集成电路（IC）-概念、分类和优势

相关文章

• 集成电路的优缺点
• 集成电路的分类
• 单片集成电路
• 单片集成电路制造工艺
• 单片集成电路制造
• 集成电路包

集成电路(IC)

集成电路的概念在1958年首次提出。从那时起，这个概念已经达到了比其他任何概念都高的技术高度，并帮助许多部件的小型化，如手机、电脑、笔记本电脑，以及数字世界中更多的设备。

数字时代始于真空管的发明。以真空为基础的计算机是罕见和昂贵的。然后被晶体管所取代，晶体管使用速度更快，体积更小，成本更低，功耗更低，可靠性更高。然后是集成电路的发明，它使计算机的使用发生了革命性的变化。由于它体积小、成本低、可靠性高，甚至连普通人都熟悉它的应用，如智能手机和笔记本电脑。

由于其高可靠性和紧凑的体积，集成电路也在军事应用、最先进的通信系统和工业应用中找到了自己的道路。如今，一个指甲大小的集成电路由嵌入其中的100多万个晶体管和其他分立元件组成。因此，集成电路也可以被称为微芯片，它基本上是由硅等半导体材料制成的小芯片上的一些分立电路的集合。

由于两个因素，集成电路取代了分立电路。一是空间消耗。分立电路由晶体管、电阻、二极管、电容器和许多其他分立器件组成。它们根据电路的需要分别焊接到印刷电路板(PCB)上。最终PCB会占用很大的空间。另一个缺点是，由于使用了许多组件，焊接组件将显示更低的可靠性。这两个因素都促使工程师们发明更可靠、占用更少空间的微电路。

集成电路的想法最初是由杰弗里·w·a·达默在1952年提出的。但建造它的尝试却以失败告终。杰克·基尔比提出了另一个想法。他想到了一个想法，即制造小型陶瓷晶片，每个晶片携带一个小型的离散元件。所有这些晶圆片可以被连接起来形成一个紧凑的电路。但是这个概念，虽然是为美国陆军开发的，但没有找到动力，被抛弃了。
不久，同样的杰克·基尔比在德州仪器公司工作时，就有了制造集成电路的最初想法。他开始建造他的第一个集成电路，并最终在12号完成^th1958年9月。他使用锗作为半导体芯片制造集成电路。这项发明为他赢得了2000年的诺贝尔物理学奖。很快，罗伯特·诺伊斯开发了他自己的集成电路原型，使用硅作为半导体材料。这项发明帮助解决了Jack Kilby集成电路的许多实际问题。

所有IC都由有源和无源元件组成，它们之间的连接非常小，即使在显微镜下也无法看到它们。所有组件（主动和被动）通过制造过程互连。

在电路图中，没有通用的符号来表示集成电路。它们大多以双列直插式封装、金属罐和陶瓷扁平封装的形式存在。根据制造商的规格，它们可能是8针、10针或14针。

功过

集成电路的优势

1.微型的。由于制造工艺用于将有源和无源元件集成到硅芯片上，IC变得更小。与分立电路相比，它至少要小一千倍。

2.由于体积小，与分立电路相比，集成电路的重量也减轻了。

3.在一个PCB上为相同的逻辑生产数百个分立电路需要更多的时间，并增加成本因素。但对于生产数百的IC的生产成本将非常低，更少的时间消耗。

4.由焊接接头组成的PCB将不太可靠。在集成电路中，由于没有焊接接头，互连较少，因而可靠性高，因此忽略了这个问题。

5.集成电路体积小，功耗小，功耗低。

6.在一个分立电路中，如果一个晶体管出现故障，整个电路就可能无法工作。这晶体管必须拆焊更换。很难找出哪个组件出了故障。这一问题在集成电路中可以通过更换整个集成电路来解决，因为它的成本很低。

