时间：2023-11-06 09:58:00
序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇集成电路的可靠性范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。
中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）15-247-01
一、课程目标设计
《铁路行车组织》是一门实践性、技术性较强的课程，分三个学期完成。其中第一学期共包括 “铁路行车工作认识”、“调车工作”、“行车闭塞法”三部分。主要能力是熟练记忆列车车次、掌握排风摘管、观速观距、中间站调车作业计划编制的基本方法和技能、能够正确填写路票。
1、能力教学目标：（1）通过列车车次的学习，训练学生根据列车车次，判断列车种类、等级的能力；（2）通过中间站调车作业计划编制，训练学生的综合分析和解决问题能力；（3）通过排风摘管、观速观距等基本技能的学习，训练学生实践动手能力；（4）通过课堂提问、课堂讨论、课后作业、综合模拟训练等教学环节培养学生的语言表达、团结协作等能力，提高学生严谨务实、吃苦耐劳等综合素质。
2、知识教学目标：（1）熟练掌握车站及列车的等级划分、列车车次特点；（2）掌握牵出线调车及驼峰调车的作业方法；（3）熟练掌握排风摘管、观速观距等调车作业基本技能；（4）熟练掌握中间站调车作业计划的编制方法。（5）掌握行车闭塞法的行车凭证。
3、素质教育目标：（1）具有热爱所学专业、爱岗敬业的精神和较强的安全意识；（2）具有胜任调车工作的良好业务素质和健康的身心；（3）具有良好的沟通能力和团队协作精神。
二、课程内容设计
课程教学的内容可以概括为车站、列车的定义及分类，列车车次的特点，牵出线调车及驼峰调车的作业方法，中间站调车作业计划的编制方法，行车闭塞法，教学总学时为68学时。
三、教学方法设计
本课程在教学过程中，根据课程内容和学生特点，灵活运用模块式教学、任务驱动、情境教学、小组讨论、启发引导等教学方法，引导学生积极思考、乐于实践，提高教、学效果。
1、模块式教学
我们将《铁路行车组织》（第一学期）课程的知识点进行整合，将教材中使用的3个章节整合成为3个教学模块，在教学中根据不同的教学模块确定教学内容，根据不同教学内容灵活采用不同教学方法。
2、任务驱动教学
工学任务决定课程改革的成败。任务驱动法主张课堂以学生小组为中心，以问题或任务驱动形成师生互动、生生合作的探究式学习氛围。要按工作过程与职业能力设计切实可行的工作任务，任务选取突出可操作性，以分总式由简单到复杂带动课程学习。例如，课程要求学生会编制中间站调车作业计划，为了使学生对中间站调车作业计划有一个感性的认识，我们在教学时选取一个中间站的实际情况，让学生自己去思考、探索怎么解决，解决的办法当然就是要用到调车作业计划。由具体任务引入知识点，学生学习目的明确，兴趣较高。
3、注重实践教学，培养学生实际应用能力
在教学中应运用案例教学、模拟演练、校内外实训基地训练等教学方式培养学生实践能力，倡导和组织学生结合课程内容参加社会实践活动和实习，提高学生的职业判断能力和实践动手能力。
四、第一节课设计概要
1、导入新课（20分钟）：（1）自我介绍：教师进行自我介绍，增进与学生的相互了解，拉近与学生的距离。（2）《铁路行车组织》课程介绍，告知学生本门课程的整体结构、本学期需要完成哪些、考核方式及能力训练项目，让学生对本门课程形成整体印象。（3）学生进行分组（每组6-7人），假设每小组是一个车站，选组长（小组成员轮任制），为每个车站指定站名。（4）展示上届学生的成果（如：实训成果和期末考试情况等），使学生对本门课程有较全面和深入的认识。（5）交代该门课程所要达到的能力目标、知识目标和素质目标。
2、讲授新课（60分钟）：（1）交通（铁路）运输业产品
提出问题：知道什么是产品吗？说说服装厂的产品是什么？钢铁厂的产品是什么？那么想想交通（铁路）运输业产品的是什么。从学生的回答引出问题：交通（铁路）运输业产品
（2）铁路运输的特点
用具体实例，提出问题，让学生思考，引入知识目标：铁路运输与其他四种运输方式相比，有哪些特点？用自己的话说说。通过具体的数据、案例进行讲解，多与学生沟通，及时了解他们的理解情况。
（3）铁路运输生产过程铁路是怎样生产产品的？是通过什么方式来实现的。分客运和货运两个方面进行讲授。
（4）铁路运输生产管理办法这部分内容的讲解，应注意与实际情况结合，简要介绍即可。
3、总结（5分钟）：通过课堂提问和内容提要的形式小结本次课的主要内容。强调教学重点和难点。
Abstract: the reliability of the semiconductor integrated circuit design is in the whole process of product development, prevention, strengthen the system of management thoughts as the instruction, from line design, layout design, process design, package structure design, evaluation test design, material selection, software design, and adopts various effective measures, and strive to eliminate or control semiconductor integrated circuit under specified conditions and within the time required, all kinds of possible failure mode, thus in the performance, cost, time (research, production cycle) factors on the basis of comprehensive balance, and realize the semiconductor integrated circuit products the reliability indexes provisions.
