电子设计自动化技术 9787111242857 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张永生 著

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• CAD

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111242857

商品编码：29425010985

包装：平装

出版时间：2008-08-01

基本信息

书名：电子设计自动化技术

定价：21.00元

作者：张永生

出版社：机械工业出版社

出版日期：2008-08-01

ISBN：9787111242857

字数：307000

页码：193

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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内容提要

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电子设计自动化（EDA）应用技术，是提高我国电子产品及工程设计质量的一项重要手段，具有自动化程度高、功能强大、运行速度快、数据开发性好和使用方便等特点，目前已在电子工程设计领域得到了广泛应用。
　　本书较系统地介绍了常用EDA开发工具的使用方法、应用设计和分析实例以及性能仿真等相关内容，取材广泛、翔实新颖，重点突出，实例丰富，且充分考虑了便于巩固所学的知识和可方便进行实践的操作性。本书既可作为高职高专院校电子信息类相关专业的教材，又可作为电路设计人员和电路制好者的参考书。
　　为方便教学，本书配有免费电子课件，凡选用本书作为授课教材的学校，均可来电索取，咨询电话：010-88379375。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《集成电路制造工艺深度解析：从硅晶圆到芯片封装》 内容简介： 本书并非关于“电子设计自动化技术”的任何内容。 本书是一本深入探讨集成电路（IC）制造核心工艺的专业技术书籍，旨在为读者提供从最基础的硅晶圆制备到最终芯片封装的全面、详尽的解析。它不涉及任何电子设计自动化（EDA）软件、工具或流程，而是将焦点完全集中于物理层面的制造技术，以及支撑这些技术实现的关键材料、设备和原理。 第一部分：硅晶圆的诞生与净化 在集成电路制造的宏大画卷中，硅晶圆是画布，是承载一切微观世界的基石。本部分将带领读者深入了解硅晶圆从地壳中提取到最终成为高纯度、完美晶体结构的半导体基底的整个历程。 硅的提取与精炼： 我们将追溯硅的来源，从石英砂（二氧化硅）开始，介绍冶金级硅的生产过程，包括碳热还原法等，并强调其相对较低的纯度。随后，重点阐述化学提纯过程，如西门子法（Siemens process）或流化床反应器法（Fluid bed reactor），以获得电子级多晶硅（EGS），其纯度高达99.9999999%（9N）甚至更高。详细介绍这些化学反应的原理、所需的反应物、催化剂以及工艺参数控制的重要性。 单晶硅的生长： 理论知识在这里将转化为实践。我们将详细解析两种主要的单晶硅生长技术：直拉法（Czochralski, CZ）和区熔法（Float-Zone, FZ）。对于直拉法，重点介绍籽晶的选择、提拉速度、坩埚旋转、温度梯度控制以及掺杂剂（如硼或磷）的均匀加入，以形成特定电阻率的硅棒。对于区熔法，则着重说明其如何通过移动熔融区域来避免坩埚污染，从而获得更高纯度的硅，并分析两种方法的优缺点及其适用场景。 硅棒的加工与晶圆的成型： 剖析硅棒在切割成晶圆前的关键加工步骤。这包括硅棒的研磨（以获得精确的直径）、晶向标记（如扁槽或小平面的形成，用于后续定位）、以及最终的切割过程，通常采用内圆切割刀（ID saw）或线切割技术。强调切割过程中对表面缺陷的控制，以及初步的表面粗糙度要求。 晶圆的表面处理： 晶圆的平整度和洁净度是后续工艺成功的关键。本部分将详细介绍晶圆的研磨（grinding）、抛光（polishing）和清洗（cleaning）过程。重点讲解化学机械抛光（CMP）的原理，包括研磨液的成分（如纳米颗粒、氧化剂、络合剂）、抛光垫的材质与结构、以及压力和速度的控制，以达到纳米级的表面粗糙度和纳米量级的平面度。介绍不同类型的清洗方法（如SC-1, SC-2, RCA cleaning）及其去除污染物（如金属离子、有机物、颗粒）的机理。 第二部分：光刻——芯片图案的“雕刻师” 光刻是集成电路制造中最核心、最复杂的工艺之一，它决定了芯片的集成度和性能。本部分将剥离EDA工具的视角，聚焦于光学原理、化学反应和物理过程在微纳尺度上的精密执行。 光刻原理与光源： 详细阐述光刻的基本原理，即将掩模版上的电路图形通过光线投影到涂覆有光刻胶的硅晶圆表面。