Year of introduction 1971 1972 1974 1978 1982 1985
1989 1993 1997 1999 2000
Transistors
1,180,000 3,100,000 7,500,000 24,000,000 42,000,000
2,250 2,500 5,000 29,000 120,000 275,000
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集成电路发展的特点：
➢ 特征尺寸越来越小（45nm） ➢ 硅圆片尺寸越来越大（8inch~12inch） ➢ 芯片集成度越来越大（>2000K） ➢ 时钟速度越来越高（ >500MHz） ➢ 电源电压/单位功耗越来越低（0.6V） ➢ 布线层数/I/0引脚越来越多（9层/>1200）
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❖Intel 公司最新一代CPU—Pentium® 4
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电路规模：4千2百万个晶体管
生产工艺：0.13um
最快速度：2.4GHz
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❖集成电路今后的发展趋势
➢ 在发展微细加工技术的基础上，开发超高速度、 超高集 成度的IC芯片。
➢ 利用先进工艺技术、设计技术、封装技术和测试技术发 展各种专用集成电路(ASIC)， 特别是开发更为复杂的片 上系统(SOC)，不断缩短产品上市时限，产品更新换代 的时间越来越短。
• --集成度，规模: 包含的MOS管数目或等效逻辑门(2输入的NAND) 的数量
1个2输入的NAND=4个MOS管
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• --特征尺寸：
集成电路器件中最细线条的宽度，对MOS器件常指栅极所决定 的沟导几何长度，是一条工艺线中能加工的最小尺寸。 反映了集成电路版图图形的精细程度，特征尺寸的减少主要取决 于光刻技术的改进（光刻最小特征尺寸与曝光所用波长）。
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一个圆片制造多个芯片
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MPW示意图
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1.1 集成电路的发展
❖ 集成电路的出现
➢ 1947-1948年：公布了世界上第一支（点接触）晶体三极管— 标志电子管时代向晶体管时代过渡。因此1956年美国贝尔实验 室三人获诺贝尔奖
03.11.2el 公司第一代CPU—4004
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电路规模：2300个晶体管 生产工艺：10um 最快速度：108KHz
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❖Intel 公司CPU—386TM
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电路规模：275,000个晶体管 生产工艺：1.5um 最快速度：33MHz
➢ 1950年：成功制出结型晶体管 ➢ 1952年：英国皇家雷达研究所第一次提出“集成电路”的设想 ➢ 1958年：美国德克萨斯仪器公司制造出世界上第一块集成电路
（双极型-1959年公布） ➢ 1960年：制造成功MOS集成电路
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集成电路的发展
• 从此IC经历了：
• SSI -Small Scale Integration • MSI-Medium Scale Integration • LSI -Large Scale Integration
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集成电路
Integrated Circuit ，缩写IC IC是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管 等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件，按照一 定的电路互连，“集成”在一块半导体晶片（如硅或 砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系 统功能的一种器件。
• 现已进入到：
• VLSI-Very Large Scale Integration • ULSI-Ultra Large Scale Integration • GSI -Grand Sale Integration
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集成电路的发展
表1 CMOS工艺特征尺寸发展进程
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❖ 集成电路单片集成度和最小特征尺寸的发展曲线
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❖ IC在各个发展阶段的主要特征数据
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❖Intel 公司CPU芯片集成度的发展
Intel’s CPU 4004 8008 8080 8086 286 386™ processor 486™ DX processor Pentium® processor Pentium II processor Pentium III processor Pentium 4 processor
《集成电路设计概述》
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目的
• 认识集成电路的发展历史、现状和未来 • 了解集成电路设计工艺 • 熟悉集成电路设计工具 • 培养集成电路设计兴趣
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主要内容
1.1 集成电路的发展 1.2 集成电路的分类 1.3 集成电路设计步骤 1.4 集成电路设计方法 1.5 电子设计自动化技术概论 1.6 九天系统综述
• --硅园片直径：考虑到集成电路的流片成品率和生 产成本，每个硅园片上的管芯数保持在300个左右。
• --封装：
把IC管芯放入管壳内并加以密封，使管芯能长期可靠地工作 为了适应高密度安装的要求，从扦孔形式（THP）向表面安装形 式（SMP）发展， SMP优点是节省空间、改进性能和降低成本， 而且它还可以直接将管芯安装在印制版电路板的两面，使电路板 的费用降低60%。目前最多端口已超过1千个。
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摩尔定律
一个有关集成电路发展趋势的著名预言，该预言 直至今日依然准确。
集成电路自发明四十年以来，集成电路芯片的集成度每三年
翻两番 ，而加工特征尺寸缩小 倍。2
即由Intel公司创始人之一Gordon E. Moore博士1965年 总结的规律，被称为摩尔定律。
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集成电路芯片显微照片
集成电路芯片键合
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各种封装好的集成电路
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集成电路IC基本概念 • --形状:
一般为正方形或矩形
• --面积: 几平方毫米到几百平方毫米。面积增大引起功耗增 大、封装困难、成品率下降，成本提高，可通过增 大硅园片直径来弥补。