大规模集成电路篇（1）

1.双嵌入式铜互连工艺

随着芯片集成度的不断提高，铜已经取代铝成为超大规模集成电路制造中的主流互连技术。作为铝的替代物，铜导线可以降低互连阻抗，降低功耗和成本，提高芯片的集成度、器件密度和时钟频率。

由于对铜的刻蚀非常困难，因此铜互连采用双嵌入式工艺，又称双大马士革工艺(Dual Damascene)，如图1所示，1)首先沉积一层薄的氮化硅(Si3N4)作为扩散阻挡层和刻蚀终止层，2)接着在上面沉积一定厚度的氧化硅(SiO2)，3)然后光刻出微通孔(Via)，4)对通孔进行部分刻蚀，5)之后再光刻出沟槽(Trench)，6)继续刻蚀出完整的通孔和沟槽，7)接着是溅射(PVD)扩散阻挡层(TaN/Ta)和铜种籽层(Seed Layer)。Ta的作用是增强与Cu的黏附性，种籽层是作为电镀时的导电层，8)之后就是铜互连线的电镀工艺，9)最后是退火和化学机械抛光(CMP)，对铜镀层进行平坦化处理和清洗。

图1 铜互连双嵌入式工艺示意图

电镀是完成铜互连线的主要工艺。集成电路铜电镀工艺通常采用硫酸盐体系的电镀液，镀液由硫酸铜、硫酸和水组成，呈淡蓝色。当电源加在铜(阳极)和硅片(阴极)之间时，溶液中产生电流并形成电场。阳极的铜发生反应转化成铜离子和电子，同时阴极也发生反应，阴极附近的铜离子与电子结合形成镀在硅片表面的铜，铜离子在外加电场的作用下，由阳极向阴极定向移动并补充阴极附近的浓度损耗，如图2所示。电镀的主要目的是在硅片上沉积一层致密、无孔洞、无缝隙和其它缺陷、分布均匀的铜。

图2 集成电路电镀铜工艺示意图

2. 电镀铜工艺中有机添加剂的作用

由于铜电镀要求在厚度均匀的整个硅片镀层以及电流密度不均匀的微小局部区域(超填充区)能够同时传输差异很大的电流密度，再加上集成电路特征尺寸不断缩小，和沟槽深宽比增大，沟槽的填充效果和镀层质量很大程度上取决于电镀液的化学性能，有机添加剂是改善电镀液性能非常关键的因素，填充性能与添加剂的成份和浓度密切相关，关于添加剂的研究一直是电镀铜工艺的重点之一[1，2]。目前集成电路铜电镀的添加剂供应商有Enthone、Rohm&Haas等公司，其中Enthone公司的ViaForm系列添加剂目前应用较广泛。ViaForm系列包括三种有机添加剂:加速剂(Accelerator)、抑制剂(Suppressor)和平坦剂(Leverler)。当晶片被浸入电镀槽中时，添加剂立刻吸附在铜种籽层表面，如图3所示。沟槽内首先进行的是均匀性填充，填充反应动力学受抑制剂控制。接着，当加速剂达到临界浓度时，电镀开始从均匀性填充转变成由底部向上的填充。加速剂吸附在铜表面，降低电镀反应的电化学反应势，促进快速沉积反应。当沟槽填充过程完成后，表面吸附的平坦剂开始发挥作用，抑制铜的继续沉积，以减小表面的粗糙度。

加速剂通常是含有硫或及其官能团的有机物，例如聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)，或3-巯基丙烷磺酸(MPSA)。加速剂分子量较小，一般吸附在铜表面和沟槽底部，降低电镀反应的电化学电位和阴极极化，从而使该部位沉积速率加快，实现沟槽的超填充。

抑制剂包括聚乙二醇(PEG)、聚丙烯二醇和聚乙二醇的共聚物，一般是长链聚合物。抑制剂的平均相对分子质量一般大于1000，有效性与相对分子质量有关，扩散系数低，溶解度较小，抑制剂的含量通常远大于加速剂和平坦剂。抑制剂一般大量吸附在沟槽的开口处，抑制这部分的铜沉积，防止出现空洞。在和氯离子的共同作用下，抑制剂通过扩散-淀积在阴极表面上形成一层连续抑制电流的单层膜，通过阻碍铜离子扩散来抑制铜的继续沉积。氯离子的存在，可以增强铜表面抑制剂的吸附作用，这样抑制剂在界面处的浓度就不依赖于它们的质量传输速率和向表面扩散的速率。氯离子在电镀液中的含量虽然只有几十ppm，但对铜的超填充过程非常重要。如果氯浓度过低，会使抑制剂的作用减弱;若氯浓度过高，则会与加速剂在吸附上过度竞争。

平坦剂中一般含有氮原子，通常是含氮的高分子聚合物，粘度较大，因此会依赖质量运输，这样在深而窄的孔内与加速剂、抑制剂的吸附竞争中没有优势，但在平坦和突出的表面，质量传输更有效。沟槽填充完成后，加速剂并不停止工作，继续促进铜的沉积，但吸附了平坦剂的地方电流会受到明显抑制，可以抑制铜过度的沉积。平坦剂通过在较密的细线条上方抑制铜的过度沉积从而获得较好的平坦化效果，保证了较小尺寸的图形不会被提前填满，有效地降低了镀层表面起伏。

在铜电镀过程中，对填充过程产生影响的主要是加速剂、抑制剂和氯离子，填充过程完成后对镀层表面粗糙度产生影响的主要是平坦剂。铜电镀是有机添加剂共同作用的结果，它们之间彼此竞争又相互关联。为实现无空洞和无缺陷电镀，除了改进添加剂的单个性能外，还需要确定几种添加剂同时存在时各添加剂浓度的恰当值，使三者之间互相平衡，才能达到良好的综合性能，得到低电阻率、结构致密和表面粗糙度小的铜镀层。

尽管使用有机添加剂可实现深亚微米尺寸的铜电镀，但往往会有微量的添加剂被包埋在铜镀层中。对于镀层来说，这些杂质可能会提高电阻系数，并且使铜在退火时不太容易形成大金属颗粒。

图3 电镀铜表面添加剂作用示意图

A= Accelerator S= Suppressor

L= Leveler Cl= Chloride Ion

电镀过程中添加剂不断地被消耗，为了保证镀层的品质，需要随时监控添加剂的浓度。目前主要使用闭环的循环伏安剥离法(Cylic Voltammetric Stripping，CVS)来监测电镀液的有机添加剂含量。CVS测量仪器的主要供应商是美国ECI公司。CVS尽管硬件成本低，但它很难反映出几种添加剂组分浓度同时改变的准确情况，高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography，HPLC)分析技术有望能替代CVS。

3.脉冲电镀和化学镀

在铜互连中的应用

在目前的集成电路制造中，芯片的布线和互连几乎全部是采用直流电镀的方法获得铜镀层。但直流电镀只有电流/电压一个可变参数，而脉冲电镀则有电流/电压、脉宽、脉间三个主要可变参数，而且还可以改变脉冲信号的波形。相比之下，脉冲电镀对电镀过程有更强的控制能力。最近几年，关于脉冲电镀在集成电路铜互连线中的应用研究越来越受到重视[3，4]。

脉冲电镀铜所依据的电化学原理是利用脉冲张驰增加阴极的活化极化，降低阴极的浓差极化，从而改善镀层的物理化学性能。在直流电镀中，由于金属离子趋近阴极不断被沉积，因而不可避免地造成浓差极化。而脉冲电镀在电流导通时，接近阴极的金属离子被充分地沉积;当电流关断时，阴极周围的放电离子又重新恢复到初始浓度。这样阴极表面扩散层内的金属离子浓度就得到了及时补充，扩散层周期间隙式形成，从而减薄了扩散层的实际厚度。而且关断时间的存在不仅对阴极附近浓度恢复有好处，还会产生一些对沉积层有利的重结晶、吸脱附等现象。脉冲电镀的主要优点有:降低浓差极化，提高了阴极电流密度和电镀效率，减少氢脆和镀层孔隙;提高镀层纯度，改善镀层物理性能，获得致密的低电阻率金属沉积层。