Keywords: semiconductor design reliability
中图分类号： O471 文献标识码：A文章编号：
1. 可靠性设计应遵循的基本原则
（1）必须将产品的可靠性要求转化成明确的、定量化的可靠性指标。
（2）必须将可靠性设计贯穿于产品设计的各个方面和全过程。
（3）从国情出发尽可能地采用当今国内外成熟的新技术、新结构、新工艺。
（4）设计所选用的线路、版图、封装结构，应在满足预定可靠性指标的情况下尽量简化，避免复杂结构带来的可靠性问题。
（5）可靠性设计实施过程必须与可靠性管理紧密结合。
2. 可靠性设计的基本依据
（1）合同书、研制任务书或技术协议书。
（2）产品考核所遵从的技术标准。
（3）产品在全寿命周期内将遇到的应力条件（环境应力和工作应力）。
（4）产品的失效模式分布，其中主要的和关键的失效模式及其机理分析。
（5）定量化的可靠性设计指标。
（6）生产（研制）线的生产条件、工艺能力、质量保证能力。
3. 设计前的准备工作
（1）将用户对产品的可靠性要求，在综合平衡可靠性、性能、费用和研制（生产）周期等因素的基础上，转化为明确的、定量化的可靠性设计指标。
（2）对国内外相似的产品进行调研，了解其生产研制水平、可靠性水平（包括产品的主要失效模式、失效机理、已采取的技术措施、已达到的质量等级和失效率等）以及该产品的技术发展方向。
(3) 对现有生产（研制）线的生产水平、工艺能力、质量保证能力进行调研，可通过通用和特定的评价电路，所遵从的认证标准或统计工艺控制（SPC）技术，获得在线的定量化数据。
4. 可靠性设计程序
（1）分析、确定可靠性设计指标，并对该指标的必要性和科学性等进行论证。
（2）制定可靠性设计方案。设计方案应包括对国内外同类产品（相似产品）的可靠性分析、可靠性目标与要求、基础材料选择、关键部件与关键技术分析、应控制的主要失效模式以及应采取的可靠性设计措施、可靠性设计结果的预计和可靠性评价试验设计等。
（3）可靠性设计方案论证（可与产品总体方案论证同时进行）。
（4）设计方案的实施与评估，主要包括线路、版图、工艺、封装结构、评价电路等的可靠性设计以及对设计结果的评估。
（5）样品试制及可靠性评价试验。
（6）样品制造阶段的可靠性设计评审。
（7）通过试验与失效分析来改进设计，并进行“设计－试验－分析－改进”循环，实现产品的可靠性增长，直到达到预期的可靠性指标。
（8）最终可靠性设计评审。
（9）设计定型。设计定型时，不仅产品性能应满足合同要求，可靠性指标是否满足合同要求也应作为设计定型的必要条件。
5. 集成电路可靠性设计的基本内容
（1）线路可靠性设计。
线路可靠性设计是在完成功能设计的同时，着重考虑所设计的集成电路对环境的适应性和功能的稳定性。半导体集成电路的线路可靠性设计是根据电路可能存在的主要失效模式，尽可能在线路设计阶段对原功能设计的集成电路网络进行修改、补充、完善，以提高其可靠性。如半导体芯片本身对温度有一定的敏感性，而晶体管在线路达到不同位置所受的应力也各不相同，对应力的敏感程度也有所不同。因此，在进行可靠性设计时，必须对线路中的元器件进行应力强度分析和灵敏度分析（一般可通过SPICE和有关模拟软件来完成），有针对性地调整其中心值，并对其性能参数值的容差范围进行优化设计，以保证在规定的工作环境条件下，半导体集成电路整体的输出功能参数稳定在规定的数值范围，处于正常的工作状态。
线路可靠性设计的一般原则是：1）线路设计应在满足性能要求的前提下尽量简化；2）尽量运用标准元器件，选用元器件的种类尽可能减少，使用的元器件应留有一定的余量，避免满负荷工作；3）在同样的参数指标下，尽量降低电流密度和功耗，减少电热效应的影响；4）对于可能出现的瞬态过电应力，应采取必要的保护措施。如在有关端口采用箝位二极管进行瞬态电压保护，采用串联限流电阻限制瞬态脉冲过电流值。
（2）版图可靠性设计。
版图可靠性设计是按照设计好的版图结构由平面图转化成全部芯片工艺完成后的三维图像，根据工艺流程按照不同结构的晶体管（双极型或MOS型等）可能出现的主要失效模式来审查版图结构的合理性。如电迁移失效与各部位的电流密度有关，一般规定有极限值，应根据版图考察金属连线的总长度，要经过多少爬坡，预计工艺的误差范围，计算出金属涂层最薄位置的电流密度值以及出现电迁移的概率。此外，根据工作频率在超高频情况下平行线之间的影响以及对性能参数的保证程度，考虑有无出现纵向或横向寄生晶体管构成潜在通路的可能性。对于功率集成电路中发热量较大的晶体管和单元，应尽量分散安排，并尽可能远离对温度敏感的电路单元。
（3）工艺可靠性设计。
为了使版图能准确无误地转移到半导体芯片上并实现其规定的功能，工艺设计非常关键。一般可通过工艺模拟软件（如SUPREM等）来预测出工艺流程完成后实现功能的情况，在工艺生产过程中的可靠性设计主要应考虑：1）原工艺设计对工艺误差、工艺控制能力是否给予足够的考虑（裕度设计），有无监测、监控措施（利用PCM测试图形）；2）各类原材料纯度的保证程度；3）工艺环境洁净度的保证程度；4）特定的保证工艺，如钝化工艺、钝化层的保证，从材料、工艺到介质层质量（结构致密度、表面介面性质、与衬底的介面应力等）的保证。
（4）封装结构可靠性设计。
封装质量直接影响到半导体集成电路的可靠性。封装结构可靠性设计应着重考虑：1）键合的可靠性，包括键合连接线、键合焊点的牢固程度，特别是经过高温老化后性能变脆对键合拉力的影响；2）芯片在管壳底座上的粘合强度，特别是工作温度升高后，对芯片的剪切力有无影响。3）管壳密封后气密性的保证；4）封装气体质量与管壳内水汽含量，有无有害气体存在腔内；5）功率半导体集成电路管壳的散热情况；6）管壳外管脚的锈蚀及易焊性问题。
（5）可靠性评价电路设计。