深入分析不同波长光源的应用，从早期的g线、i线，到深紫外（DUV）光源（如KrF, ArF），再到目前主流的极紫外（EUV）光刻。讲解不同波长光源在衍射极限、分辨率和景深方面的优势与挑战。 掩模版（Mask/Reticle）的制作： 介绍掩模版的构成材料（如石英基板、铬层），以及如何通过电子束光刻（EBL）或激光光刻技术，在高精度基板上“绘制”出极小的电路图案。强调掩模版制造的精度要求以及其作为“母版”的重要性。 光刻胶（Photoresist）的化学： 深入剖析光刻胶的化学成分，包括感光剂（photoactive compound, PAC）和聚合物基体。详细讲解正性光刻胶（positive resist）和负性光刻胶（negative resist）的工作原理，即通过光照引起的化学变化，使其在显影液中的溶解度发生改变。讨论光刻胶的旋涂、预烘、曝光、曝光后烘烤（PEB）和显影等关键步骤，以及这些步骤对图形质量的影响。 曝光过程与光学系统： 详细解析投影光刻机的光学系统，包括光源、聚光镜、掩模版对准系统、投影物镜（由多组精密透镜构成）以及晶圆台。重点解释数值孔径（NA）和相干因子（σ）在决定分辨率中的作用。介绍缩小投影（reduction projection）的光刻技术。 先进光刻技术： 探讨当前及未来先进光刻技术的发展。这包括： 浸没式光刻（Immersion Lithography）： 解释在光刻胶和物镜之间引入高折射率液体（如超纯水）如何通过增加有效数值孔径来提高分辨率。 多重曝光（Multi-patterning）： 介绍在无法通过单次曝光实现所需分辨率时，如何通过多次曝光和刻蚀的组合来定义更小的图形。讨论其流程复杂性和对套刻精度的高要求。 极紫外（EUV）光刻： 重点介绍EUV光刻的原理、光源（通常是激光等离子体光源 LPP）、反射式光学系统（因EUV光被材料强烈吸收，无法使用透镜）、以及掩模版（反射式）。分析EUV光刻在克服衍射极限方面的突破性优势，以及其面临的挑战（如光源效率、光学器件反射率、掩模版缺陷等）。 显影与图形转移： 详细介绍显影过程，分析不同显影液的作用机制。强调显影后图形的线宽粗糙度（LWR）、侧壁形貌以及是否存在“桥连”（bridging）或“断线”（fencing）等缺陷。 第三部分：刻蚀——精细结构的“雕刻” 光刻完成了图形的“绘制”，刻蚀则负责将这些图形“雕刻”到硅片上，形成实际的导电通路、绝缘层或沟槽等结构。本部分将深入解析刻蚀的物理和化学过程。 干法刻蚀（Dry Etching）： 核心内容。详细介绍等离子体刻蚀（Plasma Etching）和反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching, RIE）的原理。 等离子体生成： 讲解 RF 功率、气体种类（如氟化物、氯化物、氧气）、腔体压力和温度如何影响等离子体的密度、电子能量和反应性物种的产生。 化学刻蚀： 分析反应性气体如何与硅表面发生化学反应，生成易挥发的产物并被泵出。 物理溅射： 阐述在高能量离子轰击下，硅原子被物理移除的过程。 RIE的优势： 重点解释RIE如何结合化学和物理效应，实现高方向性（anisotropic）刻蚀，形成垂直的侧壁，这对制作高密度集成电路至关重要。 关键工艺参数： 深入分析气体流量、射频功率、偏压、温度、压力等参数对刻蚀速率、选择比（target material vs. mask material, or different target layers）、各向异性、侧壁形貌以及底部粗糙度的影响。 刻蚀面的控制： 讨论如何通过优化工艺参数来避免“底部攻击”（undercutting）、“侧壁沾污”（sidewall contamination）和“刻蚀停止”（etch stop）等问题。 湿法刻蚀（Wet Etching）： 介绍湿法刻蚀在某些特定场景下的应用，如大面积的去除薄膜或粗加工。分析湿法刻蚀的各向同性（isotropic）特点，以及其优缺点。 选择比（Selectivity）： 强调刻蚀过程中不同材料之间的选择性要求，例如，在刻蚀二氧化硅时，要求刻蚀剂不能过度损伤下方的硅或金属层。 第四部分：薄膜沉积——构建芯片的“层层叠加” 芯片的复杂结构是由一层层不同功能的薄膜堆叠而成，这些薄膜的沉积是芯片制造的关键环节。本部分将聚焦于各种薄膜沉积技术。 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）： 等离子体增强CVD (PECVD)： 详细讲解PECVD的原理，如何利用等离子体降低反应温度，促进薄膜形成，以及其在沉积氮化硅、二氧化硅等材料中的应用。 低压CVD (LPCVD)： 分析LPCVD的特点，在高真空和高温下进行，通常能获得厚度均匀、应力可控的薄膜，适用于多晶硅和氮化硅的沉积。 等离子体增强低压CVD (PECVD)： 结合了LPCVD和PECVD的优点。 