期末复习笔记

Lecture 1 复习笔记

lec 1 内容总结

lec 1 主要讲解了以下的内容：

1. 摩尔定律的概念
2. 封装、微电子、微系统的概念
3. 封装的两个级别
4. 系统封装的组成
5. 四次技术浪潮：微电子、射频与无线技术、光子学、MEMS

关键概念

• Transclude of 摩尔定律

• 封装技术

  封装技术是将微电子器件封装在外部保护壳内，以保护器件免受环境影响和物理损伤，同时提供电气连接和信号传输通道以形成系统级板。

  指向原始笔记的链接

• 集成电路

  集成电路是一种有集成了晶体管、电阻器、电介质和电容器等元件的具有特定功能的电路的微型或微电子设备。

  指向原始笔记的链接

• 微电子学

  微电子学是研究和制造在固体（主要是半导体）上的亚微米尺寸的电子器件和电路的学科。

  指向原始笔记的链接

• 微系统

  微系统是基于微电子学、光电子学、射频、微电子机械系统和封装技术的具有特定功能的微型集成系统。

  指向原始笔记的链接

• 光子学

  光子学是研究光的产生、传播、操控和应用的学科领域。它涉及光的特性、光与物质的相互作用以及光的应用等方面。

  指向原始笔记的链接

• 微机电系统

  MEMS是一种通过微细加工技术将机械元件、传感器、执行器和电子元件集成在一个微小的硅基板上的技术和领域。

  指向原始笔记的链接

课后习题

1. 微系统是基于微电子、光子学、射频、微电子机械系统（MEMS）和封装技术的微型化和集成化系统。这些新系统和技术如图1.1和图1.2所示，提供了各种综合功能，包括消费类、计算、通信、汽车、传感和微机械功能，以满足各种人类需求。微电子学是研究和制造在固体（主要是半导体）上的微小电子器件和电路的学科。微电子是微系统的一个重要组成部分，但是微系统还包括其他的如光子学、射频等。第一次科技浪潮是微电子学，微电子学带来了晶体管，成为了现今几乎所有电子器件的基础元件；第二次科技浪潮是射频和无线技术，射频和无线技术将人们从电缆中解放出来，使得设备变得容易携带，并且催生了非通信方面的无线技术的发展；第三次科技浪潮是光子学的发展，确认了光纤通信的可能性，构成了今天因特网的基础；第四次科技浪潮是 MEMS的发展，MEMS 使得制造微小的机械器件变得可能，能够在一个芯片上集成机械、电子、传感器。第五次科技浪潮是微系统封装，微系统封装使得电子元器件能够被高密度集成，在提高性能的同时为整个系统提供保护、电气连接和信号传输通道。
2. 微系统集成具有以下好处：
   • 切换速度：微系统技术的集成可以实现更快的切换速度，使产品在响应时间和性能方面具有优势。这对于需要高速响应和实时操作的应用非常重要。
   • 低成本，性能强：通过微系统技术的集成，可以实现强大的性能，同时降低成本和能耗。微系统的集成化可以提供更高的计算能力、存储容量和能效比，使产品具备更好的性能和成本效益。
   • 便携性和微型化：将微系统技术集成到产品中可以实现产品的便携性和微型化。通过减小尺寸和重量，产品更加轻便易携，适合移动设备和便携式应用。
   • 市场竞争：集成微系统技术可以使产品在市场竞争中脱颖而出。提供更好的性能、更低的成本和更高的可靠性，使产品具备竞争优势，吸引更多的消费者和市场份额。
3. 在微系统中，封装起着非常重要的作用，它为整个微系统提供了保护、电气连接和信号传输的通道，是将 IC 和其他组件互连成系统级电路板以形成电子产品的桥梁。
4. IC 的基础是晶体管、电阻器、电介质和电容器等元件；MEMS 的基础是 ability to deposit thin films of material on a substrate, to apply a patterned mask on top of the films by photolithograpic imaging, and to etch the films selectively to the mask；光电子学的基础：高透明光纤和能在室温下工作的半导体激光器；RF 的基础是射频电路，包括放大器、混频器、滤波器、天线等组件，用于处理和传输射频信号。
5. 封装在微系统中的重要性体现在以下几个方面。
   1. 首先，每个集成电路和设备都需要进行封装，无论是在芯片级别形成集成电路封装，还是在系统级别形成系统级电路板封装。封装控制着系统的电气性能、成本、尺寸和可靠性，因此被认为是一个重要的瓶颈。
   2. 其次，封装对计算机的性能具有重要影响。形成处理器或中央处理单元（CPU）所需的集成电路数量和互连路径决定了 CPU 的时钟频率和速度。
   3. 封装还控制着消费电子产品的尺寸。在一个给定系统（如手机）中，集成电路的数量和尺寸往往较小，但是芯片级别和系统级别的封装层次结构，包括无源元件、微波器件、开关、继电器等组件，构成了手机尺寸的大部分。
   4. 此外，封装对电子器件的可靠性也起着重要作用。固态器件（如集成电路）具有极高的可靠性，故障率在百万分之几。由于系统中的大部分互连位于芯片级别和系统电路板级别的封装内，故障率更多地归因于封装而非器件本身。
   5. 封装还对电子产品的成本产生影响。由于大规模和高通量的晶圆生产以及自动化等因素，如今生产集成电路和微系统设备的成本较低。然而，系统级封装成本较高，涉及所有封装组件以形成系统级电路板。
   6. 最后，封装在几乎所有行业中都是必需的，包括汽车、电信、计算机、消费品、医疗、航空航天和军事等领域。电子产品已经成为这些行业中的重要组成部分。

Practice Question 1

Lecture 2 复习笔记

lec 2 主要内容总结

1. 微电子封装的基本设计考虑：电气连接、散热和信号传输路径
2. 电气设计的两个方面：为信号提供合适的通信路径和为配电提供合适的通道
3. 欧姆定律、趋肤效应、基尔霍夫电压定律、时间延迟、串扰、同步切换噪声、传输线理论、噪声
4. 可靠性设计

关键概念

1. 热机械故障

   热机械故障指的是由于环境或者内部会产生热负荷并且不同材料的热膨胀系数不同而产生应力和应变，从而使得机械结构变形的故障。

   指向原始笔记的链接

课后习题

Lecture 3 复习笔记

关键概念