[導讀]專用集成電路(application specific integrated circuit) 是針對整機或系統(tǒng)的需要，專門為之設計制造的集成電路，簡稱ASIC。
專用集成電路(application specific integrated circuit) 是針對整機或系統(tǒng)的需要，專門為之設計制造的集成電路，簡稱ASIC。相對于通用集成電路而言，用戶在某種程度上參與該產(chǎn)品的開發(fā)。專用集成電路可以把分別承擔一些功能的數(shù)個、數(shù)十個、甚至上百個通用中、小規(guī)模集成電路的功能集成在一塊芯片上，進而可將整個系統(tǒng)集成在一塊芯片上實現(xiàn)系統(tǒng)的需要。它使整機電路優(yōu)化，元件數(shù)減少，布線縮短，體積和重量減小，提高了系統(tǒng)可靠性。產(chǎn)品的特點是功能強、品種多;但批量較小，設計周期長，工藝生產(chǎn)與測試難度增加，故成本較高。
專用集成電路的開發(fā)可分為設計、加工與測試三個主要環(huán)節(jié)。但因其功能的多樣而更具特色。
設計過程1)功能設計的目的是為電路設計做準備，將系統(tǒng)功能用于系統(tǒng)實現(xiàn)，便于按系統(tǒng)、電路、元件的級別做層次式設計。2)邏輯設計的結(jié)果是給出滿足功能塊所要求的邏輯關(guān)系的邏輯構(gòu)成。它是用門級電路或功能模塊電路實現(xiàn)，用表、布爾公式或特定的語言表示的。
3)電路設計的目的是確定電路結(jié)構(gòu)(元件聯(lián)接關(guān)系)和元件特性(元件值、晶體管參數(shù))，以滿足所要求的功能電路的特性，同時考慮電源電壓變動、溫度變動以及制造誤差而引起的性能變化。4)布圖設計直接服務于工藝制造。它根據(jù)邏輯電路圖或電子電路圖決定元件、功能模塊在芯片上的配置，以及它們之間的連線路徑.為節(jié)約芯片面積要進行多種方案比較，直到滿意。5)驗證是借助計算機輔助設計系統(tǒng)對電路功能、邏輯和版圖的設計，以及考慮實際產(chǎn)品可能出現(xiàn)的時延和故障進行分析的過程。在模擬分析基礎上對設計參數(shù)進行修正。為了爭取產(chǎn)品一次投片成功，設計工作的每一階段都要對其結(jié)果反復進行比較取優(yōu)，以取得最好的設計結(jié)果。
設計方式一般可分為全定制設計和半定制設計。前者是按圖所示流程依次完成設計的各個階段，后者是在設計的某個階段利用已有成果，進行的更有效設計。例如對已具有合理的版圖結(jié)構(gòu)、經(jīng)過實際使用證明是實用的模塊電路進行半定制設計，就可節(jié)約布圖或制造時間。標準單元法、門陣列法、可編程邏輯陣列法都是利用模塊化電路進行半定制設計的常用方法。在計算機輔助設計系統(tǒng)中，以單元電路庫、宏單元庫形式開發(fā)的基本單元越豐富，越有利于電路設計。這些庫包括基本門、觸發(fā)器、譯碼器、微處理器核心電路、ROM、RAM以及模擬電路模塊等。通常對庫單元的描述有名稱，功能，布爾表達式，邏輯圖，電路圖，電學參數(shù)，版圖外框，輸入、輸出口和版圖結(jié)構(gòu)等。