除了电镀以外，还有一种无需外加电源的沉积方式，这就是化学镀。化学镀不同于电镀，它是利用氧化还原反应使金属离子被还原沉积在基板表面，其主要特点是不需要种籽层，能够在非导体表面沉积，具有设备简单、成本较低等优点。化学镀目前在集成电路铜互连技术中的应用主要有:沉积CoWP等扩散阻挡层和沉积铜种籽层。最近几年关于化学镀铜用于集成电路铜互连线以及沟槽填充的研究亦成为一大热点，有研究报道通过化学镀同样可以得到性能优良的铜镀层[5，6]。但是化学镀铜通常采用甲醛做为还原剂，存在环境污染的问题。

4.铜互连工艺发展趋势

使用原子层沉积(ALD ，Atomic Layer Deposition)技术沉积阻挡层和铜的无种籽层电镀是目前铜互连技术的研究热点[7]。

在当前的铜互连工艺中，扩散阻挡层和铜种籽层都是通过PVD工艺制作。但是当芯片的特征尺寸变为45nm或者更小时，扩散阻挡层和铜种籽层的等比例缩小将面临严重困难。首先，种子层必须足够薄，这样才可以避免在高纵宽比结构上沉积铜时出现顶部外悬结构，防止产生空洞;但是它又不能太薄。其次，扩散层如果减薄到一定厚度，将失去对铜扩散的有效阻挡能力。还有，相对于铜导线，阻挡层横截面积占整个导线横截面积的比例变得越来越大。但实际上只有铜才是真正的导体。例如，在65nm工艺时，铜导线的宽度和高度分别为90nm和150nm，两侧则分别为10nm。这意味着横截面为13，500 nm2的导线中实际上只有8，400 nm2用于导电，效率仅为62.2%[7]。

目前最有可能解决以上问题的方法是ALD和无种籽电镀。使用ALD技术能够在高深宽比结构薄膜沉积时具有100%台阶覆盖率，对沉积薄膜成份和厚度具有出色的控制能力，能获得纯度很高质量很好的薄膜。而且，有研究表明:与PVD阻挡层相比，ALD阻挡层可以降低导线电阻[7]。因此ALD技术很有望会取代PVD技术用于沉积阻挡层。不过ALD目前的缺点是硬件成本高，沉积速度慢，生产效率低。

此外，过渡金属-钌可以实现铜的无种籽电镀，在钌上电镀铜和普通的铜电镀工艺兼容。钌的电阻率(~7 μΩ-cm)，熔点(~2300℃)，即使900℃下也不与铜发生互熔。钌是贵金属，不容易被氧化，但即使被氧化了，生成的氧化钌也是导体。由于钌对铜有一定的阻挡作用，在一定程度上起到阻挡层的作用，因此钌不仅有可能取代扩散阻挡层常用的Ta/TaN两步工艺，而且还可能同时取代电镀种籽层，至少也可以达到减薄阻挡层厚度的目的。况且，使用ALD技术沉积的钌薄膜具有更高的质量和更低的电阻率。但无种籽层电镀同时也为铜电镀工艺带来新的挑战，钌和铜在结构上的差异，使得钌上电镀铜与铜电镀并不等同，在界面生长，沉积模式上还有许多待研究的问题。

5.结语

铜互连是目前超大规模集成电路中的主流互连技术，而电镀铜是铜互连中的关键工艺之一。有机添加剂是铜电镀工艺中的关键因素，各种有机添加剂相互协同作用但又彼此竞争，恰当的添加剂浓度能保证良好的电镀性能。在45nm或更小特征尺寸技术代下，为得到低电阻率、无孔洞和缺陷的致密铜镀层，ALD和无种籽电镀被认为是目前最有可能的解决办法。此外，研究开发性能更高的有机添加剂也是途径之一，而使用新的电镀方式(比如脉冲电镀)也可能提高铜镀层的质量。

参考文献

[1]Tantavichet N， Pritzker M.Effect of plating mode， thiourea and chloride on the morphology of copper deposits produced in acidic sulphate solutions [J]. Electrochimica Acta， 2005， 50: 1849-1861

[2]Mohan S， Raj V. The effect of additives on the pulsed electrodeposition of copper [J]. Transactions of the Institute of Metal Finishing， 2005， 83(4): 194-198

[3]Y. Lee， Y.-S. Jo， Y. Roh. Formation of nanometer-scale gaps between metallic electrodes using pulse/DC plating and photolithography [J]. Materials Science and Engineering C23 (2003): 833-839

[4]Song Tao， D Y Li.Tribological， mechanical and electrochemical properties of nanocrystalline copper deposits produced by pulse electrodeposition [J]. Nanotechnology 17 (2006) 65–78

[5]王增林，刘志鹃，姜洪艳等. 化学镀技术在超大规模集成电路互连线制造过程的应用 [J]. 电化学， Vol.12 No.2 May 2006 :125-133

大规模集成电路篇（2）

集成电路产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业,它不仅要求有很强的经济实力,还要求具有很深的文化底蕴。集成电路产业由集成电路设计、掩模、集成电路制造、封装、测试、支撑等环节组成。随着集成电路技术的提升、市场规模的扩大以及资金投入的大幅提高,专业化分工的优点日益体现出来,集成电路产业从最初的一体化IDM,逐渐发展成既有IDM,又有无集成电路制造线的集成电路设计(Fabless)、集成电路代工制造(Foundry)、封装测试、设备与材料支撑等专业公司。

国家始终把集成电路作为信息产业发展的核心。2000年国家18号文件(《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》)出台后,为我国集成电路产业的发展创造了良好的政策环境。2005年国家制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006-2020年)》安排了16个国家重大专项,其中两个涉及到集成电路行业,一个是“核心电子器件、高端通用集成电路及基础软件产品”,另外一个则是“集成电路成套工艺、重大设备与配套材料”,分列第一、二位。2008年国家出台的《电子信息产业调整与振兴规划》明确提出:加大鼓励集成电路产业发展政策实施力度,立足自主创新,突破关键技术,要加大投入,集中力量实施集成电路升级,着重建立自主可控的集成电路产业体系。

无锡是中国集成电路产业重镇,曾作为国家南方微电子工业基地,先后承担国家“六五”、“七五”和“九0八”工程。经过近20年的不断发展,无锡不仅积累了雄厚的集成电路产业基础,而且培育和引进了一批骨干企业,有力地推动了我国集成电路产业的发展。2000年,无锡成为国家科技部批准的7个国家集成电路设计产业化基地之一。2008年,无锡成为继上海之后第二个由国家发改委认定的国家微电子高新技术产业基地,进一步确立了无锡在中国集成电路产业中的优势地位,2009年8月7日,温总理访问无锡并确立无锡为中国物联网产业发展的核心城市,微电子工业作为物联网产业发展的基础电子支撑,又引来了新一轮的发展机遇。

发展集成电路产业是实现无锡新区产业结构调整、支撑经济可持续发展、引领经济腾飞、提升创新型城市地位、提高城市综合实力和竞争力的关键。无锡新区应当抓住从世界金融危机中回暖和建设“感知中国中心”的发展机遇,以优先发展集成电路设计业、重视和引进晶圆制造业、优化发展封测配套业、积极扶持支撑业为方向,加大对产业发展的引导和扶持,加快新区超大规模集成电路产业园的建设,加强高端人才的集聚和培育,实现无锡市委市政府提出的“把无锡打造成为中国真正的集成电路集聚区、世界集成电路的高地、打造‘中国IC设计第一区’和‘东方硅谷’品牌的愿景”,实现新区集成电路产业的跨越式发展。

2新区超大规模集成电路园

(2010年-2012年)行动计划

2.1 指导思想

全面贯彻落实科学发展观,坚持走新型工业化道路,紧跟信息产业发展的世界潮流,以积极扶持、引导现有存量企业为基础,以引进和孵化为手段,以重点项目为抓手,大力集聚高科技人才,加大政府推进力度,提高市场化运行程度,强攻设计业,壮大制造业,构建集成电路设计、制造、封装测试、系统应用、产业支撑于一体的完整IC产业链,建成“东方硅谷”。