为了验证可靠性设计的效果或能尽快提取对工艺生产线、工艺能力有效的工艺参数，必须通过相应的微电子测试结构和测试技术来采集。所以，评价电路的设计也应是半导体集成电路可靠性设计的主要内容。一般有以下三种评价电路：1) 工艺评价用电路设计。主要针对工艺过程中误差范围的测定，一般采用方块电阻、接触电阻构成的微电子测试结构来测试线宽、膜厚、工艺误差等。2) 可靠性参数提取用评估电路设计。针对双极性和CMOS电路的主要失效模式与机理，借助一些单管、电阻、电容，尽可能全面地研究出一些能评价其主要失效机理的评估电路。3) 宏单元评估电路设计。针对双极型和CMOS型电路主要失效模式与机理的特点，设计一些能代表复杂电路中基本宏单元和关键单元电路的微电子测试结构，以便通过工艺流程研究其失效的规律性。
6. 可靠性设计技术
计算机硬件的发展如下：
计算机的逻辑元件采用电子管，主存储器采用汞延迟线、磁鼓、磁芯，外存储器采用磁带，软主要采用机器语言、汇编语言，应用以科学计算为主，其特点是体积大、耗电大、可靠性差，奠定了以后计算机技术的基础。晶体管的发明推动了计算机的发展，逻辑元件采用了晶体管，计算机的体积缩小，耗电减少，可靠性提高，性能比第一代计算机有很大的提高。计算机的逻辑元件采用小、中规模集成电路计算机的体积更小型化、耗电量更少、可靠性更高，性能比第十代计算机又有了很大的提高。计算机的逻辑元件和主存储器都采用了大规模集成电路，大规模集成电路是在单片硅片上集成一千晶体管的集成电路，其集成度比中、小规模的集成电路提高了一至两个数量级。计算机发展到了微型化、耗电极少、可靠性很高的阶段，大规模集成电路使军事工业、空间技术得到发展。
（来源：文章屋网 ）
在现代化的军用雷达与电子设备之中军用微电子技术属于非常重要的技术之一，是现代军事信息作战的基础。在军用微电子工业当中，集成电路属于最具活跃的产品。在美国非常重视开发与应用军用集成电路。美国相关的国防部门早在十几年前曾提出^超高速集成电路与微波单片集成电路的发展规划。只要真正的实现这两者的发展计划对于军用雷达与武器装备未来的发展有着巨大的影响，对打赢未来信息战争发挥举足轻重作用。
一、超高速集成电路与微波单片集成电路的特点
1、超高速集成电路的特点。在未来的信息作战当中，电磁信号的环境十分汇集而且复杂，军用雷达与电子情报系统需要面对一百至二百万脉冲美妙的信号方面的强度，处理信号的系统极有可能需要执行几十亿条指令。面对极其复杂的信息作战环境，然而目前一般的集成电路处理信号系统的效率很难满足相关的需求。要想真正的处理好这方面的问题，美军便加大力度促进超高速集成电路发展。
2、微波单片集成电路的特点。微波单片集成电路将超大规模集成电路、超高速集成电路以及超高性能集成电路使用至数字电路中的微波电路，它属于集成电路处于微波电路中主要的发展。微波单片集成电路将诸多晶体管、电阻、电容等管线集中至一个芯片上，制成许多功率放大器、低噪声放大器、移相器等。仅有很少的微波单片集成电路芯片组合起来就能组成一个收发构件，用来代替很多元件。
二、超高速集成电路与微波单片集成电路的发展现状
1、超高速集成电路的发展现状。美国国防部门早在很多年前年对超高速集成电路的发展就已经开展实施以硅为主要材料发展计划，之后又转化成将硅和砷化稼作为主要材料并举的超高速集成电路发展计划，为了促使军用电子系统发展的快速进程。此计划主要是为了促进民用半导体商家的发展所难以解决的军用信号需要的元器件工艺，就是为了满足军用信号处理、抗辐射、故障容限等能力的有关需求所提出的。这个计划的的总提目标就是为了研制出功能先进、价格合理、高质量的超高速集成电路芯片，确保处理信号速率、功耗减少、可靠性、维护性合理提高的终点目标，并且使目前具备处理数据的速度必须提升一级。其实际的目标是为了使芯片的微加工线宽达到标准的规格，各项功能要比同样种类民用的产品高出百倍，将其的可靠性提升十倍。按照制定的范围超高速集成电路应当于1990年完成计划，共投资量达到十亿美元，通过集中开发了来实现亚微米特有的尺寸要求的技术。
2、60年代中期才得到逐渐的发展，70年代，砷化镓材料制造工艺的逐步成熟，对于微波单片集成电路的发展形成了很大影响。因为砷化镓材料的电子迁移率比硅高出7倍，且半绝缘砷化镓的电阻率的高度达到108，因此砷化镓属于最合理的微波传输介质材料，非常适合用在单片微波单片集成电路的衬底。正是因为砷化镓技术的普遍推广，促进了工业界集团朝向微波单片集成电路的方向发展。
三、超高速集成电路与微波单片集成电路在信息作战领域的应用
1、超高速集成电路在雷达和军用电子设备中的应用。超高速集成电路应用至军事雷达与电子装备系统中有效的提高了的在战场上获取情报、侦查情报、分析目标、处理数据等方面的能力；在很大幅度上，有效的提高了雷达、电子设备、武器系统在复杂的环境当中，以最快的速率反应能力与应变能力，实现了信息作战武器系统的高速、高效和精准性。
2、微波单片集成电路在军用雷达中的应用。与普通使用的陆基雷达相比较之下，微波单片集成电路器件与之同样的雷达在相同条件下所耗费的性能提高十倍。相控阵雷达的真正优势在于产生的微波功率的与传输效率较高，发射机的功能消耗等于使用功率管的三分之一，同时接收机的灵活度也提高了2倍。另一方面的优势在于可靠性较强，在此过程中，就算其中有百分之五的构件失灵。雷达系统依然能保证供应更好更多功能工作性能。微波单片集成电路 T/R组件极具紧凑、可靠性高、重量轻、成本低等结构方面的优势。
结束语：综上所述，超高速集成电路能够有效的提高处理信号与处理数据的能力，还能增强信号方面的接收、传输、发射能力的微波单片集成电路电路能实现构建出新一代全新的军用微电子系统，这种系统在军事信息作战领域特别是雷达和电子设备中拥有良好的应用前景。在下一代中的军用雷达关键特征在于它器件方面的模块化与集成化，而超高速集成电路与微波单片集成电路属于提高军用雷达器件集成化、模块化过程中最重要手段之一。
参 考 文 献
