电子产品制造技术04

电子产品制造技术讲课教师陈琨制造系统与质量工程研究所第一章电子元器件集成电路集成电路是将电阻、电容、二极管、三极管经过半导体工艺或薄、厚膜工艺制作在同一硅片上，并按某种电路形式互连起来，制成具有一定功能的电路。集成电路的特点：同分立元器件相比，集成电路具有体积小，重量轻，功耗低，性能好，可靠性高，成本低等特点，是目前电子产品和设备小型、便携式所必需的。第一章电子元器件集成电路在制造集成电路时，需将各个元件相互绝缘，利用PN结反向偏置时电阻很大的特点，把元件所在的N区或P区周围用PN结包围起来，便可使它们相互绝缘，称为这个N区或P区为隔离岛。在基片上经过氧化、光刻、腐蚀、扩散、外延及氧化等重复过程，即可制造出隔离岛。第一章电子元器件集成电路集成电路中各种无源元件的制造不需要特殊工艺，例如，用NPN型管的发射结作为二极管和稳压管，用NPN型管基区体电阻作为电阻，用PN结势垒电容或MOS管栅极与沟道间等效电容作为电容等。第一章电子元器件集成电路的分类按照制造工艺分类，集成电路按其制造工艺可分为半导体集成电路，薄膜集成电路，厚膜集成电路和混合集成电路用平面工艺（氧化、光刻、扩散、外延）在半导体晶片上制成的集成电路称为半导体集成电路，也称为单片集成电路。用薄膜工艺（真空蒸发、溅射）将电阻、电容等无源元件及相互连线制作在同一块绝缘衬底上，再焊接上晶体管管芯，使其具有一定功能的电路，称为薄膜集成电路。用厚膜工艺（丝网印刷、烧结）将电阻、电容等无源元件及相互连线制作在同一块绝缘衬底上，再焊接上晶体管管芯，使其具有一定功能的电路，称为厚膜集成电路。第一章电子元器件集成电路的分类按照有源器件分类，集成电路按有源器件可分为双极型集成电路、MOS型集成电路和双极-MOS（BIMOS）型集成电路等。按照有源器件分类双极型集成电路是在半导体基片（硅或锗材料）上，利用双极型晶体管构成的集成电路，其内部工作时由空穴和自由电子两种载流子进行导电。MOS型集成电路只有空穴或自由电子一种载流子导电。它又可分为NMOS型集成电路、PMOS型集成电路和CMOS型集成电路三种。NMOS型集成电路是由N沟道的MOS器件构成。PMOS型集成电路是由P沟道的MOS器件构成。第一章电子元器件绝缘栅型场效应管的栅极与源极之间均采用二氧化硅绝缘层隔离，因此得名，又因栅极为金属铝，故称为MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor）N沟道增强型MOS管结构第一章电子元器件集成电路的分类按照有源器件分类CMOS型集成电路则是指由N沟道和P沟道MOS器件构成的互补形式的电路。双极型-MOS型集成电路（BIMOS）是双极型晶体管和MOS电路混合构成的集成电路。一般前者作为输出级，后者作为输入级。双极型电路驱动能力强，但功耗较大，MOS电路则相反，双极型-MOS型集成电路兼有二者的优点。第一章电子元器件集成电路的分类按照集成度分类，集成电路按其集成度可分为小规模集成电路，中规模集成电路，大规模集成电路，超大规模集成电路和极大规模集成电路第一章电子元器件摩尔定律：摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（GordonMoore）提出来的。其内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。第一章电子元器件集成电路的分类按照集成度分类，集成电路按照应用领域可分为军用品、民用品（又称商用）和工业用品三大类。由于军用品主要用在军事、航空、航天等领域，使用环境恶劣，装置密度高，对集成电路的可靠性要求极高，对价格的要求不太苛求。由于民用品主要用在人们的日常生活中，使用条件较好，只要能够满足一定的性能指标要求即可。但对价格要求较高，最大限度地追求高的性能价格比。这是产品能否占领市场的重要条件之一。工业用品介于二者之间。第一章电子元器件集成电路的分类集成电路按功能的分类半导体集成电路数字电路模拟电路接口电路特殊电路TTL电路HTL电路ECL电路CMOS电路存储器微型机电路运算放大器稳压器音响电路电视电路非线性电路电平转换器电压比较器线驱动接收器外围驱动器通信电路机电仪电路消费类电路传感器第一章电子元器件集成电路的封装及引脚识别集成电路的封装，常用集成电路的封装材料有金属、陶瓷、塑料三种。（1）金属封装金属封装散热性能好，可靠性高，但安装和使用不方便，成本高。一般高精度集成电路或大功率集成电路均以此形式封装。根据国标规定，金属封装有金属园形和菱形两种。第一章电子元器件（2）陶瓷封装陶瓷封装散热性差，但体积小，成本低。一般分扁平型和双列直插两种。（3）塑料封装塑料封装工艺简单，成本低，但散热性能较差。应用最广，适用于小功率器件，分扁平和双列直插两种。