2.2 发展目标

从2010年到2012年,无锡新区集成电路产业年均引进企业数15家以上,期内累计新增规范IC企业40家,期末产业链企业总数120家以上,产业规模年均增长25%以上,2012年目标400亿元,到2015年,全区集成电路产业规模达到800亿元,占全国比重达20%以上。年均引进和培养中、高级IC人才600名,期内累计新增2000名,期末专业技术高端人才存量达3000名。

2.3 主要任务

2.3.1 重点发展领域

按照“优先发展集成电路设计业,重点引进晶圆制造业,优化提升封装测试业,积极扶植支撑业”的基本思路,继续完善和落实产业政策,加强公共服务,提升自主创新能力,推进相关资源整合重组,促进产业链各环节的协调发展,形成无锡市集成电路产业最集中区域。

2.3.2 产业发展空间布局

集成电路产业是无锡新区区域优势产业,产业规模占据全市70%以上,按照“区域集中、产业集聚、发展集约”的原则,高标准规划和建设新区超大规模集成电路产业园,引导有实力的企业进入产业园区,由园区的骨干企业作龙头,带动和盘活区域产业,增强园区产业链上下游企业间的互动配合,不断补充、丰富、完善和加强产业链建设,形成具有竞争实力的产业集群,成为无锡新区集成电路产业发展的主体工程。

无锡新区超大规模集成电路产业园位于无锡新区,距离无锡硕放机场15公里,距无锡新区管委会约3公里。

超大规模集成电路产业园区总规划面积3平方公里,规划区域北起泰山路、西至锡仕路,东临312国道和沪宁高速公路,南至新二路。园区规划主体功能区包括制造业区设计孵化区、设计产业化总部经济区、设计产业化配套服务区等,占地共700亩,规划基础配套区包括建设园内干道网和开放式对外交通网络,同步配套与发展IC设计产业相关联的宽带网络中心、国际卫星中心、国际培训中心等,按照园内企业人群特点,规划高端生活商务区。

园区目前已有国内最大工艺最先进的集成电路制造企业海力士恒亿半导体,南侧有KEC等集成电路和元器件制造、封测企业。园区的目标是建成集科研教育区、企业技术产品贸易区、企业孵化区、规模企业独立研发区和生活服务区于一体的高标准、国际化的集成电路专业科技园区,作为承接以IC设计业为主体、封测、制造、系统方案及支撑业为配套的企业创新创业的主要载体。支持跨国企业全球研发中心、技术支持中心、产品系统方案及应用、上下游企业交流互动、规模企业独立研发配套设施、物流、仓储、产品营销网点、国际企业代表处等的建设,组建“类IDM”的一站式解决方案平台。

2.3.3 主要发展方向与任务

(1)集成电路设计业

集成电路设计是集成电路产业发展的龙头,是整个产业链中最具引领和带动作用的环节,处于集成电路价值链的顶端。国家对IC产业、特别是IC设计业发展的政策扶持为集成电路发展IC设计产业提供了良好的宏观政策环境。“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”与“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”列在16个重大专项的第一、二位,说明政府对集成电路产业的高度重视。这两个重大专项实施方案的通过,为IC设计企业提升研发创新能力、突破核心技术提供了发展机遇。新区集成电路产业的发展需要密切结合已有产业优势,顺应产业发展潮流,进一步促进集成电路产业的技术水平和整体规模,实现集成电路设计产业新一轮超常规的发展。

1)、结合现有优势,做大做强以消费类为主的模拟芯片产业。

无锡集成电路产业发展起步早,基础好,实力强。目前,无锡新区积聚了60余家集成电路设计企业,包括国有企业、研究机构、民营企业以及近几年引进的海归人士创业企业。代表性企业包括有:华润矽科、友达、力芯、芯朋、美新、海威、无锡中星微、硅动力、紫芯、圆芯、爱芯科、博创、华芯美等公司。产品以消费类电子为主,包括:DC/DC、ADC/DAC、LED驱动、射频芯片、智能电网芯片等,形成了以模拟电路为主的产品门类集聚,模拟IC产品的研发和生产,成为无锡地区IC设计领域的特色和优势,推动以模拟电路产品开发为基础的现有企业实现规模化发展,是新区集成电路产业做大做强的坚实基础。

2)结合高端调整战略,持续引进、培育系统设计企业。

无锡“530”计划吸引众多海外高端集成电路人才到无锡创业,已经成为无锡城市的一张“名片”,并在全球范围内造就了关注高科技、发展高科技的影响力。以海归人员为代表的创业企业相继研发成功通信、MEMS、多媒体SOC等一批高端产品,为无锡高端集成电路设计的战略调整,提供了坚实的人才基础和技术基础。随着海峡两岸关系的平缓与改善,中国台湾正在考虑放宽集成电路设计企业到大陆投资政策,新区要紧紧抓住这一机遇,加大对中国台湾集成电路设计企业的引进力度。新区拥有相对完善的基础配套设施、宜居的人文环境、浓厚的产业氛围、完备的公共技术平台和服务体系,将成高端集成电路人才创业的首选。

3)结合电子器件国产化战略,发展大功率、高电压半导体功率器件。

高效节能已经成为未来电子产品发展的一个重要方向,电源能耗标准已经在全球逐步实施,将来,很多国家将分别实施绿色电源标准,世界各国已对家电与消费电子产品的待机功耗与效率开始实施越来越严格的省电要求,高效节能保护环境已成为当今共识。提高效率与减小待机功耗已成为消费电子与家电产品电源的两个非常关键的指标。中国目前已经开始针对某些产品提出能效要求,此外,欧美发达国家对某些电子产品有直接的能效要求,如果中国想要出口,就必须满足其能效要求,这些提高能效的要求将会为功率器件市场提供更大的市场动力。功率器件包括功率IC 和功率分立器件,功率分立器件则主要包括功率MOSFET、大功率晶体管和IGBT 等半导体器件,功率器件几乎用于所有的电子制造业,除了保证设备的正常运行以外,功率器件还能起到有效的节能作用。由于制造工艺等因素的限制,形成相对较高的技术门槛,同时,新区企业拥有的深厚的模拟电路技术功底以及工艺开发制造能力,作为一种产业化周期相对较短的项目,现在越来越清晰的看到,模拟和功率器件是新区集成电路设计业的重点发展方向。

4)结合传感网示范基地建设,发展射频电子、无线通信、卫星电子、汽车电子、娱乐电子及未来数字家居电子产业。

“物联网”被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。专家预测10年内物联网就可能大规模普及,应用物联网技术的高科技市场将达到上万亿元的规模,遍及智能交通、环境保护、公共安全、工业监测、物流、医疗等各个领域。目前,物联网对于全世界而言都刚起步,各个国家都基本处于同一起跑线。温总理访问无锡并确立无锡为未来中国传感网产业发展的核心城市,将成为难得的战略机遇,新区集成电路产业应该紧紧围绕物联网产业发展的历史机遇,大力发展射频电子、MEMS传感技术、数字家居等,为传感网示范基地建设和物联网产业的发展,提供有效的基础电子支撑。

(2)集成电路制造业

重大项目,特别是高端芯片生产线项目建设是扩大产业规模、形成产业集群、带动就业、带动产业发展的重要手段。是新区集成电路产业壮大规模的主要支撑,新区要确保集成电路制造业在全国的领先地位,必须扶持和推进现有重点项目,积极引进高端技术和特色配套工艺生产线。

1)积极推进现有大型晶园制造业项目

制造业投资规模大,技术门槛高,整体带动性强,处于产业链的中游位置,是完善产业链的关键。新区集成电路制造业以我国的最大的晶圆制造企业无锡海力士-恒亿半导体为核心,推动12英寸生产线产能扩张,鼓励企业不断通过技术改造,提升技术水平,支持企业周边专业配套,完善其产业链。鼓励KEC等向集成器件制造(IDM)模式的企业发展,促进设计业、制造业的协调互动发展。积极推进落实中国电子科技集团公司第58所的8英寸工艺线建设,进一步重点引进晶圆制造业,确保集成电路制造业在国内的领先地位。

