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1、集成电路设计与MPW投片介绍集成电路设计与MPW投片介绍一、目的二、内容与选题三、要求四、预期成果一、目的 培养学生的工程设计意识,启发学生的创新思想 使学生全面了解集成电路设计、制造、封装、测试的完整芯片制成技术。 提高综合运用微电子技术知识的能力和实践能力。 指导学生如何利用现代的EDA工具设计集成电路。 掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的设计，创造实验条件，归纳、整理、分析设计结果，撰写论文，参与学术交流的能力。 重要性IT业最最核心的核心技术 计算机 网络 通信 微电子技术及芯片设计与制造技术 IC设计单位共200多家，IC设计从业人员仅3000
2、 多人 2010年中国IC产业对IC设计工程师的需求量将 达到35万人 IC人才要求 多样性 设计、掩模、芯片制造、封装、测试、材料、设备 复合性 IC电路与系统知识的复合、制造中工艺与设备的复合 、工艺中的物理与化学的复合 代层性 由于IC产品数年就要更新换代一次，而且每更新一次产 品，都有新的、特殊的技术（工艺及设计）产生 创造性 目前mpw开展的情况台湾地区每年 几千项 学校 企业国内 清华大学 mos集成电路设计与实践 通过鉴定申报国家级教学成果奖杭州电子科技大学东南大学 1、集成电路芯片设计概论 2、 MPW介绍 3、选题二、设计内容与选题集成电路芯片当今人类智慧结晶的最好载体，其强
3、大无比的 功能产生于： 重要的材料特性 重大的理论发现 奇特的结构构思 巧妙的技术发明 孜孜不倦的工艺实验集成电路设计者就是这一系列理论和技术的集 成者 芯片设计要求1、功能正确,并在一次流片后就年达到设计要求.2、电学性能经过全面优化,特别在速度和功耗方面3、芯片面积尽可能小,以降低制造成本4、可靠高,在工艺制造允许的容差范围内仍能正常工作5、在制造过程中和完成后能全面和快速地进行测试 时效性 无误性 可测性 接口微电子学研究内容器件物理 电路与系统设计 现代制造技术强化实践性教学环节：包括计算机上机训 练、生产实习、课程设计、毕业设计等。 进行MPW工程流片。 微电子器件物理基础双极器件和
4、mos器件为主线器件物理研究（包括小尺寸效应）器件结构、工作原理以及设计方法 新型微电子器件与特种微电子器件太阳能电池集成电路与系统设计 设计方法、电路结构、 CAD模拟仿真 MOS电路与系统主流技术低压、低功耗和多功能集成 双极电路与系统高速、驱动能力强BICMOS技术 模拟集成电路信息化的关键技术SOC 必不可少结构多样性-设计者的智慧与工艺密不可分赶超国外模拟集成电路设计考虑现代集成电路设计与制造技术流程 包括版图设计、工艺设计以及测试分析等各个环 节 全面提高分析解决工程技术问题的能力 设计芯片检测单晶、外 延材料掩膜版芯片制造 过程封装测试系统需求设计人才必备知识系统设计知识电路设计
5、知识常用工具知识1、集成电路系统设计PDPPDP电源系统举例电源系统举例PDP电源系统概况关键模块功能分析功率芯片和功率器件要求PDP控制电源功能 PDP电源是进行AC-DC,DC-DC输出多组直流电压的大功率开关电源，其调节范围宽，电压高，纹波小，噪声低； 提供控制板、接口板等部件的5V、9V、12V电压和32V音频电压； 向PDP驱动电路提供维持电压和扫描电压； 采用了PFC技术，使得电源能在输入电压90265V，5060Hz的宽范围内正常工作，而且功率因数能达到95以上； 具有过压、过流保护功能，并有严格的工作时序；PDP电源板（TCL）布局EMI 滤波器市电输入控制 芯片PFC功率因
6、数校正电路PWM控制 电路耦合隔离高压VA、VS 输出待机电源、低压5V、9V、12V、32V输出功能框图220V ACEMI滤波器PFC功率因 数校正电路PFC VCC 检测交流 检测PWM控制DCDCPWM控制DCDC 同步整流 高压ZVS驱动待机 电源PWM控制DCDC供板上芯 片VCCVDD控制芯片VS195V逻辑电压：5 、9、12VVA65V音频电压：32V待机电压： 5.1V光 耦 器 件隔离RB2RB4RD1 RD0RA4、5、6RA3RA2RA7 RC0RB3主 控 板RB0RD3RC1RD25VOKACOK RLY VSON工作时序主要技术指标功能模块分析 功能模块分析1。
7、EMI滤波器2。PFC功率因数校正3。VS、VA电源4。5.1V待机电源5。5V-32V工作电源6。主控芯片1）EMI滤波器电路图AC220V输入之后，滤除电网中的电磁干扰， 包括共模干扰与串扰。2）PFC的应用电路PFC芯片根据前馈与反馈 波形，产生PWM调制信 号，控制开关管的通断， 以达到输入电流跟随输入 电压，改善功率因数。开关管栅极受PWM信号控 制，利用管子的通断对电感 冲放电，调整输入电流。PWM驱 动控制功率管寻址电压Va采样反馈变压器整流滤波PFC模块寻址电压VA工作流程图相同点：都将PFC输出DC电压通过逆变和滤波电路分别得到VS和VA，再由采样反馈控制PWM驱动来稳定VS
8、和VA输出； 不同点：VS的逆变模块是由PWM驱动芯片KA7553 输出给UC3715产生ZVS的互补驱动信号，再通过高压浮动栅驱动芯片IR2113实现零电压软开关，以控制功率MOS；VA的逆变由PWM芯片KA7552直接控制功率MOS开关。PWM驱 动控制互补驱动维持电压VS栅驱动整流滤波采样反馈PFC模块维持电压VS工作流程图功率管变压器3）VS、VA模块分析4）5.1V待机电路待机电源工作流程图KA5M0380是采用电流模式的PWM控制开关电源芯片 ，内部封装了一个工艺要求比较高的功率开关管 。该芯片被广泛用于在数码产品的电源系统。变 压 器 T1AC 220V整流滤波5.1V-STBY