高密度等离子体CVD (HDPCVD)： 讨论如何通过提高等离子体密度来改善薄膜的致密性和填充能力。 原子层沉积 (Atomic Layer Deposition, ALD)： 重点介绍ALD的自限制吸附机制，实现原子级别的精确厚度控制和极高的均匀性，尤其适用于高深宽比结构的填充。 物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）： 溅射（Sputtering）： 详细介绍磁控溅射（Magnetron Sputtering）的原理，包括靶材、等离子体、离子轰击、溅射产物的传输和沉积。重点讲解其在金属（如铝、铜、钨）和介质膜（如氧化铝）沉积中的应用。 蒸发（Evaporation）： 介绍热蒸发和电子束蒸发，分析其在某些金属薄膜（如金、银）沉积中的应用，以及其填充能力和均匀性限制。 外延生长（Epitaxy）： 分子束外延 (MBE) 和化学气相外延 (MOCVD/HVPE)： 介绍这些技术如何在外延基底上生长出单晶薄膜，实现对晶体结构、成分和掺杂的精确控制，尤其是在功率器件、光电器件和先进逻辑器件中的应用。 薄膜的特性与检测： 介绍薄膜的厚度、均匀性、折射率、应力、附着力、化学成分和缺陷等关键特性的表征方法（如椭圆偏振仪、原子力显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜等）。 第五部分：离子注入与扩散——改变半导体性能的“魔法” 为了赋予硅半导体特定的导电类型和电阻率，需要通过掺杂过程来引入杂质原子。本部分将深入探讨离子注入和扩散这两种主要掺杂技术。 离子注入（Ion Implantation）： 原理： 详细介绍离子源产生、加速、质量分离（单色化）以及注入到硅片表面的过程。 关键参数： 深入分析注入能量（决定注入深度）、剂量（决定掺杂浓度）、扫描宽度和束流密度等参数对掺杂分布的影响。 掺杂轮廓： 介绍注入剖面的数学模型（如高斯分布、双高斯分布）以及如何通过改变参数来控制。 离子注入的优势： 强调其精确的剂量控制、良好的方向性（避免晶格缺陷）以及在较低温度下进行。 注入损伤与退火： 解释离子注入会在晶格中产生损伤，必须通过高温退火（annealing）来修复损伤并激活掺杂原子，使其进入晶格位置。介绍不同类型的退火（如炉式退火、快速热退火 RTA）。 扩散（Diffusion）： 原理： 介绍在高温下，杂质原子在高浓度区域向低浓度区域迁移的物理过程。 扩散源： 分析固态扩散源、气态扩散源以及等离子体扩散源。 扩散方程： 简要提及Fick定律在描述扩散过程中的应用。 扩散的特点： 讨论其温度依赖性强、易产生“摆动”（swing-by）效应（即在高温过程中，先前注入的掺杂可能被再次扩散或移除）。 选择性扩散： 介绍如何利用掩模层（如二氧化硅）来限制扩散区域。 掺杂激活与电学性能： 强调退火过程对实现掺杂激活、修复晶格损伤以及优化器件电学性能的重要性。 第六部分：互连与金属化——连接芯片的“神经网络” 芯片内部成千上万甚至上亿个晶体管需要通过金属导线连接起来，形成复杂的电路。本部分将聚焦于实现这些连接的技术。 金属化技术： 铝互连（Aluminum Interconnect）： 介绍传统的铝互连技术，包括溅射沉积和图案化。讨论铝的蠕变（electromigration）问题及其对可靠性的影响。 铜互连（Copper Interconnect）： 重点介绍铜互连技术，包括“阻挡/扩散阻挡层”（barrier/adhesion layer，如TaN/Ta）的沉积、铜的电化学沉积（ECD，Electro-Chemical Deposition）以及化学机械抛光（CMP）来去除多余的铜，实现“流形”（Damascene）或“反流形”（Dual Damascene）工艺。分析铜作为导电材料的优势（低电阻率）以及其易扩散的挑战。 钨互连（Tungsten Interconnect）： 介绍钨在通孔（via）填充中的应用，通常采用CVD方法。 通孔（Via）与接触孔（Contact Hole）： 详细介绍如何通过光刻和刻蚀技术在介质层中制作通孔和接触孔，以及如何用金属填充它们，实现不同层之间的电气连接。 阻挡层与扩散阻挡层： 解释为什么需要这些层来防止金属与其他材料（如硅、介质）发生不希望的化学反应或扩散，以及常用的材料（如Ti, TiN, Ta, TaN）。 金属导线的可靠性： 讨论金属互连的可靠性问题，如电迁移（electromigration）、应力迁移（stress migration）和集成电路的可靠性。 第七部分：芯片后段封装——从裸片到成品 制造出的裸芯片（die）还需要经过封装才能成为最终的产品，能够与外界连接并受到保护。本部分将探讨芯片封装的基本工艺。 晶圆测试（Wafer Sort/Probe）： 在封装前对每颗裸芯片进行电学性能测试，筛选出不合格的芯片。 