2)重视引进高端技术与特色工艺生产线

国际IC大厂纷纷剥离芯片制造线,甩掉运转晶圆制造线所带来的巨大成本压力,向更专注于IC设计的方向发展。特别是受国际金融危机引发的经济危机影响以来,这一趋势更为明显,纷纷向海外转移晶圆制造线,产业园将紧紧抓住机遇,加大招商引资力度。在重点发展12英寸、90纳米及以下技术生产线,兼顾8英寸芯片生产线的建设的同时,重视引进基于MEMS工艺、射频电路加工的特色工艺生产线,协助开发模拟、数模混合、SOI、GeSi等特色工艺产品,实现多层次、全方位的晶圆制造能力。

(3)集成电路辅助产业

1)优化提升封装测试业

无锡新区IC封装测试业以对外开放服务的经营模式为主,海力士封装项目、华润安盛、英飞凌、东芝半导体、强茂科技等封测企业增强了无锡新区封测环节的整体实力。近年来封测企业通过强化技术创新,在芯片级封装、层叠封装和微型化封装等方面取得突破,缩短了与国际先进水平的差距,成为国内集成电路封装测试的重要板块。

随着3G手机、数字电视、信息家电和通讯领域、交通领域、医疗保健领域的迅速发展,集成电路市场对高端集成电路产品的需求量不断增加,对QFP(LQFP、TQFP)和QFN等高脚数产品及FBP、MCM(MCP)、BGA、CSP、3D、SIP等中高档封装产品需求已呈较大的增长态势。无锡新区将根据IC产品产业化对高端封测的需求趋势,积极调整产品、产业结构,重点发展系统级封装(SIP)、芯片倒装焊(Flipchip)、球栅阵列封装(BGA)、芯片级封装(CSP)、多芯片组件(MCM)等先进封装测试技术水平和能力,提升产品技术档次,促进封测产业结构的调整和优化。

2)积极扶持支撑业

支撑与配套产业主要集中在小尺寸单晶硅棒、引线框架、塑封材料、工夹具、特种气体、超纯试剂等。我国在集成电路支撑业方面基础还相当薄弱。新区将根据企业需求,积极引进相关配套支撑企业,实现12英寸硅抛光片和8~12英寸硅外延片、锗硅外延片、SOI材料、宽禁带化合物半导体材料、光刻胶、化学试剂、特种气体、引线框架等关键材料的配套。以部分关键设备、材料为突破口,重视基础技术研究,加快产业化进程,提高支撑配套能力,形成上下游配套完善的集成电路产业链。

3保障措施

国家持续执行宏观调控政策、集成电路产业升温回暖以及国内IC需求市场持续扩大、国际IC产业持续转移和周期性发展是无锡新区集成电路产业发展未来面临的主要外部环境,要全面实现“规划”目标,就必须在落实保障措施上很下功夫。2010-2012年,新区集成电路产业将重点围绕载体保障、人才保障、政策保障,兴起新一轮环境建设和招商引智高潮,实现产业的转型升级和产业总量新的扩张,为实现中国“IC设计第一区”打下坚实的基础。

3.1 快速启动超大规模集成电路产业园载体建设

按照相关部门的部署和要求,各部门协调分工负责,前后联动,高起点规划,高标准建设。尽快确定园区规划、建设规划、资金筹措计划等。2010年首先启动10万平方米集成电路研发区载体建设,2011年,进一步加大开发力度,基本形成园区形象。

3.2 强力推进核“芯”战略专业招商引智工程

以国家集成电路设计园现有专业招商队伍为基础,进一步补充和完善具备语言、专业技术、国际商务、投融资顾问、科技管理等全方位能力的专门化招商队伍;区域重点突破硅谷、中国台湾、北京、上海、深圳等地专业产业招商,聚焦集成电路设计业、集成电路先进制造业、集成电路支撑(配套)业三个板块,引导以消费类为主导的芯片向高端系统级芯片转变,以创建中国“集成电路产业第一园区”的气魄,调动各方资源,强力推进产业招商工作。

3.3 与时俱进,不断更新和升级公共技术服务平台

进一步仔细研究现有企业对公共服务需求情况,在无锡IC基地原有EDA设计服务平台、FPGA创新验证平台、测试及可靠性检测服务平台、IP信息服务平台以及相关科技信息中介服务平台的基础上,拓展系统芯片设计支撑服务能力,搭建适用于系统应用解决方案开发的系统设计、PCB制作、IP模块验证、系统验证服务平台。为重点培育和发展的六大新兴产业之一的“物联网”产业的发展提供必要的有效的服务延伸。支持以专用芯片设计为主向系统级芯片和系统方案开发方向延伸,完善、调整和优化整体产业结构。支持集成电路芯片设计与MEMS传感器的集成技术,使传感器更加坚固耐用、寿命长、成本更加合理,最终使传感器件实现智能化。

3.4 内培外引,建设专业人才第一高地

加大人才引进力度。针对无锡新区集成电路产业发展实际需求,丰富中高级人才信息积累,每年高级人才信息积累达到500名以上。大力推进高校集成电路人才引导网络建设,与东南大学、西安电子科技大学、成都电子科技大学等国内相关院校开展合作,每年引进相关专业应届毕业生500人以上,其中研究生100人以上。及时研究了解国内集成电路产业发达地区IC人才结构、人才流动情况,实现信息共享,每年引进IC中高级人才200人以上。积极开展各类国际人才招聘活动,拓宽留学归国人员引进渠道,力争引进国际IC专家、留学归国人员100人以上。到2012年,无锡新区IC设计高级专业技术人才总数达到3000人。

建立健全教育培训体系。以东南大学的集成电路学院在无锡新区建立的高层次人才培养基地为重点,到2012年硕士及以上学历培养能力每年达到500人。支持江南大学、东南大学无锡分校扩大本科教育规模,加强无锡科技职业学院集成电路相关学科的办学实力,建立区内实践、实习基地,保障行业对各类专业技术人才的需求。与国际著名教育机构联合建立高层次的商学院和公共管理学院,面向企业中高层管理人员,加强商务人才和公共管理人才的培养。

3.5 加强制度创新,突出政策导向

近几年,新区管委会多次调整完善对IC设计创新创业的扶持力度(从科技18条到55条),对IC设计产业的发展起了很大的作用,根据世界IC产业发展新态势、新动向,结合新区IC产业现状及未来发展计划,在2009年新区科技55条及其它成功践行政策策略基础上,建议增加如下举措:

1、在投融资方面,成立新区以IC设计为主的专业投资公司,参考硅谷等地成熟理念和方法,通过引进和培养打造一支专业团队,管理新区已投资的IC设计公司,成立每年不少于5000万元的重组基金,在国家IC设计基地等配合下,通过资本手段,移接硅谷、新竹、筑波等世界最前沿IC设计产业化项目,推进新区IC设计公司改造升级,进军中国乃至世界前列。

2、政策扶持范围方面,从IC设计扩大到IC全产业链(掩模、制造、封装、测试等),包括设备或材料、配件供应商的办事处或技术服务中心等。

3、在提升产业链相关度方面,对IC设计企业在新区内配套企业加工(掩模、制造、封装、测试)的,其缴纳的增值税新区留成部分进行补贴。

大规模集成电路篇（3）

本书共有17 章，分成5个部分：第1部分 基础，含第1-2章：1.绪论；2.统计分析基础。第2部分 统计全芯片功率分析，含第3-7章：3.传统的统计漏功率分析方法；4.使用谱随机方法的随机漏功率分析；5.利用基于虚网格建模的线性统计漏泄分析；6.统计动态功率估算技术；7.统计总功率估算技术。第3部分 变化单片功率发送网络分析，含第8-10章：8.考虑到对数-正态漏电流变化的统计功率网格分析；9.利用随机广义克雷洛夫子空间方法的统计功率网格分析；10.利用变化子空间方法的统计功率网格分析。第4部分 统计互连建模与析取，含第11-13章：11.统计电容建模与析取；12.变化电容的增量析取；13.统计电感建模与析取。第5部分 统计模拟及输出分析和优化技术，含第14-17章：14.变化线性化模拟电路的性能限制分析；15.随机模拟失配分析；16.统计输出分析及优化；17.用于输出优化的电压分级技术。