以集成电路为核心的微电子技术，在军事通信、军事指挥、军事侦察、电子干扰和反干扰、无人机、军用飞机、导弹，雷达、自动化武器系统等方面得到广泛应用，覆盖了军事信息领域的方方面面。因此，现代信息化战争又被称为“芯片之战”。出于国防装备的需要，世界军事强国不仅重视通用微电子技术发展，也十分重视专用微电子技术的发展。这是因为专用微电子产品不仅在国防装备中应用广泛，而且对国防装备的作战效能起着关键作用。美国提出，在其防务的技术优势中，集成电路是最重要的因素。20世纪80年代美国就将集成电路列为战略性产业。决定航空电子系统成本和技术的关键和核心，是以航空关键集成电路和元器件为核心的航空微电子技术和产品。
当前微电子科学技术一个重要的发展方向，就是由集成电路（IC）向集成系统（IS）转变，并由此产生了微系统。微系统有两重含义：一是将电子信息系统集成到硅芯片上，即信息系统的芯片集成——片上系统或System on-a-Chip（SoC）。另一含义就是微电子机械系统（MEMS）和微光机电系统。
SoC将一个基于PCB上实现的系统功能尽可能的转化为基于功能、性能高度集成的基于硅的系统级芯片实现。因此，SoC尽可能多的集成系统的功能，可以减小系统体积重量，提高系统的性能，提高系统的可靠性，并能降低系统的制造成本。
MCM（Multi-Chip Module）是利用先进的微组装技术将多个（2个或以上)集成电路管芯及其他微型元器件组装在单一封装外壳内，形成具有一定部件或系统功能的高密度微电子组件。基于MCM基础上发展起来的系统级封装SIP（System in Package），是将整个应用系统中所有的电路管芯和其他微型元器件组装在单一封装外壳内的技术。MCM/SIP技术的开发应用将是突破传统封装固有瓶颈的一种有效途径，实现信息技术的发展对集成电路的封装密度、处理速度、体积、重量及可靠性等方面提出新的应用要求。
上世纪90年代，美国NASA为实现太空飞船小型和微型化提出先进飞行计算机计划（AFC），将MCM 作为在微电子领域保持领先地位的重要技术加以发展，并确定其为2010年前重点发展的十大军民两用高新技术之一。 日本一直以来都是MCM 技术的推崇者，他们建立的MCM技术协会进一步促进多芯片组件的发展与应用。
虽然SoC可以集成多种功能IP，但多工艺混合的IP难以采用SoC在单一硅片上实现, 因此虽然SoC发展迅速，但并不能取代MCM/SIP技术，一定程度上来讲，MCM/SIP技术是对SoC实现小型化的重要补充。因此，SoC/MCM（SIP）技术固有的技术优点，是航空电子系统低功耗、高性能、高可靠、超小型化的发展的永恒追求，也是航空电子系统发展迫切需要的核心技术之一。
航空微电子产业的国内外现状
航空电子系统所用关键集成电路与元器件的基本上可以分为四大类别：通用高端芯片、航空专用集成电路、机载任务子系统专用处理芯片、航空核心元器件。
1、通用高端芯片，主要是指处理类、存储类、电源类、A/D、D/A、OP等类别的集成电路。高端通用芯片决定航空电子系统的整体性能，是航空系统中不可缺少的一类重要器件。由于武器装备发展的需求超前于我国集成电路的研制和国产化，各项主战装备进入设计定型时，国内出现无“芯”可用的状况，导致定型装备的高端通用芯片基本依赖于进口，在重点型号中几款用量大的CPU芯片大都要依靠进口，只有少数是国产化的CPU芯片，而且性能都比较低。
2、航空专用集成电路，主要包是指总线网络及相关标准协议，以及使用MCM、SIP设计的模块。航空专用集成电路一般分为两种：第一种是满足航空标准、协议和规范的专用电路，如支持ARINC429协议、1553B协议、光纤通道FC-AE协议等的电路，它决定了航空电子系统的体系结构。这类芯片主要是总线协议处理类芯片，是航空电子系统的“中枢神经”，遍布飞机的各个部件和角落。第二种是满足飞机应用环境要求的专用集成电路。这类芯片是面向航空电子系统的应用需求特点开发的芯片。欧美新一代飞机研制中，广泛使用了SoC/MCM(SIP)技术手段，实现低功耗、高性能、高可靠性、超小型化的最终目标。为了达到F-22等新一代飞机综合核心处理机（ICP）对“性能/体积”方面的要求，美国“宝石台”计划中定义了多达12种MCM。
现在，集成电路产业中的微电子封装测试已与集成电路设计和集成电路制造一起成为密不可分又相对独立的三大产业。而往往设计制造出的同一块集成电路芯片却采用各种不同的封装形式和结构。今后的微电子封装又将如何发展呢？根据集成电路的发展及电子整机和系统所要求的高性能、多功能、高频、高速化、小型化、薄型化、轻型化、便携化及低成本等，必然要求微电子封装提出如下要求：
(1)具有的I/O数更多；(2)具有更好的电性能和热性能；(3)更小、更轻、更薄，封装密度更高；(4)更便于安装、使用、返修；(5)可靠性更高；(6)性能价格比更高；
2未来微电子技术发展趋势
具体来说，在已有先进封装如QFP、BGA、CSP和MCM等基础上，微电子封装将会出现如下几种趋势：
DCA（芯片直接安装技术）将成为未来微电子封装的主流形式
DCA是基板上芯片直接安装技术，其互联方法有WB、TAB和FCB技术三种，DCA与互联方法结合，就构成板上芯片技术（COB）。
当前，在DCA技术中，WB仍是主流，但其比重正逐渐下降，而FCB技术正迅速上升。因为它具有以下优越性：
（1）DCA特别是FC（倒装芯片）是“封装”家族中最小的封装，实际上是近于无封装的芯片。
（2）统的WB只能利用芯片周围的焊区，随着I/O数的增加，WB引脚节距必然缩小，从而给工艺实施带来困难，不但影响产量，也影响WB质量及电性能。因此，高I/O数的器件不得不采用面阵凸点排列的FC。
（3）通常的封装（如SOP、QFP）从芯片、WB、引线框架到基板，共有三个界面和一个互联层。而FC只有芯片一个基板一个界面和一个互联层，从而引起失效的焊点大为减少，所以FCB的组件可靠性更高。