中功率器件有时也采用塑料封装，但为了限制温升，有利散热，通常都在塑料封装的同时加装金属板，以利于固定散热片。第一章电子元器件封装外形及引脚识别封装形式最多的是圆顶形、扁平形及双列直插形圆顶形金属壳封装多为8脚，10脚，12脚菱形金属壳封装多为3脚，4脚扁平形陶瓷封装多为14脚，16脚单列直插式塑料封装多为9脚，10脚，12脚，14脚，16脚双列直插式陶瓷封装多为8脚，12脚，14脚，16脚，24脚双列直插式塑料封装多为8脚，12脚，14脚，16脚，24脚，42脚，48脚集成电路的引出脚数目虽然很多，但引出脚的排列顺序具有一定的规律。在使用集成电路时，可按排列规律正确识别集成电路的引出脚第一章电子元器件圆顶封装的集成电路对于圆顶封装的集成电路（一般为圆形和菱形金属外壳封装），在识别引脚时，应先将集成电路的引出脚朝上，找出其标记。常见的定位标记有锁口突耳、定位孔及引脚不均匀排列等。引出脚的顺序由定位标记对应的引脚开始，按顺时针方向依次数为引脚①，②，③，④……。第一章电子元器件单列直插式集成电路单列直插式集成电路，识别其引脚时应使引脚向下，面对型号或定位标记，自定位标记对应一侧的第一只引脚数起，依次为①，②，③，④……。此类集成电路上的定位标记一般为色点、凹坑、小孔、线条、色带、缺角等。第一章电子元器件单列直插式集成电路有些厂家生产的集成电路，本是同一种芯片，为了便于在印制电路板上灵活安装，其引脚排列顺序对称相反。一种按常规排列，即由左向右，另一种则由右向左。对此类集成电路若封装上有识别标记，可按上述规律分清其近脚顺序。但也有少数器件上没有引脚识别标记，这时应从其型号上加以区别。若其型号后缀中有一字母R，则表明其引脚顺序为从右到左反向排列。还有个别集成电路，设计时尾部引出脚为非等距排列，作为标记。可按此特点来识别引脚顺序。第一章电子元器件双列直插式集成电路双列直插式集成电路，识别其引脚时，若引脚向下，即其型号、商标向上，定位标记在左边，则从左下角第1只引脚开始，按逆时针方向，依次为①、②、③、④……。若引脚朝上，即其型号、商标朝下，定位标志位于左边，则应从左上角第1只引脚开始，按顺时针方向，依次为①、②、③、④……。另外，也有个别型号的集成电路引脚，在其对应位置上有缺角（即无此输出脚），对这种型号的集成电路，其引脚编号顺序不受影响。第一章电子元器件双列直插式集成电路对于某些软封装类的集成电路，其引脚直接与印刷电路相结合。对于四列扁平封装的微处理器集成电路。第一章电子元器件半导体集成电路型号命名中国半导体集成电路型号命名方法由国家标准《半导体集成电路型号命名方法》（GB3430-89）规定。该标准于1990年4月1日开始实施，取代了原国家标准（GB3430-82）和四机部标准（SJ611-77）。第一章电子元器件半导体集成电路型号命名根据国家标准规定，集成电路由五部分组成第0部分：用字母C表示器件符合国家标准第一部分：用字母表示器件类型，第二部分：用阿拉伯数字和字符表示器件的系列和品种代号第三部分：用字母表示器件的工作温度范围，第四部分：用字母表示器件封装形式，第一章电子元器件各类集成电路的性能比较TTL集成电路，TTL集成电路的全名称是晶体管—晶体管逻辑集成电路。它由NPN或PNP型晶体管组成。第一章电子元器件各类集成电路的性能比较TTL集成电路具有结构简单、开关速度快、抗干扰能力强、负载能力强及功耗适中等优点，应用较广泛。第一章电子元器件各类集成电路的性能比较CMOS集成电路，CMOS集成电路于1968发展成商品化产品。CMOS集成电路是互补对称金属氧化物半导体,其基本逻辑单元由增强型PMOS晶体管和增强型NMOS晶体管按互补对称形式连接而成，静态功耗很小。第一章电子元器件CMOS集成电路的特点（1）微功耗，CMOS集成电路的静态功耗极小，如电源电压VDD=5V时的静态功耗，各种门电路品种小于2.5~5μW，缓冲器和触发器类小于5~20μW，中规模集成电路小于25~100μW。（2）工作电压范围宽，国产CMOS集成电路按工作电压范围分为两个系列，即3~18V的CC4000系列和7~15V的C000系列。（3）抗干扰能力强，抗干扰能力又称为噪声容限。当CMOS电路工作电压提高到10V时，其噪声容限在数字逻辑电路中是最高的。第一章电子元器件CMOS集成电路的特点（4）输出逻辑摆幅大，CMOS电路输出逻辑摆幅近似为电源电压。（5）输入阻抗高，CMOS电路的输入阻抗大于108Ω，一般为1010Ω。（6）扇出能力强，扇出能力是用电路输出端所能带动的输入端数目来表示的，CMOS电路的输入和输出阻抗相差很大，其扇出能力大于50。（7）输入电容小，CMOS电路的输入电容不大于5pF。第一章电子元器件ECL集成电路ECL集成电路为发射极耦合逻辑集成电路，是一种非饱和型数字逻辑电路。它是各种逻辑电