本书可供微电子学专业的研究人员、研究生、工程师阅读借鉴。

胡光华，高级软件工程师

大规模集成电路篇（4）

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)01-0251-03

An Overview of Regularity Extraction Algorithms in Integrated Circuits

ZHANG Hou-jun, ZHOU Zhou

(Department of Computer Science and Technology, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Abstract: Data-path dominated integrated circuits always have a good amount of regularity in them. Regularity of integrated circuits has the merits for predigesting design, shortening the period of design, reducing the design cost, and improving the performance of the system. This paper is a literature review. It introduces the recent study of graph-theory based regularity extraction algorithms in summary. Meanwhile the solving idea and time-complexity of some classical algorithms, such as TREE and SPOG, are introduced. The advantages and disadvantages are analyzed too. Moreover, some important properties are summarized and compared. Last, this paper provides a referenced direction for the study of regularity extraction.

Key words: reconfigurable; regularity extraction; graph isomorphism; sub-graph extension; data-flow graph

1 概述

随着集成电路制造技术的进步和应用需求的增长，整个系统现在已经可以集成在单个芯片之中，片上系统(system on a chip，SoC)已成为集成电路系统设计的重要形式和热点研究内容。然而，当前集成电路设计能力不足已成为制约集成电路工业进一步发展的重要因素。因此必须尽快改进设计方法，不断提高设计能力[12]。

传统的设计方法中忽略了系统描述本身所包含的结构特性。在以数据处理为主的应用描述中往往具有高度的规律性，存在着大量的相似结构，利用其规律性可以实现规则的布图以提高芯片的性能及可制造性。因此，如果能够将基于模板的技术用在集成电路的设计当中，分析和提取电路中相似结构以实现规则性的布图，那么芯片在性能和集成度方面将会有大大改善。

电路模板技术是指将电路中重复出现的子电路抽象出来作为模板，它在电路性能的提高、电路的验证、设计重用、电路划分等领域以及处理高层次综合领域中的调度和分配问题都具有重要的作用[12]。因此对集成电路的规则性提取问题的研究在VLSI 自动化设计领域具有深远的意义。

此外，嵌入式多媒体应用程序的一个显著特点也是规则运算很多，运算时间复杂度很高，因此也迫切需要提高性能，降低功耗。

从输入数据流图(data-flow graph, DFG)中提取出图中频繁运用的子图集合或相似子图集合，通过后续模板覆盖、任务划分和调度阶段对原始DFG进行模板覆盖，将相似子程序调度到相同的PE阵列上去，这使得程序的调度更有效，最大可能地复用模块单元实现系统的功能，提高重用性，减少系统的面积。因此，基于模板的技术也是可重构系统任务编译器前端设计中一种较有效的方法。如果能在可重构系统的编译器当中使用模板技术，那么对系统的并行处理及逻辑优化等将会有很大帮助。

无论是对数据通路型集成电路还是对嵌入式多媒体应用程序进行规律性提取时，通常都是将电路的门级网表或者程序转化为对应的DFG表示。因此，本文主要讨论基于图论的模板提取。

2 问题定义

对于一个DFG，结点表示一个简单的操作（比如ADD，SUB等），有向边表示数据流的方向。设G(V，E)表示一个DFG，V为其顶点集，E为其边集，有如下定义。

定义1 若图SG(SV，SE) 满足SV∈V 及SE∈E，则称SG是G 子图[16]。

定义2 对于G(V，E)中的两个子图G1(V1，E1)，G2(V2，E2)，如果V1和V2之间存在一一对应的映射关系f：V1V2，对于vi，vj∈V1，∈E1当且仅当∈E2，并且与的重数相同，那么称G(V，E)的两个子图G1(V1，E1)，G2(V2，E2)是同构的[16]。

定义3 模板T就是DFG中频繁出现的子图结构，而与此模板结构相同的子图称为该模板的实例，这种子图的个数称为该模板的频数[13]。

定义4 若SG(SV，SE)是G(V，E)的一个子图，将SV记为有序的结点集，则SV的第一个结点称为SV或子图SG的起点[12]。

定义5 图G(V，E)的顶点平均度，记作

其中，deg(vi)为顶点vi的度，表示与vi相邻顶点的个数[11]。

3 现有模板提取算法分析

目前，国外有些学者提出了一些模板提取的算法，并取得了一定的研究成果，国内研究尚处于初级阶段。下面对一些典型的模板提取算法的思想作一下介绍。

3.1 模板提取算法

3.1.1 TREE和SPOG算法[8]

由Chowdhary等人提出的TREE算法能够提取出单输出和内部没有汇聚的模板。而且其通过两个假设（假设1：把图G的子图集S限制在只包括某些子图，这些子图满足不再是S中任一图的子图，且在S中其频数大于1。假设2：对于G中每一个有入边的结点v，假设其有f条入边，前驱结点分别为u1,u2…uf，每一条边都被赋予一个唯一的索引号，k[ui, v]=i, 1≤i≤f）将树形模板的数量减少到v(v-1)/2。算法的基本思想如下：

1）对G的所有结点进行拓扑排序v1,v2…vn。

2）对于任意两个编号的结点vi, vj(1≤i,j≤n)，生成以这两个结点为根的功能上相同的最大子图作为一个模板Sm。

3）判断模板库中是否存在于Sm功能上等价的模板。如果不存在，将Sm加入到模板库当中；否则，舍弃Sm。

SPOG算法则是在TREE算法基础上的扩展和改进，将生成的模板扩展到多输出模板。此时SPOG子图的数量可以被限制在v(v-1)。

TREE算法和SPOG算法是典型的模板提取算法，它能够提取出基于两个假设以及各自限制条件之内的所有模板，这对于后续的模板覆盖有很大的帮助，覆盖率较高。但同时此算法也有着很大的不足之处，都适用于分散图，且生成的模板限制在tree形或spog形，算法的复杂度也很高，为O(v5)，不适合实际工程的需要。

3.1.2 FAN算法[15]

潘伟涛等人提出的FAN算法通过边权值编码，先生成小规模模板，然后再逐级扩展生成较大规模模板，产生扇形频繁子电路。算法的基本思想如下：

1）统计电路中每种标准单元出现的频率。依据最小支持度确定为各标准单元作标记还是删除它，并计算所有顶点的有效输入权值。

2）搜索所有同构实例，对于每一个同构实例在最左顶点扩展一条边。

3）统计扩展后的扇形子电路的种类和频数。依据最小支持度确定将此子电路标记为模板并进行下一轮的扩展还是将它删除。

FAN算法采用最小支持度对每次扩展生成的子图进行限制，通过比较子电路的出现的频数，有效地避免了子图扩展时一些不必要的冗余扩展，并且此算法采用逐级扩大规模的方法，得到的模板层次化较强，可以对电路进行更好的覆盖实用性较强。

3.1.3 其他算法

Rao and Kurdahi [3]最早关注于数据通路型集成电路的模板提取，它将基于模板的聚类思想应用到数据通路的综合上，这里的模板提取过程也就是基于不同子图（它们可以被复制来覆盖整个DFG）的识别过程。文献[4]在解决模板提取问题时，假设子模块已经生成，主要解决子模块分类问题，但是一般情况下需要自动生成模块。文献[5-6]提出了一些模块生成算法，但均是先选择某一顶点作为一个模块，然后在此模块内不断加入其它的顶点形成新的模块。这几种算法对模块的形式没有限制，但也有其固有的缺点，就是所生成的模块形式依赖于起始模块的选择。文献[11]提出了一种基于顶点的辐射路特征的门级到功能模块级的快速子电路提取算法，解决了宏单元模板自动匹配，通过单个顶点的相似度特征，将子图同构问题转化为顶点之间的匹配问题，算法最差时间复杂度为■（其中，n和k为两图结点数，d为原始电路的直径）。文献[12]中算法对DFG的整体结构以及模块的结构没有要求，增强了算法的健壮性，而且生成的模板的层次化较强，模板覆盖率较高，但在同构判断时无针对性，需对所有模板进行一一判断，导致程序复杂性的提高。