（4）FC的“引脚”实际上就是凸点的高度，要比WB短得多，因此FC的电感非常低，尤其适合在射频移动电话，特别是频率高达2GHz以上的无线通信产品中应用。
（5）由于FC可直接在圆片上加工完成“封装”，并直接FCB到基板上，这就省去了粘片材料、焊丝、引线框架及包封材料，从而降低成本，所以FC最终将是成本最低的封装。
（6）FC及FCB后可以在芯片背面直接加装散热片，因此可以提高芯片的散热性能，从而FC很适合功率IC芯片应用。
通过以上对DCA及FCB优越性的分析，可以看出DCA特别是FCB技术将成为未来微电子封装的主流形式应是顺理成章的事。
2.2三维（3D）封装技术将成为实现电子整机系统功能的有效途径
三维封装技术是国际上近几年正在发展着的电子封装技术，它又称为立体微电子封装技术。3D已成为实现电子整机系统功能的有效途径。
各类SMD的日益微型化，引线的细线宽和窄间距化，实质上是为实现xy平面（2D）上微电子组装的高密度化；而3D则是在2D的基础上，进一步向z方向，即向空间发展的微电子组装高密度化。实现3D，不但使电子产品的组装密度更高，也使其功能更多，传输速度更高、相对功耗更低、性能更好，而可靠性也更高等。
与常规的微电子封装技术相比，3D可使电子产品的尺寸和重量缩小十倍。实现3D，可以大大提高IC芯片安装在基板上的Si效率（即芯片面积与所占基板面积之比）。对于2D多芯片组件情况，Si效率在20%—90%之间，而3D的多芯片组件的Si效率可达100%以上。由于3D的体密度很高，上、下各层间往往采取垂直互联，故总的引线长度要比2D大为缩短，因而使信号的传输延迟线也大为减小。况且，由于总的引线长度的缩短，与此相关的寄生电容和寄生电感也大为减小，能量损耗也相应减少，这都有利于信号的高速传输，并改善其高频性能。此外，实现3D，还有利于降低噪声，改善电子系统性能。还由于3D紧密坚固的连接，有利于可靠性的提高。
3D也有热密度较大、设计及工艺实施较复杂的不利因素，但随着3D技术日益成熟，这些不利因素是可以克服的。
总之，微电子封装技术的发展方向就是小型化、高密度、多功能和低成本。
参考文献
[1]微电子封装技术[M].中国电子学会生产技术学分会丛书编委会.中国科学技术大学出版社.
IC芯片是将大量的微电子元器件（晶体管、电阻、电容等）形成的集成电路放在一块塑基上，做成一块芯片。而今几乎所有看到的芯片，都可以叫做IC芯片。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。
集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为 杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。
（来源：文章屋网 ）
中国分类号：TP302.7 文献标识码：A 文章编号：1002-2422(2010)02-0057-04
1 电子元器件的正确选择
(1)对电子元器件的选择的原则之一，电子元器件的技术性能、质量、使用条件等在满足产品要求情况下；要优先选用经实践证明质量稳定、可靠性高的标准元器件，应最大限度的压缩元器件的品种、规格，生产厂。
(2)对电子元器件的选择的原则之二，根据电子元器件质量等级与质量系数选用，国军标GJB／Z299B《电子设备可靠性预计手册》列出了各类电子元器件。根据不同级别的标准和质量认证所对应的可靠性质量等级及质量系数，质量系数越大表示器件的失效率越高，可靠性水平越低。美国的各类电子元器件的质量等级和质量系数可以查阅美国军用手册MIL-HDBK-217F《电子设备可靠性预计》。
(3)对电子元器件的选择的原则之三，采用元器件计数法预计装置的平均故障间隔时间，通过对使用不同质量等级的元器件的装置的MTBF进行比较，分析对可靠性影响的大小，最后，正确选择电子元器件。
2 元器件的正确使用
(1)简化设计。
①多个通道共用一个电路或器件。
②在逻辑电路的设计中，简化设计的重点应该放在减少逻辑器件的数目，其次是减少门电路或输入端的数目。
③多采用标准化、系列化的元器件，少采用特殊的或未经定型元器件。
④能用软件完成的功能，不要用硬件实现。
⑤能用数字电路实现的功能，不要用模拟电路完成。
⑥在保证实现规定功能指标的前提下，多采用集成电路，少采用分立器件，多采用较大规模的集成电路，少采用较小规模的集成电路。提高集成度可以减少元器件之间的连线、接点以及封装的数目，而这些连接点的可靠性常常是造成电路失效的主要原因。
(2)低功耗设计。可以从两方面着手，一尽量采用低功耗器件，如在满足工作速度的情况下，尽量采用CMOS电路。而不用TTL电路：二在完成规定功能的前提下，尽量简化逻辑电路，并更多的让软件来完成硬件的功能，以减少整机硬件的数量。
(3)保护电路设计。在电路设计中，根据具体情况设计必要的保护电路。如在电路的信号输入端设计静电保护电路，在电源输入端设计浪涌干扰抑制电路，在高频高速电路中加入噪声抑制或吸收网络。具体保护电路的形式根据具体情况考虑。
(4)电路的重点设计。常常有这样的情况，某个元器件的参数退化严重，但对电路性能的影响甚微；而另一个元器件稍有变化，就对电路性能产生显著影响。这是因为一个元器件对于电路可靠性的影响不仅取决于该元器件自身的质量，而且取决于该元器件在电路中关键作用。因此，在电路设计中应对电路性能影响显著的关键元器件或子电路。进行重点设计。
(5)基于元器件的稳定参数和典型特性进行设计。对于那些由于工艺离散性以及随时间、温度和其它环境应力而变化的不太稳定的性能参数，设计时应给予更为宽容的限制。对于那些不确定的无法控制的性能参数，设计时不宜采纳，有典型应用电路时，应尽可能使用。
(6)块设计。在系统分割时，应注意电路功能和结构的均衡性，这样对提高装置可靠性有利。这主要体现在两个方面：一是每块电路的功能应相对完整，尽量减少各个电路之间的联接，以削弱互连对电路可靠性的影响；二是各个电路所含元器件的数量不要过于集中带来的不可靠因素，同时也方便了装配工艺设计。