9、PWMKA5M0380R采样反馈5）5V32V工作电压PFC 整流滤波软启动PWM KA7552稳压器变 压 器 T25VSC 9VSC 12VSC 24V/32V采样反馈微处理器532V电压（逻辑、音频）工作流程 图5-32V电压产生原理和VA差不多，只是变压器副线 圈采用多个稳压器来实现不同电压的输出。6）主控芯片 起控制作用，和整个电视机的总控电路通讯，安排电 源板上各个电源建立的时序并进行监控。 现在分析出如下功能：RA2：监控VS； RA3：监控VA； RA4：监控5V； RA5：监控12V； RA6：监控9V； RA7：监控32V； RB2：监控供给PFC芯片的VCC； RB3：监
10、控供给PWM芯片的VCC； RB0：交流检测RD0：控制PFC芯片的使能端； RD1：控制VS、VA产生电路中的PWM芯片KA7553和KA7552； RB4：控制低压直流产生电路中的PWM芯片KA7552； RA1：悬空；RD2：向总控电路输出ACOK； RC1：向总控电路输出5VOK； RD3：接收总控电路的VSON； RC0：接收总控电路的RLY； Xout、Xin：外接晶振； VSS：接地； RESET：接复位电路； VDD：电源，接待机电源；RA0：控制LED1； RB1：控制LED2；主要功率芯片与功率MOS管功能模块芯片与MOS管参数与功能PFC 电路UC3854(TI)75V2
11、75V范围内功率因数校正26N50Q（IXYS）500V、26A、300W、0.2功率MOS管高压VA、VS 产生电路KA7553(F)18V1.5A开关电源控制器；占空比70KA7552 (F)18V1.5A开关电源控制器；占空比46UC3715 (TI)3V2A同步整流和ZVS的驱动控制IR2113 (IR)600V2A高压浮置栅驱动 ，实现ZVS32N50Q（IXYS）500V、32A、416W、0.16功率MOS管K2564(SHINDENGEN)600V、8A、50W、1.5功率MOS管低压5.1V待机 电源、逻辑 电压产 生电 路KA5M0380R (F)800V3A PWM控制内
12、部功率开关管K2674(SHINDENGEN)900V、7A、100W、0.9功率MOS管78系列稳压芯片32V、24V、12V、9V、5V稳定电压关键技术难点 EMI技术（电磁干扰滤波） PFC技术（功率因子校正） PWM技术（脉宽调制） ZVS与高压驱动技术（零电压转换） 电源时序控制技术 过压过流保护技术系统工作原理进一步分析与定量计算（电路参数选取）智能控制分析时序定量分析PFC定量分析与计算A、S定量分析与计算关键波形与关键点测试与模拟仿真、集成电路设计 设计工具的选择? 决定设计的效率； 产品工艺选择?成本、工艺、封装、设计方法、划分指标 等； 电路性能提高与成本的选择 实践周期越
13、长，经验积累越多，解决问题 的能力越强 设计方法集成电路制作在只有几百微米厚的原形硅片上 ，每个硅片可以容纳数百甚至成千上万个管芯。集 成电路中的晶体管和连线视其复杂程度可以由许多 层构成，目前最复杂的工艺大约由6层位于硅片内部 的扩散层或离子注入层，以及6层位于硅片表面的连 线层组成。就设计方法而言，设计集成电路的方法可以分 为全定制、半定制和可编程IC设计三种方式。 全定制设计要考虑工艺条件，根据电路的复杂和难 度决定器件工艺类型、布线层数、材料参数、工艺方法 、极限参数、成品率等因素。 需要经验和技巧，掌握各种设计规则和方法,一般 由专业微电子IC设计人员完成； 常规设计可以借鉴以往的设
14、计，部分器件需要根 据电特性单独设计； 布局、布线、排版组合等均需要反覆斟酌调整， 按最佳尺寸、最合理布局、最短连线、最便捷引脚等设 计原则设计版图。 版图设计与工艺相关，要充分了解工艺规范，根 据工艺参数和工艺要求合理设计版图和工艺。 全定制设计要求开关电源举例：cmos opampBlock diagram of a general, two- stage op ampDesign of CMOS Op Amps Steps: 1.) Choosing or creating the basic structure of the op amp. 2.) Selection of the d
15、c currents and transistor sizes. Most of the effort of design is in this category. Simulators are used to aid the designer in this phase. The general performance of the circuit should be known a priori. 3.) Physical implementation of the design. Layout of the transistors Floorplanning the connections, pin-outs, power supply buses and grounds Extraction of the physical parasitics and resimulation Verification that the layout is a physical representation of the circuit. 4.) Fabrication 5.) Measurement Verification of the specificationsBoundary Conditi