晶圆切割（Dicing）： 将连接在同一片晶圆上的成百上千个裸芯片分离的技术，通常采用金刚石锯片（diamond saw）或激光切割。 引线键合（Wire Bonding）： 将裸芯片上的焊盘（pad）通过细小的金属线（如金线、铜线、铝线）连接到封装外壳的引脚（lead frame）上的技术。 倒装芯片（Flip-Chip）： 一种更先进的封装技术，将芯片上的焊球（solder bump）直接与基板上的焊盘连接，无需引线键合，可以实现更高的连接密度和更好的电气性能。 塑封（Plastic Encapsulation）： 使用环氧树脂（epoxy）等材料将裸芯片和内部连接完全包裹起来，起到保护作用。 陶瓷封装（Ceramic Packaging）： 在某些高性能或恶劣环境下使用的封装形式。 基板（Substrate）与封装基板（Package Substrate）： 介绍封装过程中使用的基板材料和结构，它们提供了芯片的支撑和与外部电路的连接。 测试（Final Test）： 封装完成后，对成品芯片进行最终的电学和功能测试。 本书特点： 理论与实践并重： 深入浅出地讲解每种工艺背后的物理、化学原理，并结合实际生产中的关键参数和工艺流程进行分析。 图文并茂： 大量使用原理图、流程图和显微照片，直观展示工艺过程和结构形貌。 专注于核心制造： 严格排除EDA工具和设计方法的介绍，聚焦于半导体制造的物理实现。 系统性强： 从硅片制备到最终封装，构成一个完整的芯片制造技术链条。 本书适合从事半导体制造、集成电路设计、材料科学、微电子学等领域的工程师、研究人员以及相关专业的学生阅读。它将帮助读者建立起对集成电路制造过程的深刻理解，为进一步深入研究和解决实际问题奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《电子设计自动化技术》的时候，我抱着极大的兴趣，毕竟EDA是现代电子工程领域不可或缺的一环。从书的装帧和出版社来看，它应该是一本比较扎实的技术专著。我一直对如何将复杂的电路设计理念转化为实际可操作的EDA工具流程感到好奇，尤其是在芯片制造日益精密、集成度越来越高的当下，没有强大的EDA支撑，几乎寸步难行。这本书的出现，就像是一扇窗，让我得以窥探到这个神秘而强大的技术领域。我特别期待它能深入浅出地解释一些核心的EDA概念，比如逻辑综合、布局布线、时序分析等，以及它们在实际设计中的应用。我希望作者能通过案例分析，展示不同EDA工具（比如Cadence, Synopsys, Mentor Graphics等）是如何协同工作的，以及在实际项目开发中，工程师们是如何运用这些工具来解决问题的。比如，在遇到设计瓶颈时，如何通过EDA工具进行优化，又如何在复杂的验证环境中确保设计的正确性。这本书如果能提供一些关于高级EDA技术，例如物理验证、功耗分析、信号完整性分析等方面的介绍，那就更完美了。总而言之，我希望这本书能帮助我建立起对EDA技术的全面认知，为我未来的学习和工作打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本优秀的技术书籍，不应该仅仅停留在理论的阐述，更应该关注实际应用和工程实践。这本《电子设计自动化技术》如果能深入探讨EDA在解决实际工程问题中的应用，那将非常有价值。我希望作者能在书中分享一些典型的EDA应用场景，例如在高速数字信号设计中，如何利用EDA工具进行信号完整性分析和电磁兼容性（EMC）设计，以避免信号失真和干扰。又或者，在低功耗设计领域，EDA工具是如何帮助工程师们找到功耗瓶颈，并实施相应的电源管理策略。我特别期待看到书中关于验证方面的介绍，因为验证是确保芯片功能正确性的关键环节，而EDA工具在其中扮演着至关重要的角色。比如，如何利用形式验证、仿真验证等方法来提高验证的效率和覆盖率。如果书中能提供一些与实际芯片设计项目相关的案例分析，展示EDA工具是如何在整个设计生命周期中发挥作用，那将是一笔宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一个初涉电子设计领域的学生来说，一本关于EDA的书籍，首先要具备的是清晰的入门指引。我期待这本书能从最基础的概念讲起，比如什么是EDA，它包含哪些主要的环节，以及为什么要使用EDA工具。如果能提供一些简单的图示或者流程图来解释EDA设计的整个流程，那就再好不过了。我希望作者能避免使用过于晦涩的专业术语，或者在首次出现时提供必要的解释。比如，在介绍逻辑综合时，我希望能理解它到底是如何将抽象的逻辑功能转化为具体的门电路网表，又如何在布局布线阶段将网表映射到实际的物理版图。此外，这本书如果能包含一些实用的EDA工具的使用入门教程，比如如何在一个简单的FPGA设计流程中，从编写HDL代码到生成最终的比特流文件，那将极大地提高我的学习效率。我希望这本书能提供一些清晰的步骤指导，让我能够亲手操作，从而加深对EDA概念的理解。