(7)冗余设计和降额设计。冗余设计也称余度设计，是在系统或设备中的关键电路部位，设计一种以上的功能通道，当一个功能通道发生故障时，可用另一个通道代替，从而可使局部故障不影响整个装置的正常工作。对采用那种冗余方式(主动冗余，备用冗余，功能冗余)也要考虑。
(8)常用集成电路的应用设计规则。在电路设计时，除了以上所述的通用设计原则之外，还要根据所用器件的具体情况，采用不同的设计规则。下面给出用几种常用集成电路进行电路设计时应该遵循的一些规则。
TIL电路应用设计规则：
①电源，稳定性应保持在±5％之内；纹波系数应小于5％：电源初级应有射频旁路。
②去耦，每使用8块TTL电路就应当用一个0.01-0.1uF的射频电容器对电源电压进行去耦。去耦电容的位置应尽可能地靠近集成电路，二者之间的距离应在15cm之内。每块印制电路板也应用一只容量更大些的低电感电容器对电源进行去耦。
③输入信号。输入信号的脉冲宽度应长于传播延迟时间，以免出现反射噪声。
④要求逻辑“0”输出的器件，其不使用的输入端应将其接地或与同一门电路的在用输端相连。
⑤要求逻辑“1”输出的器件，其不使用的输入端应连接到一个大于2.7V的电压上。为不增加传输延迟时间和噪声敏感度，所接电压不要超过该电路的电压最大额定值5.5V。
⑥不使用的器件，其所有的输入端都应按照使功耗最低的方法连接。
⑦在使用低功耗肖特基TTL电路时，应保证其输入端不出现负电压，以免电流流入输入箝位二极管。
⑧时钟脉冲的上升时间和下降时间应尽可能的短，以便提高电路的抗干扰能力。
⑨通常时钟脉冲处于高态时，触发器的数据不应改变。
⑩扩展器应尽可能地靠近被扩展的门，扩展器的节点上不能有容性负载。
(11)在长信号线的接收端应接一个500－1k的上拉电阻，以便增加噪声容限和缩短上升时间。
(12)集电极开路器件的输出负载应连接到小于等于最大额定值的电压上，所有其它器件的输出负载应连接到VCC上。
(13)长信号线应该由专门为其设计的电路驱动，如线驱动器、缓冲器等。
(14)从线驱动器到接收电路的信号回路线应是连续的，应采用特性阻抗约为100的同轴线或双扭线。
(15)某些TTL电路具有集电极开路输出端，允许将几个电路的开集电极输出端连接在一起，以实现“线与”功能。但应在该输出端加一个上拉电阻，以便提供足够的驱动信号和提高抗干扰能力，上拉电阻的阻值应根据该电路的出力来确定。
CMOS电路应用设计规则：
①电源，稳定性应保持在5％之内：纹波系数应小于5％；电源初级应有射频旁路。
②如果CMOS电路自身和其输入信号源使用不同的电源，则开机时应首先接通CMOS电源，然后接通信号源，关机时应该首先关闭信号源，然后关闭CMOS电源。
③输入信号，输入信号电压的幅度应限制在CMOS电路电源电压范围之内，以免引发闩锁；多余的输入端在任何情况下都不得悬空，应适当的连接到CMOS电路的电压正端或负端上。
④当CMOS电路由TTL电路驱动时，应该在CMOS电 路的输入端与VCC之间连一个上拉电阻。
⑤在非稳态和单稳态多谐振荡器等应用中，允许CMOS电路有一定的输入电流(通过保护二极管)，但应在其输入加接一只串联电阻，将输入电流限制在微安级的水平上。
⑥输出信号和输出电压幅度应限制在CMOS电路电源电压范围之内，以免引发闩锁。
⑦长信号线应该由专门为其设计的电路驱动，如线驱动器、缓冲器等。
⑧应避免在CMOS电流的输出端接大于500pF的电容负载。
⑨CMOS电路的扇出应根据其输出容性负载量来确定。
⑩并联应用，除三态输出门外，有源上拉门不得并联连接。只有一种情况例外，即并联门的所有输入端均并联在一起，而且这些门电路封装在同一外壳内。
3 可靠性预计
为了验证可靠性设计的效果，根据系统可靠性的要求，电路设计完成后，可对关键电路的失效率进行预计，预计所依据的模型和方法见国军标GJB299《电子设备可靠性预计手册》。
4 正确布线
4，1正确布线之一电磁兼容性设计
(1)采用正确的布线之策略。具体做法是印制板的一面横向布线，另一面纵向布线，然后在交叉孔处用金属化孔相连。为了抑制印制板导线之间的串扰，在设计布线时应尽量避免长距离的平等走线，尽可能拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不交叉。在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线，可以有效地抑制串扰。
(2)选择合理的导线宽度。印制导线的电感量与其长度成正比，与其宽度成反比，因而短而精的导线对抑制干扰是有利的。时钟引线、行驱动器或总线驱动器的信号线常常载有大的瞬变电流，印制导线要尽可能地短。对于分立元件电路，印制导线宽度在1.5mm左右时，即可完全满足要求：对于集成电路，印制导线宽度可在0.2－1.0mm之间选择。
(3)为了抑制高频信号通过印制导线时产生的电磁辐射，在印制电路板布线时，还应注意以下几点：
①尽量减少印制导线的不连续性，禁止环状走线等。
②时钟信号引线最容易产生电磁辐射干扰，走线时应与地线回路相靠近，不要在长距离内与信号线并行。
⑧总线驱动器应紧挨其欲驱动的总线。对于那些离开印制电路板的引线，驱动器应紧挨着连接器。
④数据总线的布线应每两根信号线之间夹一根信号地线。最好是紧挨着最不重要的地址引线放置地回路，因为后者常载有高频电流。
⑤在印制板布置高速、中速和低速逻辑电路时，应注意器件排列方式。
(4)抑制反射干扰
为了抑制出现在印制线条终端的反射干扰，除了特殊需要之外，应尽可能缩短印制线的长度和采用慢速电路。必要时可加终端匹配，即在传输线的末端对地和电源端各加接一个相同阻值的匹配电阻。
4，2正确布线之二去耦电容配置
(1)电源输入端跨接一个10-100uF的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。