加工工藝專用集成電路的基本工藝是CMOS，雙極型，BiCMOS等。BiCMOS是一種混合工藝，它具有雙極型和CMOS的雙重特點，便于提高工作速度、降低功耗、提高集成度和實現(xiàn)模數(shù)電路的混合。砷化鎵(GaAs)半導體材料的使用不僅提高了電路的工作速度，而且功耗也小。隨著所需功能越趨復雜，器件尺寸逐漸減小、引腳數(shù)增多，專用集成電路為滿足引線數(shù)、體積、散熱性能，芯片和內(nèi)引線壓焊工藝自動化，器件裝上印制電路板時的便捷程度等方面要求，采用了四邊均有引線的正方形外殼、或并排布置兩行外引線等封裝工藝。對于要求高密度組裝的、耐強烈震動和嚴酷的溫、濕環(huán)境的電子系統(tǒng)，已采用芯片載體式封裝和帶式自動鍵合封裝，提高了它們在印制電路板上安裝作業(yè)的自動化程度，減小了體積、降低了重量。專用集成電路也采取多芯片技術(shù)，用多種工藝和電路技術(shù)分別制備單個芯片，更便于設計、制造和測試多功能的專用集成電路。
測試專用集成電路要求電路設計人員緊密地參與測試，從電路設計的開始就需要考慮產(chǎn)品的測試方案與方法。測試設計是開發(fā)專用集成電路的一項重要設計內(nèi)容。在設計電路時，設計一些附加的自動測試電路，且與所設計的功能電路集成在同一芯片上。芯片加工后，這些附加電路在軟件支持下，自動地完成芯片功能的測試。這種測試方式不受限制地測試內(nèi)部節(jié)點，能與被測電路同步工作，提高測試質(zhì)量，節(jié)省時間。傳統(tǒng)的測試方式仍是專用集成電路生產(chǎn)中使用的一種主要方法，希望將對輸入激勵，輸出響應采樣和測試過程控制在一個自動測試設備上進行，否則難以應付不斷擴大的電路規(guī)模與功能。材料缺陷、加工偏差、工作環(huán)境惡劣，尤其是設計錯誤都會引起電路失效。電路設計人員借助計算機輔助設計系統(tǒng)，在電路設計過程中對可能的故障進行模擬，分析故障屬性，檢測并確定故障位置以改進電路設計，并使之在生產(chǎn)過程中就可方便地檢測到這些故障。
半導體工藝技術(shù)的發(fā)展和電子設計自動化軟件的開發(fā)，給專用集成電路發(fā)展與應用提供了有力支持。80年代末，電路的復雜程度平均為數(shù)萬門，最小線寬為1μm，工作效率約有百兆赫。集成電路正向每片上百萬門，芯片面積增加到1平方英寸，加工線寬達0.2μm的程度發(fā)展。數(shù)字、模擬、或者數(shù)模混合的專用集成電路已廣泛用于各類通信系統(tǒng)、圖像與信號處理領域、高質(zhì)量視聲產(chǎn)品、機電控制、測量電路以及計算機中。在軍事與航空航天部門，專用集成電路更受到特別的重視，許多關(guān)鍵的電子系統(tǒng)都已使用自己的產(chǎn)品。隨著新材料、新工藝的出現(xiàn)，專用集成電路的應用領域在不斷擴大、延伸。
設計過程1)功能設計的目的是為電路設計做準備，將系統(tǒng)功能用于系統(tǒng)實現(xiàn)，便于按系統(tǒng)、電路、元件的級別做層次式設計。2)邏輯設計的結(jié)果是給出滿足功能塊所要求的邏輯關(guān)系的邏輯構(gòu)成。它是用門級電路或功能模塊電路實現(xiàn)，用表、布爾公式或特定的語言表示的。
3)電路設計的目的是確定電路結(jié)構(gòu)(元件聯(lián)接關(guān)系)和元件特性(元件值、晶體管參數(shù))，以滿足所要求的功能電路的特性，同時考慮電源電壓變動、溫度變動以及制造誤差而引起的性能變化。4)布圖設計直接服務于工藝制造。它根據(jù)邏輯電路圖或電子電路圖決定元件、功能模塊在芯片上的配置，以及它們之間的連線路徑.為節(jié)約芯片面積要進行多種方案比較，直到滿意。5)驗證是借助計算機輔助設計系統(tǒng)對電路功能、邏輯和版圖的設計，以及考慮實際產(chǎn)品可能出現(xiàn)的時延和故障進行分析的過程。在模擬分析基礎上對設計參數(shù)進行修正。為了爭取產(chǎn)品一次投片成功，設計工作的每一階段都要對其結(jié)果反復進行比較取優(yōu)，以取得最好的設計結(jié)果。
