件的封装为您所需，当然您还可以在PCB库编辑器制作您所

需要的封装。

下边这几点是您需要了解的。

Protel2004共可进行74个板层设计，包含32层Signal（信号走线

层）；16层Mechanical（机构层）;16层InternalPlane（内层电源

层）；2层SolderMask（防焊层）;2层PasteMask（锡膏层）;2层

Silkscreen（丝印层）;2层钻孔层（钻孔引导和钻孔冲压）；1层Keep

Out（禁止层）；1层Multi-Layer（横跨所有的信号板层）。

Protel2004中Pad点的外型：圆形；方形；八角形。

Pad点堆叠结构：包含Simple（所有的层数都相同）；Top-Mid-Bottom

（可对不同的层数下外型定义有top,bottom或者是midlayers）；

FullStack（每个层数都能各自定义Pad点外型）。

Protel2004Via（贯孔）的种类：Through-hole（从顶层贯穿到底层）；

Blind&Buried（板层对）；Blind&Buried（任意层数）。

Protel2004布线模式：Oblique（任意角走线）；45deg（45度角走线）;

45degwitharcs（45度角圆弧走线）；90deg（90度角走线）；90deg

witharcs（90度角圆弧走线）。

Protel2004交互式布线模式：IgnoreObstacles（忽略障碍模式）;