3.2 模板提取算法的比较与分析

模板提取算法有以下一些重要性质：1）输入DFG的类型，如连通图、有向图和无环图等；2）遍历策略，如深度优先或者广度优先等；3）候选子图的产生策略，如逐级扩展还是其他；4）对重复图的消除策略，如主动地或被动地；5）生成模板的层次化，如较好或较差。表1详细列出了一些模板提取算法的重要性质，并进行了比较。

4 总结和展望

随着集成电路产业的发展，迫切地需要提高芯片的性能，而利用集成电路自身的规律性可以实现规则的布图。因此，基于模板的技术将会对提高芯片的性能及可制造性有很大的帮助。本文归纳了基于图论的模板提取的各种算法，目前在这方面的研究已经取得了很大成绩，并被应用到一些实际的系统中。本文重点介绍了TREE、SPOG和FAN等典型的模板提取算法，并对其他算法进行了简要介绍。归纳出模板提取算法的一些重要性质，并对现有各算法进行了比较。

虽然目前存在的算法较多，且执行效率较高，但我们觉得还可以在以下方面加以改进或做进一步的研究：

1）现实生活中有各种各样的图形：有向图，无向图，加权图，无连通图等，但目前的算法大部分都是针对连通图的提取，对加权图有环图等的提取算法很少，因此对加权图有环图等的提取算法的研究也是一个重要的研究方向。

2）现有方法优势还主要集中在对小规模集成电路的提取上，集成电路产业的发展要求我们能够对大规模甚至超大规模集成电路进行提取，因此需要研究大规模集成电路的提取方法。

3）模板提取评测方法的研究。目前主要是靠算法复杂度的评估以及模板覆盖率等，在模板覆盖阶段，现有最大模板优先和最频繁模板优先的方法，但这样不能达到对系统最好覆盖，因此我们应该考虑如何在模板的规模和频数之间进行权衡，以利用所提取的模板达到对系统的最完美覆盖，最大程度地减小系统面积开销。

参考文献：

[1] Philip Brisk,Adam Kaplan,Ryan Kastner,Majid Sarrafzadeh.Instruction Generation and Regularity Extraction For Reconfigurable Processors[C].Proceedings of the ACM,Grenoble,France,2002:262-269.

[2] Yuanqing Guo,Gerard J M,Smit Hajo,et al.Template Generation and Selection Algorithms[C].Proceedings of The 3rd IEEE International Workshop on System-on-Chip for Real-Time Applications,2003.

[3] Rao D S,Kurdahi F J.Partitioning by regularity extraction. In: Proceedings of the ACM[C].IEEE Design Automation Conference,Anaheim,California,USA,1992:235-238.

[4] Rao D S,Kurdahi F J.An approach to scheduling and allocation using regularity extraction[C].Proceedings of the Europe Conference on Design Automation,Paris,France,1993:557-561.

[5] Arikati S R,Varadarajan R.A signature based approach to regularity extraction[C].Proceedings of the International Conference on Computer Aided Design,San Jose,California,USA,1997:542-545.

[6] Kutzschebauch T.Efficient logic optimization using regularity extraction[C].Proceedings of the International Workshop on Logic Synthesis,Austin,Texas,USA,1999:487-493.

[7] Shmidt D,Druffel L.A fast backtracking algorithm to test directed graphs for isomorphism using distance measures[J].Journal of ACM,1976,23(3):433-445.

[8] Chowdhary A,Kale S,Saripella P,et al.A general approach for regularity extraction in datapath circuits[C].Proceedings of the International Conference on Computer Aided Design,San Jose, California,USA,1998:332-339.

[9] Rosiello A P E,Ferrandi F,Pandini D,et al.A Hash-based Approach for Functional Regularity Extraction During Logic Synthesis[C]//IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI.New York:IEEE, 2007:92-97.

[10] Chowdhary A,Kale S.Extraction of Functional Regularity in Datapath Circuits[J].IEEE Trans on Computer Aided Design,1999,18(9):1279-1296.

[11] 李长青,汪雪林,彭思龙.辐射路匹配：从门级到功能模块级的子电路提取算法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2006,18(9):1377-1382.

[12] 郎荣玲,秦红磊,路辉.集成电路中的规则性提取算法[J].计算机学报,2006,29(4):597-601.

大规模集成电路篇（5）

原有的电视机教学体系的基本特征是：以中、大规模集成电路元件的典型电视机电路的分析为主线，讲授电视机的基本工作原理和主要维修技术。在我们国家，这一教学体系的形成大约是在80年代末期，它适应了电视机生产发展的需要，对繁荣经济，发展生产起到了良好的推动作用。我们可以简述它的形成过程：由于中、大规模集成电路元件的典型电视机电路发展的需要，四机部于86年集中了许多工厂、科研、院校的研究人员，组成了“中、大规模集成电路元件的典型电视机联合设计组”，对中、大规模集成电路元件的典型电视机的基本理论，电路设计、工程计算等进行了系统的研究，编写了52万多字的教材《集成电路电视接收机原理与维修》上、下册，及大量的技术资料，对随后的许多高职、中专、技校、职高教材等产生了较大的影响，经了十多年的效学实践，深受广大教师、“学生的欢迎。于是有人得出了这样的结论：“在了解彩色电视机的原理和掌握基本的维修方法上，除了深入研究中、大规模集成电路元件构成的电路外，还没有其它更好的方法。”

我们在为出版社编写高职教材时统一了一个观点，原理课教材的编写各章内容按照适合各种机型的框架结构编写，只是在列举实际电路分析时，只对一种具体的典型机为例进行分析。但是，当我们用这一编写原则来编写彩色电视机维修技术时，却发现这一原则很难实现，因为维修技术的教材必须充分考虑它的实用性和对学生进行维修技能训练时的现实可能性，也就是说：它不能脱离现实太远，要用中、大规模集成电路元件的彩色电视机进行维修技能的训练很困难，因为中、大规模集成电路电视机很多厂家都不生产了。目前在市面上最多的是二片机或单片机。我们越是认真研究市场上的产品和工厂中正在生产的产品，就越是感觉到我们现有的许多彩电教材的内容陈旧，机型过时，或者可以这样说：为了适应市场竟争的需要，为了能够使我们的国产彩色电视机能够站立在更高的水平，我们的生产厂已大量引进具有现代先进水平的新技术、新工艺、新配件、新线路。使彩电国产化出现了高起点，大跨度的形势。但是，我们的许多教材由于受到各种条件的限制，没有能够实现“大跨度”，起点不高、面容不新，这就势必要出现理论脱离实际，教学内容脱离生产现状的情况，它会大大影响我们高职学校中电视机教学的效果。

基于以上的考虑，我们不得不在《电视机维修技术》写到：“彩色电视机的电路同样经历了电子管电路，晶体管电路和集成电路这样三个发展阶段。由于现阶段生产的彩色电视机均采用超大规模集成电路，因此我们将其作为学习的重点，对于中、大规模集成电路元件的电视机电路的彩色电视机则不再进行讨论。”而且在第一、二节中讨论了集成电路国产化彩电的电路分布情况及发展趋势，根据发展趋势来安排维修技术的教学。