(2)为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器。如遇到印制电路板空间小而装不下时，可每4－10个芯片配置一个1-10uF钽电解电容器，这种器件的高频阻抗特别小，在500kHz-20MHz范围内阻抗小于1，而且漏电流很小。
(3)对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件，应在芯片的电源线和地线间直接接入去耦电容。
(4)去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。
4，3正确布线之三接地设计
(1)正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1-10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。
(2)将数字电路与模拟电路分开。电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。
(3)尽量加粗接地线。若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。因此应将接地线尽量加粗，应能通过三倍于印制电路板的允许电流。
(4)将接地线构成闭环路。印制电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。
4，4正确布线之四热设计
(1)对于采用自由对流空气冷却方式的设备，最好是将集成电路按纵长方式排列，对于采用强制空气冷却的设备，则应按横长方式配置。
(2)同一块印制板上的元器件应尽可能按其发热量大小及耐热程度分区排列，发热量小或耐热性差的元器件放在冷却气流的最上游，发热量大或耐热性好的元器件放在冷却气流的最下游。
(3)在水平方向上，大功率器件尽量靠近印制板边沿布置，以便缩短传热途径；在垂直方向上，大功率器件尽量靠近印制板上方布置，以便减少这些器件工作时对其它元器件温度的影响。
(4)温度敏感器件最好安置在温度最低的区域，千万不要将它放在发热元器件的正上方，多个器件最好是在水平面上交错布局。
5 机体的设计
(1)对于用于电磁屏蔽的机箱材料的电导率、磁通率越高，屏蔽效果越好。
(2)材料的选用还受到强度、重量、散热性、工艺性等因素的制约。当屏蔽效果不太好时，可考虑对其进行表面处理。在屏蔽机体设计时，应使机体有足够的厚度以增大磁路横切面积，增加屏蔽效果；同时在垂直于磁通方向不能开口，以免增大磁阻。
(3)机体要良好接地。机体接地有二个重要作用：一是接地能使屏蔽具有较好效果，二是消除静电影响。
6 环境条件强制
静电。集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于锗（Ge）的集成电路）和罗伯特-诺伊思（基于硅（Si）的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。
集成电路是20世纪50年代后期到60年展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术，主要体现在加工设备，加工工艺，封装测试，批量生产及设计创新的能力上。
（来源：文章屋网 ）
1.引言
封装技术是一种将集成电路用塑料、陶瓷或玻璃等材料包装的技术。以CPU为例，我们实际看到的体积和外观并不是真正的内存的大小和面貌，而是内存芯片经过封装后的产品。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路进行腐蚀造成电气性能下降。此外，封装后的芯片更便于安装和运输。封装技术的好坏还直接影响到芯片性能的好坏和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造，所以说它是至关重要的。
由于现在处理器芯片的内频越来越高，功能越来越强，引脚数越来越多，封装的外形也不断在改变。电子产品向便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展的市场需求对封装技术提出了更加严格的需求，集成电路封装技术正在不断的发展。
2.IC封装的现状
2.1 现阶段较广泛应用的集成电路封装
2.1.1 DIP双列直插式封装
DIP封装是最普及的插装型封装，适用于中小规模集成电路(IC)，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装具有以下特点：
①适合在PCB上穿孔安装，操作方便；②比TO型封装易于对PCB布线；③芯片面积与封装面积之间的比值比较大，故体积也比较大。
Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。
2.1.2 PLCC塑料有引脚片式载体封装
PLCC封装属于表面贴装型封装。PLCC是一种塑料有引脚的片式载体封装，引脚从封装的四个侧面引出，呈丁字形，采用片式载体是有时在系统中需要更换集成电路，因而先将芯片封装在一种载体(carrier)内，然后将载体插入插座内，载体和插座通过硬接触而导通的。这样在需要时，只要在插座上取下载体就可方便地更换另一载体。PLCC封装主要用于高速，高频集成电路封装。
2.1.3 QFP/PFP方形扁平式/扁组件式封装
QFP封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数常在100个以上。此形式封装的芯片必须采用SMT（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用SMT安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。引脚端子从封装的两个侧面引出，呈L字形，引脚可达300脚以上。