AvoidObstacles（避开障碍模式）；Push-and-Shove（推挤障碍模式）。

Protel2004铺铜的形式：90度角铺铜;45度角铺铜;垂直铺铜;水平

铺铜。

Protel2004内层连接：可以指定到任意的网络（Net）oProtel2004

内层电源：所有的内层电源层都能指定到任意的网络,而且所有的内

层分割都能重叠。

在这里特别要提一下现在的Protel2004中的自动布线功能也是许多

PCB工程师们最为关心的。Protel2004采用了改进型Situs

TopologicalAutorouting布线规则。这种改进型的布线规则以及内

部算法的优化都大大的提高了布线的成功率和准确率。这也在某种程

度上减轻了工程师们的负担。Protel2004中的高速电路规则也很实

用，它能限制平行走线的长度，并可以实现高速电路中所要求的网络

匹配长度的问题，这些都能让您设计高速电路也变的无比的容易。同

时如果您需要进行多层板设计，您只需在层管理器中进行相关的设置

即可，前面已经介绍了Protel2004共可进行74个板层设计。您还

可以在设计规则中制定每个板层的走线规则，包括最短走线，水平，

垂直等等。在使用过程中我发现，只要布局适当，进行完全自动布线

一次性成功率很高，而且布线完成后需要修改的地方也比较少，只是

有儿根走直角的线需要修改（走出直角与您的DRC—设计规则设置有

关）。多次布线也不会发现短路或是网络混乱问题。在自动布线这点

上Protel2004做的可以说是堪称完美了。

许多工程师在制作前期以及制作过程中不能了解自己所制作的PCB

是否符合EMC、EMI,走线过程中是否有串扰影响出现，这些影响到

底有多大。工程师在制作过程中可能一直都被这些问题所困扰。为了

解决这些问题他们有时候不得不等PCB加工出来再作硬件检测。通常

情况下高速数字电路对PCB这方面要求较高，且一块PCB代价也比较

高，重复修改设计投资也比较大。

现在Protel2004不仅提供了部分电路的混合模拟仿真，而且提供了

PCB和原理图上的信号完整性分析。混合模拟仿真包括真正的混合

3f5compliant混合电路模拟器电路图编辑的无缝集成，使用户可以

直接从电路图进行模拟，而不需要网表输出输入数字SimCode语言对

Xspice的扩展使得可以进行数字程序传播延迟的模拟、输入和输出

加载以及独立电源状态。全面的分析，包括AC、小信号、瞬态过程、

噪音和DC转换等。用来测试零件变化和公差影响的完善的零件扫描

和MonteCarlo分析模式。

您也许会对原理图和PCB上的信号如何进行完整性分析以及这种分

析到底有什么意义有些疑问。信号完整性分析是您能够在软件上就能

模拟出整个电路板各个网络的工作情况。并且可以提供多种优化方案

让用户选择。您应当了解这里的信号完整信分析是属于模拟级别的，

分析的是您需要的EMC、EMI及串扰的参数，且这些分析是完全建立

于Protel2004所提供的强大的集成库之上的。大到IC元器件，小

到电阻电容都有独自的仿真模型参数。混合模拟分析和完整性分析的

结果以波形的形式显示出来，且波形的的计算算法均较以前版本有较

大的优化。同时您也可以为自己建立的库元件设置模拟参数。总之信

号完整性分析可以给您的设计带来很大的方便，提高了一次PCB制作

的成功率。

当然Protel2004的功能还不光停留在PCB上，为了实现真正的完整

的板级设计，Altium公司提出了LiveDesign-enabled的平台概念一

这个平台实现了Altium软件的无缝集成。它集成了当今很流行的可

设计ASIC（专门应用集成电路）的功能，并提供了原理图和HDL（硬件

描述语言）混合设计的功能，而且所有设计I/O的改变均可返回到

PCB,使PCB上相应的FPGA芯片I/O发生改变。Protel2004还为

Xilinx和Altera设备族提供完全的巨集和基元库。这些实际上只说

明了一个方便之处，就是说你进行完整的板级（由于现在系统级的设

计大都包含了FPGA,所以完整的板级应当包含这些芯片的设计这种

开发）设计时，无需再借助第三方开发工具，您在Protel2004及硬

件工具Nano—Board就可很方便的完成这两方面的工作。由于本人对

ASIC方面有过一些学习的经验，在使用Protel2004中的FPGA功能

时发现Protel2004用的FPGA工具内核是业界普遍使用的ISE集成

开发软件和QuartusII3.0工具（这仅是个人观测结果）。

另外Protel2004支持更完美的3D功能，在PCB加工之前就可以从

各个角度观看PCB及焊装元件后的“实物〃，马上就会给你带来成就

感！特别是可支持双屏显示功能！

U盘的存储介质是快闪存储器（FlashMemory）,它和一些外围数字电

路被焊接在电路板上并封装在颜色比较亮丽的半透明硬脂塑料外壳

内。它可重复擦写达100万次；

IC卡(又称智能卡)的英文全名是IntegratedCircuitCard,具有

存储量大、数据保密性好、抗干扰能力强、存储可靠、读卡设备简单、

操作速度快、脱机工作能力强等优点,为现代信息处理和传递提供了

一种全新的手段，一开始就引起了人们的重视。它是将具有存储、加

密及数据处理能力的一个或多个集成电路芯片镶嵌于塑料卡片中。IC

卡的核心部分是一块集成电路芯片，故它又可称为〃芯片卡〃。

根据卡中所镶嵌的集成电路的不同可以分成以下三类：

1.存储器卡：卡中的集成电路为EEPROM(可用电擦除的可编程只读

存储器)。

2.逻辑加密卡：卡中的集成电路具有加密逻辑和EEPROM。

3.CPU卡：卡中的集成电路包括中央处理器CPU、EEPROM、随机存

储器RAM以及固化在只读存储器ROM中的片内操作系统COS(Chip

OperatingSystem)o严格地讲，只有CPU卡才是真正的智能卡。按

应用领域来分，IC卡有金融卡和非金融卡两种。金融卡又有信用卡

(Creditcard)和现金卡(Debitcard)等。信用卡主要由银行发行和

管理，持卡人用它作为消费时的支付工具，可以使用预先设定的透支

限额资金。现金卡可用作电子存折和电子钱包，不允许透支。非金融

卡往往出现在各种事物管理、安全管理场所，如身份证明、健康记录

和职工考勤等。

印刷电路板(PrintedCircuitBoard)简称PCB,又称印制板，是

电子产品的重要部件之一。用印制电路板制造的电子产品具有可靠性

高、一致性好、机械强度高、重量轻、体积小、易于标准化等优点。

儿乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信设备、

电子雷达系统，只要存在电子元器件，它们之间的电气互连就要使用

印制板。在电子产品的研制过程中，影响电子产品成功的最基本因素

之一是该产品的印制