二、建立新的电视机教学体系的必要性

我对教材的这种处理方法只能解决局部的问题，不能解决电视机教学中饱根本问题，因为这种处理方法会造成原理课教材与维修技术课教材的不配套，另一个以集成电路为主线，这样会增加学生的学习负担，我认为要解决根本问题，需要重新设计整个电视机的教学体系，更新教学内容和教学方法，既然以中、大规模集成电路元件的电视机电路为主线无法解决彩电教学中的问题，为什么不可以以超大规模集成电路为主线来设计整个电视机的教学体系呢。“沉舟侧畔千帆过，病树前头万木春。”既然电视机生产整个都更新换代了，为什么电视机的教学体系不能更新换代呢？教学必须为经济和生产的发展服务汕而是让经济和生产的发展为教学服务，面对电视机生产将最终走向超大规模集成化这一现实，我们有必要站在集成化的高度上来考虑整个电视机教学体系的教学内容和教学方法。

三、建立电视机新教学体系的可行性：

1．生产体系相对稳定，技术资料逐步齐全

（1）如果在前几年来考虑这个问题，为时过早，条件还不大成熟，超大规模集成电路彩电国产化正在研究和试生产阶段，许多技术资料是保密的，最近，国产化超大规模集成电路彩电的生产日趋成熟，资料陆续公开，根据这些资料我们编辑出版了与电视机原理与维修配套的《电视机维修技能训练》一书，共计42万字，对配套件作了详细介绍，2010年上半年由化工出版社出版发行。这一切为高职电子专业的学生进行电视机实训创造了良好条件。

（2）关于超大规模集成电路电视机的原理，调试，维修等资料也出版得很多了，这样就有利于我们将它与彩色合在一起来考虑它他教学的分工与配合，分散教学难点，降低学生的负担。

2．高职 发展十几年来，有了一定的教学经验，办学条件也在逐步改善，原有的电视观教学体系，基本上是大学、中专的电视机教学体系的缩影，给高职的电视机教学带来了一定的困难。我们希望建立的是能够适应高职特点的、科学的、理论与实践课配套成龙的教材，这就需要我们充分了解高职学生，熟悉高职的办学条件，对实践性教学方案的实施可能性作出实事求是的估计，现在这些条件是完全能够逐步具备，因为我们已经有了十几年的教学经验。

大规模集成电路篇（6）

集成电路在不断的发展过程中，其所具备的信息处理能力越来越高，然而集成电路板的功耗也在不断增大，这就使得电子设备设计者在性能和功耗的选择过程中往往只能进行折中选择，这些都制约了电子元件的纳米化发展，制约了集成电路的超大规模发展。这种愤怒格式的超低功耗技术只是通过对技术的制约来实现低功耗，因此超低功耗技术成为了一种制约集成电路发展的技术难题。

一、现有的集成电路的超低功耗可测性技术

在集成电路的发展进程中，超低功耗集成电路的实现是一项综合工程，需要在材料、电路构造及系统的功耗之间进行选择。可测性技术所测试出的数据影响制约着集成电路的发展。但随着集成电路在不断发展过程中趋于形成超大规模集成电路结构，这就导致在现有的测试技术中，超大规模的集成电路板容易过热而导致电路板损坏。现有的超低功耗可测性技术并不能满足对现有芯片的测试，并不能有效地通过对日益复杂的集成电路进行测试，因此在对超低功耗集成电路技术进行研究的同时，还要把握现有的集成电路的超低功耗的可测性技术不断革新，以摆脱现有测试技术对集成电路板发展的制约。

二、超低功耗集成电路研究发展方向

2.1 现有的超低功耗集成电路技术

在实际的操作过程，超低功耗集成电路是一项难以实现的综合性较强的工程，需要考虑到集成电路的材料耗能与散热，还要考虑到系统之间的耗能，却是往往在性能和功耗之间进行折中的选择。现有的超低功耗集成电路大多是基于CMOS硅基芯片技术，为了实现集成电路的耗能减少，CMOS技术是通过在在整体系统的实现设计，对结构分布进行优化设计、通过对程序管理减少不必要的功耗，通过简化合理地电路结构对CMOS器材、结构空间、工艺技术间进行立体的综合优化折中。在实际的应用工程中，通过多核技术等结构的应用，达到降低电路集成的耗能，但是睡着电子原件的不断更新换代，使得现有的技术并不能达到性价比最优的创收。

2.2 高新技术在超低功耗集成电路中的应用

随着电子元件的不断向纳米尺度发展，集成电路板的性能得到了质的飞跃，但是集成电路芯片的耗能也变得日益夸张，因此在集成电路板的底层的逻辑存储器件及相关专利技术、芯片内部的局域之间的相互联通和芯片间整体联汇。通过有效的超低功耗的设计方法学理论，进行合理的热分布模型模拟预测，计算所收集的数据信息，这种操作流程成为超低耗解决方案中的不可或缺的部分。

大规模集成电路篇（7）

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 ）

大规模集成电路篇（8）

IC产业是基础产业，是其他高技术产业的基础，具有核心的作用，而且应用广泛，同时它也是高投入、高风险，高产出、规模化，具有战略性地位的高科技产业，越来越重视高度分工与共赢协作的精神。近些年来，IC产业遵从摩尔定律高速发展，越来越多的国家都在鼓励和扶持集成电路产业的发展，在这种背景下，首钢总公司和NEC电子株式会社于1991年12月31日合资兴建了首钢日电电子有限公司（SGNEC），从事大规模和超大规模集成电路的设计、开发、生产、销售的半导体企业，致力于半导体集成电路制造（包括完整的生产线――晶圆制造和IC封装）和销售的生产厂商，是首钢新技术产业的支柱产业。公司总投资580.5亿日元，注册资金207.5亿日元，首钢总公司和NEC电子株式会社分别拥有49.7％和50.3％的股份。目前，SGNEC的扩散生产线工艺技术水平是6英寸、0.35um，生产能力为月投135000片，组装线生产能力为年产8000万块集成电路，其主要产品有线性电路、遥控电路、微处理器、显示驱动电路、通用LIC等，广泛应用于计算机、程控和家电等相关领域，同时可接受客户的Foundry产品委托加工业务。公司以“协力敬业创新领先，振兴中国集成电路产业”为宗旨，以一贯生产、服务客户为特色，是我国集成电路产业中生产体系最完整、技术水平最先进、生产规模最大的企业之一，也是我国半导体产业的标志性企业之一。

通过工作人员的详细讲解，我们一方面回顾了集成电路相关的基础理论知识，同时也对首钢日电的生产规模、企业文化有了一个全面而深入的了解和认识。随后我们在工作人员的陪同下第一次亲身参观了SGNEC的后序工艺生产车间，以往只是在上课期间通过视频观看了集成电路的生产过程，这次的实践参观使我们心中的兴奋溢于言表。

由于IC的集成度和性能的要求越来越高，生产工艺对生产环境的要求也越来越高，大规模和超大规模集成电路生产中的前后各道工序对生产环境要求更加苛刻，其温度、湿度、空气洁净度、气压、静电防护各种情况均有严格的控制。

为了减少尘土颗粒被带入车间，在正式踏入后序工艺生产车间前，我们都穿上了专门的鞋套胶袋。透过走道窗户首先映入眼帘的是干净的厂房和身着“兔子服”的工人，在密闭的工作间，大多数IC后序工艺的生产都是靠机械手完成，工作人员只是起到辅助操作和监控的作用。每间工作间门口都有严格的净化和除静电设施，防止把污染源带入生产线，以及静电对器件的瞬间击穿，保证产品的质量、性能，提高器件产品成品率。接着，我们看到了封装生产线，主要是树脂材料的封装。环氧树脂的包裹，一方面起到防尘、防潮、防光线直射的作用，另一方面使芯片抗机械碰撞能力增强，同时封装把内部引线引出到外部管脚，便于连接和应用。

在SGNEC后序工艺生产车间，给我印象最深的是一张引人注目的的海报“一目了然”，通过向工作人员的询问，我们才明白其中的奥秘：在集成电路版图的设计中，最忌讳的是“一目了然”版图的出现，一方面是为了保护自己产品的专利不被模仿和抄袭；另一方面，由于集成电路是高新技术产业，毫无意义的模仿和抄袭只会限制集成电路的发展，只有以创新的理念融入到研发的产品中，才能促进集成电路快速健康发展。