PFP方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。
QFP/PFP封装具有以下特点：
①适于SMT表面安装技术在PCB电路板上安装布线，操作方便，可靠性高；②芯片面积与封装面积之间的比值较小；③封装外形尺寸小，寄生参数小，适合高频应用；④引脚从直插式改为了欧翼型，引脚间距可更密，引脚宽度可更细。
Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板采用这种封装形式。
2.2 现阶段较先进的集成电路封装
2.2.1 BGA球栅阵列式封装
BGA一出现便成为CPU、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。BGA是表面贴装型封装的一种，在PCB的背面布置二维阵列的球形端子，而不采用针脚引脚。引脚可超过200，是多引脚大规模集成电路(LSI)常用的一种封装。BGA封装具有以下特点：
①I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP，故提高了组装成品率；②功耗虽增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，故可改善它的电热性能；③厚度比QFP减少约1/2，重量减轻约3/4；④信号传输延迟小，使用频率大大提高；⑤组装可用共面焊接，可靠性高；⑥占用基板面积过大。
2.2.2 CSP芯片尺寸封装
随着全球电子产品个性化、小型化和便携化的需求，出现了CSP芯片尺寸封装。它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍，IC面积只比晶粒大不超过1.4倍。CSP封装具有以下特点：
①近似芯片尺寸的超小型封装；②保护裸芯片；③满足了LSI芯片引出脚不断增加的需要；④电、热性能优良；⑤解决了IC裸芯片不能进行交流参数测试和老化筛选的问题；⑥便于焊接、安装和修整更换。
目前日本有多家公司生产CSP，而且正越来越多地应用于移动电话、数码录像机、笔记本电脑等产品上。从CSP近几年的发展趋势来看，CSP将取代QFP成为高I/O端子IC封装的主流。
2.2.3 MCM多芯片模块系统封装
为了解决单一芯片集成度低和功能不够完善的问题，把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多层互联基板上用SMT技术组成多种多样的电子模块系统，从而出现MCM多芯片模块系统。MCM的特点有：
①封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化；②缩小整机或组件封装尺寸和重量，通常体积减小约1/4，重量减轻约1/3；③可靠性大大提高。
目前MCM已经成功地用于大型通用计算机和超级巨型机中，今后将用于工作站、个人计算机、医用电子设备和汽车电子设备等领域。
3.国内外封装技术比较
我国的封装技术比较落后，目前仍然停留在PDIP、PSOP、PQFP、PLCC、PGA等较为低档产品的封装上。国外的封装早就已经规模化生产，在国内封装企业主要集中在长三角的合资或国外独资企业，没有一家企业位能独立进行批量生产，其根本原因是政府的政策不够完善，我们的观念、技术和管理与国外还存在很大差距。其具体原因有：
①封装技术研发环境欠佳，可操作性不够强；
②封装设备相对落后，材料性能的落后，而且质量不稳定；
③封装设备维护保养能力不足，缺少有经验的维修工程师，而且可靠性实验设备不齐全，测试手段不足；
④国内封装企业普遍规模较小，从事低端产品生产的居多，可持续发展能力不强，缺乏向高端产品封装技术发展的技术和资金；
⑤掌握封装技术专业人才相对短缺、缺少正规的培训人才的途径和手段；
⑥缺少团队精神，缺乏现代企业管理的机制和理念；
⑦政府的政策导向不够明确，现有机制不够灵活，产业结构没得到很好调整。
4.IC封装的发展趋势
在过去几十年里，为适应集成电路向小型化、高速化、高频化、大功率发展的需要，集成电路封装技术得到了不断的提高和改进，朝着小尺寸、多I/O、高密度、高可靠性、高散热能力、自动化组装的方向发展。
就芯片水平来看，二十一世纪的封装技术发展将呈现以下趋势：
①单芯片向多芯片发展。为了适应多功能化需要，多芯片封装成为发展潮流，采用两芯片重叠，三芯片重叠或多芯片叠装构成存储器模块等方式，以满足系统功能的需要。
②平面封装(MCM)向立体封装(3D)发展。伴随着芯片体积的增加导致封装出来的产品面积也会明显增加，在现有技术条件和有限的空间内，如何进一步提高晶体管的密度，必然在二维平面封装（MCM）的基础上向Z方向发展，即实现3D封装。3D封装可实现超大容量存储，不但使电子产品密度更高，也使其功能更多，传输速度更快，性能更好，可靠性更好，还有可能降低价格。
③为适应市场快速增长的以手机、笔记本电脑、平板显示等为代表的便携式电子产品的需求，IC封装正在向着微型化、薄型化、不对称化、低成本化方向发展。
④为了适应绿色环保的需要，IC封装正向无铅化、无溴阻燃化、无毒低毒化方向快速发展。
电子产品高性能、多功能、小型化、便携式的趋势，不但对集成电路的性能要求在不断提升，而且对电子封装密度有了更高的要求。随着时间的推移，封装会有越来越多的改进，性价比将得到进一步的提高，由于其灵活性和优异的性能，封装有着广泛的前景。我们应该加强封装技术的研究，把我国的封装技术水平进一步提高，为我国电子工业作出更大的贡献。
参考文献
[1]李枚.微电子封装技术的发展与展望[J].半导体杂志,2000,25(2):32-36．
