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非IC专业人的IC基础知识

时间:2017-03-01 10:01来源:http://www.ictest8.com/ 作者:ictest8_edit 点击:
大家好,我是 Mr. CW,是一名集成电路工程师。今天就由我来给诸位不是电子专业出身,但却混迹在集成电路行业内的小伙伴们,讲讲集成电路从设计到生产,究竟都是在做些神马事情。

 
      要了解电子行业,首先要了解电子的语言,那就是:

           二进制
l 我们日常用的十进制,是用0~9十个数字来做各种计算。
l 那么所谓二进制,其实就是只用二个数字来实现。这二个数字就是:

           0 和 1
之所以要采用二进制,原因很简单。因为从逻辑上来说,“电性”只能够表达两种状态:

    没电(0)和 有电(1)。
 
 
了解了二进制之后,我要开始讲集成电路的设计和制造了。构成集成电路最基本的器件叫做MOS管,其代表符号和物理结构是这样的:

 
      MOS管转递“没电(0)有电(1)”的电子讯息,从而实现各种逻辑,但由于电子的世界实在是太高深和微观,很不方便理解,所以我只能先去换套衣服,再来给大家具体地讲讲。

      大家好,我是 Mr. CW,是一名水管工。呃…为嘛我又变成水管工人了呢?因为事实上集成电路设计就是一个新房装修的水管铺设工程。

       嘿嘿,吃惊了吧,水管居然等同于MOS管?是的,那就让我来好好说说水管是如何铺成的。
       前面说过电子语言是二进制,水管其实也是同样的道理。水管也有两种状态:

           没水(0)和 有水(1)。
      这是一根水管,结构上有“进水口”、“出水口”和“阀门”。

      通过对阀门的开关,就能完成对水管出水的状态控制。
阀门关闭,出水口没水,就代表0.阀门打开,出水口有水,就代表1
  

 
      当然,水管并不仅仅是单进单出单阀门,在真正应用上要复杂得多。 比如,二进一出,两个阀门任意打开一个就能出水的“或型”管道。又比如,二进一出,两个阀门同时打开才能出水的“与型”管道。

      众多的管道拼接在一起,形成了功能复杂的管道网络,这就是大规模集成电路…啊,不,是大规模下水道。
 
      管道有纵有横,还要上下贯通,因此在实际铺设的过程中,是呈现多层立体结构的。

怎么样,是不是很有密集恐惧感?说到这里大家应该都听得懂吧。
       讲完基础理论,接下来我就要说说设计流程了。在集成电…不,水管装修工程里,基本上是依照市场调查”、“规格制定”“线路设计”“布图设计”“产品生产”这几个步骤来进行的,下面我给大家一说你就明白了。
所谓“市场调查”,就是在俺们工程开始前,先了解住户的情况,比如:
l        家里几口人?
l        每天洗几次澡?
l        每天撒几泡尿?
l        刷几次碗?
l        洗多少衣服裤子和被套?
当然还有最重要的,
l        装修准备花多少钱?
   完成市场调查,为了让管道设计师能清楚地了解设计内容,就必须做“规格制定”,通常规格包含以下内容:
l        出水口8个
l        进水口6个
l        污水管3根
l        生活用水管2根
l        厨房需要水管
l        浴室需要水管
l        二楼需要水管
       接着就是“线路设计”了,我觉得我还是换回原先的衣服才能显得更正(zhuang)式(B)些。

       但设计毕竟是有含金量的工作,所以线路设计的图纸普通人是看不懂的,都是一堆线条和符号。比如这样:

       这样的图,工人是看不懂的,所以就需要再做“布图设计”,布图这两个字恐怕难以理解,但你把它理解为“施工图”就简单了。
       “施工图”上会标明每根管道的粗细、长短和间隙等各项数据,包括所在的楼层,这样工人只要按图作业就可以了。
施工图类似是这样的:
       完成施工图后,就能生产了,当然,在装修界,这个叫做“进场”。
       非常神奇的是,建筑装修用的主要材料是沙子,而集成电路半导体的材料“硅”,其实也是沙子的一种。
      现在,我又换好衣服准备开工了。

      集成电路的制造主要是在晶圆上进行一系列的化学处理。这套流程有四个牛X哄哄的主要工艺:

              显影 蚀刻 扩散 薄膜
    对于我们水管工来说,晶圆就是毛坯房。同样,我们也有四阶段工艺:

               画 挖 埋 填
(显影)
就是在毛坯房的地上画出管道的位置线。
(蚀刻)
就是按照位置线刨坑。
(扩散)
就是把水管放进坑里。
(薄膜)
就是把坑给重新填上。
各位还记得这张密集恐惧型水管多层立体图吗?因此,我们铺设的水管也是多层的,不断地重复循环“画、挖、埋、填”这四个步骤,直到全部铺设完成,地下就成了这个样子。有木有觉得很眼熟?反正我是想吃蛋糕了…
      当然也不是所有的都埋了,否则怎么过日子啊?
      全部铺设完成后,我们还要在地面上留着入水口和出水口,以及阀门开关。


             而且必须说明的是,从成本和效率考量,我们不会只装修一间房间,我们会整栋大楼一起弄(当然所有房间的格局是一模一样的)。
             集成电路生产完成后必须进行芯片测试,以确认良品。
             埋了那么多水管,质量当然也要把关。当然把管子再刨出来检查是不可能的了,我们采用的检验方法就是 灌水”。
       给留在地面上的进水口接上水管,出水口接上龙头,再把阀门按标准打开,只需对进水口灌水,再确认是否是从正确的龙头出水,就能判定管道埋放的正确性了。

      好了,到此为止,俺们算是完工了。同样,把水管的换成MOS管, 集成电路的芯片也就是这么设计和生产出来的。
       你…看懂了吗?
(如果还没懂,那估计是你某个地方被灌水了吧…)
附件:专业名词对照表
              逻辑状态:没电(0)有电(1)      逻辑状态:没水(0)有水(1)
                              基本器件:MOS管      基本器件:水管
                                               源极      进水口
                                               漏极      出水口
                                               栅极      阀门
                                       市场企划      住客需求调查
                                       产品规格      制定用水标准制定
                                   设计布局图      水管施工图
                                            晶圆片      毛坯房
                                                显影      画线
                                                蚀刻      挖坑
                                                扩散      埋管
                                                薄膜      填坑
                                        芯片测试      灌水试验
                                        芯片引脚      地面水管和龙头
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