大规模集成电路篇（9）

ic产业是基础产业，是其他高技术产业的基础，具有核心的作用，而且应用广泛，同时它也是高投入、高风险，高产出、规模化，具有战略性地位的高科技产业，越来越重视高度分工与共赢协作的精神。近些年来，ic产业遵从摩尔定律高速发展，越来越多的国家都在鼓励和扶持集成电路产业的发展，在这种背景下，首钢总公司和nec电子株式会社于1991年12月31日合资兴建了首钢日电电子有限公司（sgnec），从事大规模和超大规模集成电路的设计、开发、生产、销售的半导体企业，致力于半导体集成电路制造（包括完整的生产线――晶圆制造和ic封装）和销售的生产厂商，是首钢新技术产业的支柱产业。公司总投资580.5亿日元，注册资金207.5亿日元，首钢总公司和nec电子株式会社分别拥有49.7％和50.3％的股份。目前，sgnec的扩散生产线工艺技术水平是6英寸、0.35um，生产能力为月投135000片，组装线生产能力为年产8000万块集成电路，其主要产品有线性电路、遥控电路、微处理器、显示驱动电路、通用lic等，广泛应用于计算机、程控和家电等相关领域，同时可接受客户的foundry产品委托加工业务。公司以“协力·敬业·创新·领先，振兴中国集成电路产业”为宗旨，以一贯生产、服务客户为特色，是我国集成电路产业中生产体系最完整、技术水平最先进、生产规模最大的企业之一，也是我国半导体产业的标志性企业之一。

通过工作人员的详细讲解，我们一方面回顾了集成电路相关的基础理论知识，同时也对首钢日电的生产规模、企业文化有了一个全面而深入的了解和认识。随后我们在工作人员的陪同下第一次亲身参观了sgnec的后序工艺生产车间，以往只是在上课期间通过视频观看了集成电路的生产过程，这次的实践参观使我们心中的兴奋溢于言表。

由于ic的集成度和性能的要求越来越高，生产工艺对生产环境的要求也越来越高，大规模和超大规模集成电路生产中的前后各道工序对生产环境要求更加苛刻，其温度、湿度、空气洁净度、气压、静电防护各种情况均有严格的控制。

为了减少尘土颗粒被带入车间，在正式踏入后序工艺生产车间前，我们都穿上了专门的鞋套胶袋。透过走道窗户首先映入眼帘的是干净的厂房和身着“兔子服”的工人，在密闭的工作间，大多数ic后序工艺的生产都是靠机械手完成，工作人员只是起到辅助操作和监控的作用。每间工作间门口都有严格的净化和除静电设施，防止把污染源带入生产线，以及静电对器件的瞬间击穿，保证产品的质量、性能，提高器件产品成品率。接着，我们看到了封装生产线，主要是树脂材料的封装。环氧树脂的包裹，一方面起到防尘、防潮、防光线直射的作用，另一方面使芯片抗机械碰撞能力增强，同时封装把内部引线引出到外部管脚，便于连接和应用。

在sgnec后序工艺生产车间，给我印象最深的是一张引人注目的的海报“一目了然”，通过向工作人员的询问，我们才明白其中的奥秘：在集成电路版图的设计中，最忌讳的是“一目了然”版图的出现，一方面是为了保护自己产品的专利不被模仿和抄袭；另一方面，由于集成电路是高新技术产业，毫无意义的模仿和抄袭只会限制集成电路的发展，只有以创新的理念融入到研发的产品中，才能促进集成电路快速健康发展。

大规模集成电路篇（10）

集成电路的布图设计是指一种体现了集成电路中各种电子元件的配置方式的图形。集成 电路的设计过程通常分为两个部分：版图设计和工艺。所谓版图设计是将电子线路中的各个 元器件及其相互连线转化为一层或多层的平面图形，将这些多层图形按一定的顺序逐次排列 构成三维图形结构；这种图形结构即为布图设计。制造集成电路就是把这种图形结构通过特 定的工艺方法，“固化”在硅片之中，使之实现一定的电子功能。所以，集成电路是根据要实现的功能而设计的。不同的功能对应不同的布图设计。从这个意义上说，对布图设计的保护也就实现了对集成电路的保护。

集成电路作为一种工业产品，应当受到专利法的保护。但是，人们在实践中发现，由于集成电路本身的特性，大部分集成电路产品不能达到专利法所要求的创造性高度，所以得不到专利法的保护。于是，在一九七九年，美国众议院议员爱德华（Edward）首次提出了以著作权法来保护集成电路的议案。但由于依照著们法将禁止以任何方式复制他人作品，这样实施 反向工程也将成为非法，因此，这一议案在当时被议会否决。尽管如此，它对后来集成电路保护的立法仍然有着重要意义，因为它提出了以保护布图设计的方式来保护集成电路的思想；在这基础上，美国于1984年颁布了《半导体芯。片保护法》；世界知识产权组织曾多次召集专家会议和政府间外交会议研究集成电路保护问题，逐渐形成了以保护布图设计方式实现对集成电路保护的一致观点，终于在一九八九年缔结了《关于保护集成电路知识产权条约》。在此期间，其他一些国家颁布的集成电路保护法都采用了这一方式。

虽然世界各国的立法均通过保护布图设计来保护集成电路，但关于布图设计的名称却各不相同。美国在它的《半导体芯片保护法，）中称之为“掩模作品”（maskwork）；在日本的《半导体集成电路布局法》中称之为“线路布局”（cir— cuitlayout）；而欧共体及其成员国在其立法中称布图设计为“形貌结构”（topography）；世界知识产权组织在《关于集成电路知识产权条约》中将其定名为布图设计。笔者以为，在这所有的名称中以“布图设计”一词为最佳。“掩模作品”一词取意于集成电路生产中的掩模。“掩模作品”一词已有过时落后之嫌，而“线路布局”一词又难免与电子线路中印刷线路版的布线、设计混淆。“形貌结构”一词原意为地貌、地形，并非电子学术语。相比之下，还是世界知识产权组织采用的“布图设计”一词较为妥当。它不仅避免了其他名词的缺陷，同时这一名词本身已在产业界及有关学术界广泛使用。《中国大百科全书》中亦有“布图设计”的专门词条‘

二、布图设计的特征

布图设计有着与其他客体相同的共性，同时也存在着自己所特有的个性。下面将分别加以论述。

1.集成电路布图设计具有无形性

无形性是各种知识产权客体的基本特性，，因此也是布图设计作为知识产权客体的必要条件。布图设计是集成电路中所有元器件的配置方式，这种“配置方式”本身是抽象的、无形的，它没有具体的形体，是以一种信息状态存在于世的，不象其他有形物体占据一定空间。

布图设计本身是无形的，但是当它附着在一定的载体上时，就可以为人所感知。前面提到布图设计在集成电路芯片中表现为一定的图形，这种图形是可见的。同样，在掩模版上布图设计也是以图形方式存在的。计算机辅助设计技术的发展，使得布图设计可以数据代码的方式存储在磁盘或磁带中。在计算机控制的离子注入机或者电子束曝光装置中，布图设计也是以一系列的代码方式存在。人们可通过一定方式感知这些代码信息。布图设计是无形的，但是其载体，如掩模版、磁带或磁盘等等却可以是有形的。

2.布图设计具有可复制性

通常，我们说著作权客体具有可复制性，布图设计同样也具有著作权客体的这一特征。当载体为掩模版时，布图设计以图形方式存在。这时，只需对全套掩模版加以翻拍，即可复制出全部的布图设计。当布图设计以磁盘或磁带为载体时，同样可以用通常的磁带或磁盘拷贝方法复制布图设计。当布图设计被“固化”到已制成的集成电路产品之中时，复制过程相对复杂一些。复制者首先需要去除集成电路的外封装；再去掉芯片表面的钝化层；然后采用不同的腐蚀液逐层剥蚀芯片，并随时拍下各层图形的照片，经过一定处理后便可获得这种集成电路的全部布图设计。这种从集成电路成品着手，利用特殊技术手段了解集成电路功能、设计特点，获得其布图设计的方法被称为“反向工程”。