設計方式一般可分為全定制設計和半定制設計。前者是按圖所示流程依次完成設計的各個階段，后者是在設計的某個階段利用已有成果，進行的更有效設計。例如對已具有合理的版圖結(jié)構(gòu)、經(jīng)過實際使用證明是實用的模塊電路進行半定制設計，就可節(jié)約布圖或制造時間。標準單元法、門陣列法、可編程邏輯陣列法都是利用模塊化電路進行半定制設計的常用方法。在計算機輔助設計系統(tǒng)中，以單元電路庫、宏單元庫形式開發(fā)的基本單元越豐富，越有利于電路設計。這些庫包括基本門、觸發(fā)器、譯碼器、微處理器核心電路、ROM、RAM以及模擬電路模塊等。通常對庫單元的描述有名稱，功能，布爾表達式，邏輯圖，電路圖，電學參數(shù)，版圖外框，輸入、輸出口和版圖結(jié)構(gòu)等。
加工工藝專用集成電路的基本工藝是CMOS，雙極型，BiCMOS等。BiCMOS是一種混合工藝，它具有雙極型和CMOS的雙重特點，便于提高工作速度、降低功耗、提高集成度和實現(xiàn)模數(shù)電路的混合。砷化鎵(GaAs)半導體材料的使用不僅提高了電路的工作速度，而且功耗也小。隨著所需功能越趨復雜，器件尺寸逐漸減小、引腳數(shù)增多，專用集成電路為滿足引線數(shù)、體積、散熱性能，芯片和內(nèi)引線壓焊工藝自動化，器件裝上印制電路板時的便捷程度等方面要求，采用了四邊均有引線的正方形外殼、或并排布置兩行外引線等封裝工藝。對于要求高密度組裝的、耐強烈震動和嚴酷的溫、濕環(huán)境的電子系統(tǒng)，已采用芯片載體式封裝和帶式自動鍵合封裝，提高了它們在印制電路板上安裝作業(yè)的自動化程度，減小了體積、降低了重量。專用集成電路也采取多芯片技術(shù)，用多種工藝和電路技術(shù)分別制備單個芯片，更便于設計、制造和測試多功能的專用集成電路。
測試專用集成電路要求電路設計人員緊密地參與測試，從電路設計的開始就需要考慮產(chǎn)品的測試方案與方法。測試設計是開發(fā)專用集成電路的一項重要設計內(nèi)容。在設計電路時，設計一些附加的自動測試電路，且與所設計的功能電路集成在同一芯片上。芯片加工后，這些附加電路在軟件支持下，自動地完成芯片功能的測試。這種測試方式不受限制地測試內(nèi)部節(jié)點，能與被測電路同步工作，提高測試質(zhì)量，節(jié)省時間。傳統(tǒng)的測試方式仍是專用集成電路生產(chǎn)中使用的一種主要方法，希望將對輸入激勵，輸出響應采樣和測試過程控制在一個自動測試設備上進行，否則難以應付不斷擴大的電路規(guī)模與功能。材料缺陷、加工偏差、工作環(huán)境惡劣，尤其是設計錯誤都會引起電路失效。電路設計人員借助計算機輔助設計系統(tǒng)，在電路設計過程中對可能的故障進行模擬，分析故障屬性，檢測并確定故障位置以改進電路設計，并使之在生產(chǎn)過程中就可方便地檢測到這些故障。
半導體工藝技術(shù)的發(fā)展和電子設計自動化軟件的開發(fā)，給專用集成電路發(fā)展與應用提供了有力支持。80年代末，電路的復雜程度平均為數(shù)萬門，最小線寬為1μm，工作效率約有百兆赫。集成電路正向每片上百萬門，芯片面積增加到1平方英寸，加工線寬達0.2μm的程度發(fā)展。數(shù)字、模擬、或者數(shù)模混合的專用集成電路已廣泛用于各類通信系統(tǒng)、圖像與信號處理領域、高質(zhì)量視聲產(chǎn)品、機電控制、測量電路以及計算機中。在軍事與航空航天部門，專用集成電路更受到特別的重視，許多關(guān)鍵的電子系統(tǒng)都已使用自己的產(chǎn)品。隨著新材料、新工藝的出現(xiàn)，專用集成電路的應用領域在不斷擴大、延伸。
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