E5163/3 INTERGRATED CIRCUITDESIGNDepartment of Electrical Engineering

Mr. Azman Bin Mat HussinMrs. Hazanal Suzima

EvaluationCourse Work 50%Tests (2) : 15%Quiz (5) : 25%Assignments (3): 30%Mini project & Lab : 30%

Final Exam 50%

EXPECTATIONSAttend classes and labs.Find out what youve missed if youre absent.Come earlier than the lecturer.Ask lecturer whenever have any problems related with the subject.

INTRODUCTION TO INTERGRATED CIRCUIT

WHAT IS IC?ICs on PCBIC PackageInside ICWafer

==IC LayoutIC Schematic

LATAR BELAKANG INDUSTRI SEMIKONDUKTORTAKRIFAN ELEKTRONIKElektronik merujuk kepada cabang sains fizik yang berkaitan dengan sifat pengaliran elektron-elektron dan pembawa-pembawa elektrik yang lain di dalam hampagas, gas dan separa pengalir (Bishop dan Owen, 1983 .) Pengaliran cas-cas elektronik dikenali sebagai arus elektrik; manakala laluan tertutup bagi pengaliran cas-cas elektrik dipanggil sebagai litar elektrik.

TAKRIFAN MIKROELEKTRONIK

Mikroelektronik - cabang drp bidang elektronik yang membincangkan berkenaan dgn bahagian2 kecil dalam litar bersepadu termasuklah rekabentuk, penghasilan dan pengeluaran litar bersepadu bagi mengurangkan kos, saiz dan menambahkan keupayaan litar.

TAKRIFAN LITAR BERSEPADUSebuah litar lengkap yang biasanya dibina diatas substratum semikonduktor yang boleh melakukan fungsi yang sama seperti litar di atas PCB yang mengandungi komponen seperti komponen diskret yang biasa dalam satu pakej (bungkusan) yang sangat kecil.Litarnya mungkin suatu litar kompleks yang terdiri dari gabungan beberapa puluh/ ratus/ ribu sehingga berjuta-juta komponen spt transistor, perintang, kapasitor dan lain-lain yg disepadukan.

First Integrated CircuitThe first working integrated circuit was created by Jack Kilby in 1958. It contains a single transistor and supporting components on a slice of germanium and measures 1/16 by 7/16 inches (1.6 x 11.1 mm).

Jack Kilby (circa 1958)

The First Transistor From Bell Labs

The First Computer The BabbageDifference Engine(1832)25,000 partscost: 17,470

ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer)The first electronic computer (1946) -

PENGGUNAAN UTAMALITAR BERSEPADUKebanyakan peralatan elektronik hari ini menggunakan litar bersepadu: TelekomunikasiBidang Ketenteraan TV / Radio / Video, Komputer Sistem Telekomunikasi Sistem Robotik Jam Digital Bidang Aerospace dan lain-lain.

1. Saiz kecilBoleh melakukan fungsi yang lebih kompleks.Menjimatkan ruang.Keupayaan yang lebih tinggi.

2. RinganLebih banyak litar terbina di dalam bungkusan kecilSesuai digunakan dalam banyak jenis peralatan kegunaan komputer & angkasa lepas.KELEBIHAN LITAR BERSEPADU

3. Kos keseluruhan rendahLebih murah (cara pembikinan sama degan komponen diskret).Komponen dihasilkan di atas wafer secara serentak dan beratus-ratus komponen dapat dihasilkan.4. Keboleharapan (relibility) yang tinggiKemungkinan rosak adalah rendah.boleh digunakan dalam jangka masa yang lama.Pengujian dilakukan sekali sahaja.Dibuat serentak, ini menyebabkan sifat setiap LB sama

Cont..

KEBURUKAN LITAR BERSEPADU1. Kos pembuatan yang tinggi- kos permulaan adalah tinggi.2. Kos r/bentuk fabrikasi topeng tinggi- kos utk bhn semikonduktor,kos bahan mentah, kos pengujian, makin kompleks makin tinggi kos.3. Kos penghasilan - penghasilan kurang baik meningkatkan kos.

4.Masalah perhubungan pengguna dan pembekalLB mengalami perubahan yang pesat, Pembekal mesti mempunyai pengetahuan yang luas mengenai kehendak pengguna,perlu peka kepada perubahan teknologiCont..

*Packaging Density

ComplexityGates per chipSmall-scale integration (SSI)< 12Medium-scale integration (MSI)12 to 99Large-scale integration (LSI)100 to 9999Very large-scale integration (VLSI)10,000 to 99,999Ultra large-scale integration (ULSI)100,000 to 999,999Giga-scale integration (GSI)1,000,000 or more

JENIS-JENIS KOMPONEN DISKRETKomponen PasifPerintang, Pemuat, Peraruh dan PengubahBoleh digunakan untuk menghantar isyarat dari satu bahagian ke satu bahagian lain

Komponen AktifTransistor atau DiodMenghasilkan isyarat baru dari isyarat masukan yang sebenar.

