VLSI技術(shù)的歷史和在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用

通常，電子電路在單個PCBA上集成有CPU，RAM，ROM和其他外圍設(shè)備。但是，超大規(guī)模集成（VLSI）技術(shù)使IC設(shè)計人員能夠?qū)⑺羞@些都添加到一個芯片中。如果我們回顧過去幾十年的電子領(lǐng)域，我們將看到其快速增長的證據(jù)。好處包括增強的功能，改進的小型化和增強的整體性能。然而，在增加利用更少空間的同時放置更多組件的需求轉(zhuǎn)化為較低的錯誤余量。

牢記這一點，可以理解為什么在過去的幾年中，硅（CMOS）技術(shù)現(xiàn)在已成為成本效益高且性能相對較高的VLSI電路的領(lǐng)先制造工藝。

超大規(guī)模集成電路技術(shù)

超大規(guī)模集成是將數(shù)十萬個晶體管嵌入或集成到單個硅半導(dǎo)體微芯片上的過程。VLSI技術(shù)的概念可以追溯到1970年代后期，當(dāng)時高級處理器（計算機）微芯片也處于開發(fā)階段。兩種最常見的VLSI設(shè)備是微處理器和微控制器。

VLSI是指在單個芯片上具有多個設(shè)備的集成電路技術(shù)。當(dāng)然，該術(shù)語起源于1970年代，并且基于每個IC的門或晶體管的數(shù)量，出現(xiàn)了其他各種規(guī)模的集成分類。

電子行業(yè)的顯著增長主要歸功于大規(guī)模集成技術(shù)的進步。隨著VLSI設(shè)計的到來，整個控制應(yīng)用，電信，高性能計算和消費類電子產(chǎn)品中IC的可能性不斷增加。

當(dāng)前，由于VLSI技術(shù)，諸如智能手機和蜂窩通信之類的技術(shù)提供了空前的便攜性，處理能力和應(yīng)用程序訪問權(quán)限。對這種趨勢的預(yù)測表明，隨著需求的持續(xù)增長，這種需求將迅速增加。

VLSI技術(shù)的優(yōu)勢

以下是VLSI技術(shù)的主要優(yōu)點：

l電路尺寸減小

l提高設(shè)備的成本效益

l電路工作速度方面的改進性能

l與分立組件相比，所需功率更少

l更高的設(shè)備可靠性

l需要更少的空間并促進小型化

VLSI IC的設(shè)計過程

總體而言，VLSI IC設(shè)計包含兩個主要階段或部分：

1. 前端設(shè)計：這包括使用硬件描述語言（例如Verilog，System Verilog和VHDL）的數(shù)字設(shè)計。此外，該階段包括通過仿真和其他驗證技術(shù)進行設(shè)計驗證。整個過程還包括設(shè)計，該設(shè)計從澆口開始，一直延伸到可測試性的設(shè)計。

2. 后端設(shè)計：這包括表征和CMOS庫設(shè)計。此外，它還涉及故障仿真和物理設(shè)計。

整個設(shè)計過程遵循循序漸進的方法，以下是前端設(shè)計步驟：

l問題規(guī)范：這是對系統(tǒng)的高級解釋。我們處理關(guān)鍵參數(shù)，例如設(shè)計技術(shù)，功能，性能，制造技術(shù)和物理尺寸。最終規(guī)格包括VLSI系統(tǒng)的功能，功能，速度和大小。

l體系結(jié)構(gòu)定義：這包括基本規(guī)范，例如浮點單元，以及要使用的系統(tǒng)，例如RISC或CISC和ALU的緩存大小。

l功能設(shè)計：這可以識別系統(tǒng)的重要功能單元，因此可以識別每個單元的物理和電氣規(guī)格以及互連要求。

l邏輯設(shè)計：此步驟涉及控制流，布爾表達式，字寬和寄存器分配。

l電路設(shè)計：此步驟以網(wǎng)表的形式執(zhí)行電路的實現(xiàn)。由于這是一個軟件步驟，因此它利用仿真來檢查結(jié)果。

l物理設(shè)計：在此步驟中，我們通過將網(wǎng)表轉(zhuǎn)換為幾何圖形來創(chuàng)建布局。此步驟還遵循一些先入為主的靜態(tài)規(guī)則，例如lambda規(guī)則，該規(guī)則提供比率，組件之間的間距和大小的精確詳細(xì)信息。

以下是硬件開發(fā)的后端設(shè)計步驟：

l晶圓加工：此步驟利用在1400oC的鍋中熔化的純硅。然后，將包含所需晶體取向的小晶種注入液化硅中，并以每分鐘1mm的速度逐漸拉出。我們將硅晶體制造為圓柱形錠，并在拋光和晶體定向之前將其切割成圓盤或晶片。

l光刻：該工藝（光刻）包括使用光刻蝕的掩模和照相掩模。接下來，我們在晶片上施加光刻膠膜。然后，光對準(zhǔn)器將晶片對準(zhǔn)掩模。最后，我們將晶片暴露在紫外線下，從而突出顯示穿過掩模的軌跡。

l蝕刻：在這里，我們選擇性地從晶圓表面去除材料以產(chǎn)生圖案。借助蝕刻掩模來保護材料的基本部分，我們使用了額外的等離子體或化學(xué)藥品來去除殘留的光刻膠。

l離子注入：在這里，我們利用一種方法在半導(dǎo)體中實現(xiàn)所需的電特性，即添加摻雜劑的過程。該工藝使用高能摻雜離子束來瞄準(zhǔn)晶圓的精確區(qū)域。光束的能級決定了晶片穿透的深度。

l金屬化：在此步驟中，我們在整個晶圓上施加一層薄薄的鋁。

l組裝和包裝：每個晶圓都包含數(shù)百個芯片。因此，我們使用金剛石鋸將晶圓切割成單個芯片。之后，他們接受了電氣測試，我們放棄了故障。相反，那些通過的人則使用顯微鏡進行了徹底的目視檢查。最后，我們包裝通過視覺檢查并重新檢查的芯片。

VLSI技術(shù)非常適合當(dāng)今電子設(shè)備和系統(tǒng)的需求。隨著對微型化，便攜性，性能，可靠性和功能性的不斷增長的需求，VLSI技術(shù)將繼續(xù)推動電子技術(shù)的發(fā)展。

要針對VLSI技術(shù)中存在的低誤差范圍進行設(shè)計，就需要使用PCB設(shè)計和分析軟件來幫助您正確完成工作。