评分☆☆☆☆☆

从更高级的层面来看，我对EDA技术在人工智能和机器学习领域的应用非常感兴趣。随着AI技术的飞速发展，对计算能力的需求也日益增长，这直接推动了专门用于AI计算的芯片（如AI加速器、TPU等）的研发。我希望这本《电子设计自动化技术》能对EDA技术在这些前沿领域的应用有所着墨。例如，在设计高性能AI芯片时，EDA工具如何应对海量的并行计算需求？在优化AI模型的硬件实现时，EDA技术又扮演着怎样的角色？我希望书中能探讨一些新兴的EDA技术，比如基于AI的EDA工具，它们如何通过机器学习来提升设计效率和优化设计结果。此外，对于高级集成电路设计中的一些挑战，比如功耗、性能、可靠性等方面的权衡，EDA工具是如何提供解决方案的。这本书如果能引导读者思考EDA技术未来的发展方向，例如与量子计算、新型半导体材料等技术的结合，那将具有更深远的意义。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本《电子设计自动化技术》，最先吸引我的是它对于EDA发展历程的梳理。在信息爆炸的时代，了解一项技术是如何演变至今，往往能帮助我们更好地理解其当前的形态和未来的趋势。我一直对电子工程的“前世今生”颇感兴趣，尤其是EDA，它见证了半导体产业从最初的几颗晶体管到现在动辄数十亿晶体管的集成电路的飞跃。这本书如果能细致地描绘出EDA技术从最初的手工绘制电路图，到利用计算机辅助设计（CAD），再到如今高度自动化的EDA工具链的完整过程，那将是一次非常有意义的回顾。我希望作者能在书中穿插一些早期EDA发展的关键人物和里程碑事件，例如第一个EDA软件的诞生，或者某项革命性EDA算法的提出，这些故事往往比干巴巴的技术论述更能激发读者的兴趣。同时，我也希望这本书能探讨EDA技术在不同应用领域，如通信、消费电子、汽车电子、人工智能等领域的发展和影响，以及不同应用场景对EDA技术提出的特殊需求。这有助于我们从更宏观的视角理解EDA的价值和重要性。