PERBEZAAN DI ANTARA R/BTK LB DGN LITAR DISKRET

REKABENTUK LITAR BERSEPADUREKABENTUK LITAR DISKRET1.HANYA MODEL LITAR DIBINA DARI SPESIFIKASI.SKIMATIK LITAR DIBINA PADA KOMPUTER1.LITAR DIBENTUK TERUS MENURUT SPESIFIKASI2.UBAHSUAI DIBUAT PADA MODEL, TIDAK PADA LITAR SEBENAR2.UBAHSUAI DILAKUKAN PADA LITAR SEBENAR BEBERAPA KALI3.SAIZ SERPIH/SUBRATUM AMAT KECIL3.SAIZ LITAR AGAK BESAR BERDASARKAN SAIZ PCB

KANDUNGAN DALAM PAKEJ LITAR BERSEPADUBONDING WIREINTEGRATED CIRCUITWOLDED PLASTICLEAD FRAMEBungkusan Baris-Duaan

Serpih atau cip diletakkan diatas satu pad logam.Pad logam diletakkan di tengah-tengah pakej yang diperbuat daripada plastik.Saiz serpih adalah amat kecil berbanding dengan saiz pakejSerpih dihubungkan dengan kaki-kaki pakej dengan menggunakan wire bondingPakej akan ditutup dan menjalani ujian kedap udara.PROSES PEMBUNGKUSAN

PEMBUNGKUSAN L ANGKAH DAN KAEDAH YG DIGUNAKAN DLM PENCAGAKAN, PEMASANGAN & PENGKAPSULAN SATU SERPIH KE DLM SATU BEKAS.FUNGSI:UTK MENYEDIAKAN SOKONGAN MEKANIKAL,SALINGHUBUNG ELEKTRIK, PERLINDUNGAN, PENCEMARAN DAN PENYINGKIRAN HABA.

PEMBUNGKUSANSEBAB2 PERLUNYA PEMBUNGKUSAN: a)Memberi sokongan mekanikal kpd cip(serpih) b)Melindungi cip drp kerosakan secara kimia jika bhn seramik digunakan. c) Pinnya berupaya utk memateri penyambungan wayar. d)dapat mengalirkan haba yg wujud pada cip

JENIS-JENIS PEMBUNGKUSANa)Bungkusan Baris Duaan (DIP) -senang dibina, kos berpakej lebih murah. -8 pin, 14 pin, 16 pin dan sebagainya. -senang dipasang di litar PCB

Bahagian-bahagian dalam litar bersepadu jenis baris duaan

b)Metal can -pakej adalah tertutup rapat - permukaan cip terkawal drp lembapan dan bahan kimiaJENIS-JENIS PEMBUNGKUSAN

JENIS-JENIS PEMBUNGKUSANc) Flat-pack-cara pakej pertama bagi LB-Kaki LB berada berada di keempat-empat sudut pakejd)Kalong TO-5

e)Pin Array f)Ceramic package

Kepadatan Litar BersepaduTakrifan:Kepadatan litar bersepadu bermaksud bilangan komponen/transistor yang boleh dibuat di atas satu wafer yang mempunyai keluasan diameter yang tertentu. Peningkatan kepadatan(intensity) akan: -kurangkan saiz transistor -meningkatkan saiz cip yang maksima

Intel 4004 Micro Processor Micro-

1971 1000 transistors1 MHz operation

Intel Pentium (IV) microprocessor

Kepadatan Litar bersepadu Hukum Moore telah meramalkan bahawa kepadatan litar bersepadu akan mengalami pertumbuhan secara eksponen.Sampai saat ini, perkembangan LB masih lagi mengikut ramalan Hukum Moore itu.

Graf Hukum More: Kepada LB melawan masa

*Perkembangan Teknologi Litar Bersepadu

ComplexityGates per chipSmall-scale integration (SSI)< 12Medium-scale integration (MSI)12 to 99Large-scale integration (LSI)100 to 9999Very large-scale integration (VLSI)10,000 to 99,999Ultra large-scale integration (ULSI)100,000 to 999,999Giga-scale integration (GSI)1,000,000 or more

PENGKELASAN LITAR BERSEPADU

TEKNOLOGI PEMBIKINAN LITAR BERSEPADULITAR BERSEPADUHIBRIDMONOLITIKFILEM/SAPUTDWIKUTUB/BiPOLARMOSECLTTLIILPmos - VMOSNmos - CMOSBiCMOS

KAEDAH PEMBIKINAN LITAR BERSEPADUMONOLITIKSemua komponen ( aktif dan pasif ) dihasilkan pada satu serpih silikon ( wafer ).Paling popular digunakan kerana kosnya rendahKebolehpercayaan tinggiKelemahan pemencilanJulat komponen pasif terhadRekabentuk litar tidak anjal

KAEDAH PEMBIKINAN LITAR BERSEPADUFILEMKomponen dihasilkan di atas serpih penebat seperti seramik atau kacaKomponen pasif sahajaJulat komponen lebih luasKurang masalah pemencilanKomponen aktif boleh ditambahkan secara luaran- rekabentuk yang lebih anjalKelemahanKos lebih tinggiTidak sesuai untuk komponen aktif

HIBRIDPergabungan dua atau lebih serpihPercantuman kaedah fabrikasi monolitik dan filemKomponen aktif dibentuk secara kaedah monolitikKomponen pasif dibentuk secara kaedah filemRekabentuk yang paling anjalBiasanya digunakan sebagai prototaip litar bersepadu monolitikKelemahan Kos terlalu tinggiKurang kebolehpercayaan

KAEDAH PEMBIKINAN LITAR BERSEPADU