通常，電子電路在單個PCBA上集成有CPU，RAM，ROM和其他外圍設備。但是，超大規模集成（VLSI）技術使IC設計人員能夠將所有這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域，我們將看到其快速增長的證據。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）技術現在已成為成本效益高且性能相對較高的VLSI電路的領先制造工藝。

超大規模集成電路技術

超大規模集成是將數十萬個晶體管嵌入或集成到單個硅半導體微芯片上的過程。VLSI技術的概念可以追溯到1970年代后期，當時高級處理器（計算機）微芯片也處于開發階段。兩種最常見的VLSI設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備的集成電路技術。當然，該術語起源于1970年代，并且基于每個IC的門或晶體管的數量，出現了其他各種規模的集成分類。

電子行業的顯著增長主要歸功于大規模集成技術的進步。隨著VLSI設計的到來，整個控制應用，電信，高性能計算和消費類電子產品中IC的可能性不斷增加。

當前，由于VLSI技術，諸如智能手機和蜂窩通信之類的技術提供了空前的便攜性，處理能力和應用程序訪問權限。對這種趨勢的預測表明，隨著需求的持續增長，這種需求將迅速增加。

VLSI技術的優勢

以下是VLSI技術的主要優點：

l電路尺寸減小

l提高設備的成本效益

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更高的設備可靠性

l需要更少的空間并促進小型化

VLSI IC的設計過程

總體而言，VLSI IC設計包含兩個主要階段或部分：

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

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

整個設計過程遵循循序漸進的方法，以下是前端設計步驟：

l問題規范：這是對系統的高級解釋。我們處理關鍵參數，例如設計技術，功能，性能，制造技術和物理尺寸。最終規格包括VLSI系統的功能，功能，速度和大小。

l體系結構定義：這包括基本規范，例如浮點單元，以及要使用的系統，例如RISC或CISC和ALU的緩存大小。

l功能設計：這可以識別系統的重要功能單元，因此可以識別每個單元的物理和電氣規格以及互連要求。

l邏輯設計：此步驟涉及控制流，布爾表達式，字寬和寄存器分配。

l電路設計：此步驟以網表的形式執行電路的實現。由于這是一個軟件步驟，因此它利用仿真來檢查結果。

l物理設計：在此步驟中，我們通過將網表轉換為幾何圖形來創建布局。此步驟還遵循一些先入為主的靜態規則，例如lambda規則，該規則提供比率，組件之間的間距和大小的精確詳細信息。

以下是硬件開發的后端設計步驟：

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，光對準器將晶片對準掩模。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體中實現所需的電特性，即添加摻雜劑的過程。該工藝使用高能摻雜離子束來瞄準晶圓的精確區域。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技術非常適合當今電子設備和系統的需求。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技術將繼續推動電子技術的發展。

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