7.由于没有寄生电容效应，提高了运行速度。

8.由于IC是批量生产的，因此温度系数和其他参数将密切匹配。

9.提高功能性能，因为可以制造更复杂的电路，以获得更好的特性。

10.所有的IC都可以在非常低和非常高的温度下测试工作范围。

11.由于在集成电路中所有的元件都是非常接近的，因此它们非常适合小信号操作，因为不会有任何杂散电拾取。

12.由于所有组件都是在芯片内部制作的，因此不会有任何外部投影。

集成电路的缺点

1.一些复杂的IC可能很昂贵。如果这样的集成电路被粗略地使用而出现故障，就必须换一个新的。由于IC内的单个组件太小，因此无法维修。

2.大多数IC的额定功率不超过10瓦。因此，不可能制造高功率IC。

3.有些元件如变压器和电感器不能集成到集成电路中，它们必须从外部连接到半导体引脚上。

4.不可能有高质量的pnp组件。

5.如果操作不当或暴露在过热环境中，IC将无法正常工作。

6.低温系数很难达到。

7.制造低噪声的集成电路是很困难的。

8.不可能制造超过30pF值的电容器。因此，高值电容要从外部连接到集成电路上。

9晶体管的饱和电阻值很大。

集成电路-分类

所有集成电路在芯片内部都有相互连接的分立器件，在芯片外部都有相应的外部连接端子。每个引脚可能有每个功能，并可能根据制造商的设计而变化。为了使电路充分工作，IC中的引脚必须用于供电电压，输入和输出连接，以及根据制造商的需要一些外部组件。

根据芯片的大小，ic可分为以下几种:

小规模集成(SSI) -3到30门/芯片。

中等规模集成(MSI) -30至300门/芯片。

大规模集成电路(LSI) -300 ~ 3000门/片。

超大规模集成电路(VLSI) -超过3000门/芯片。

集成电路类型

根据应用的不同，集成电路分为线性集成电路和数字集成电路两类。

当电路的输入和输出之间的关系是线性的时候，就会用到线性集成电路。线性集成电路的一个重要应用是运放，通常称为运放。

当电路处于通断状态，而不是介于两者之间时，就称为数字电路。在这种电路中使用的集成电路称为数字集成电路。它们在计算机和逻辑电路中得到广泛应用。

以下是基于所用制造技术对集成电路的进一步分类。

1.单片集成电路

“单片的”这个词来自希腊语“monos”和“lithos”，意思是“单一的”和“石头的”。顾名思义，单片集成电路指的是一块石头或单晶。单晶是指作为半导体材料的单晶片，所有需要的有源和无源元件都在其上互连。这是制造IC的最佳模式，因为他们可以制造相同，并产生高可靠性。成本因素也很低，可以在很短的时间内批量生产。已应用于调幅接收机、电视电路、计算机电路、稳压器、放大器等C电路。

本文详细阐述了不同元器件的概念和制造工艺，并在此介绍了单片集成电路的生产工艺单片集成电路.

单片集成电路本身也有一些局限性。

1.单片集成电路的额定功率低。它们不能用于低功率应用，因为它们的额定功率不能超过1瓦。

2.IC内部组件之间的隔离不良。

3.像电感器这样的元件不能在IC上制造。

4.集成电路内部制造的无源元件价值很小。对于更高的值，它们必须从外部连接到IC引脚。

5.很难使电路对任何种类的变化都灵活；需要一套新的面具。

2.薄膜和厚膜集成电路

厚膜和薄膜集成电路比单片集成电路大，比分立电路小。它们在大功率应用中得到了应用。虽然尺寸有点大，但这些集成电路不能与晶体管和二极管集成。这样的设备必须从外部连接到相应的引脚上。像电阻和电容这样的无源元件可以集成。

厚膜和薄膜IC在下面详细说明。尽管这两种IC具有相似的外观、性能和一般特性，但它们之间的主要区别在于薄膜沉积在IC上的方式。

薄膜集成电路

这种集成电路是通过在玻璃或陶瓷基板表面沉积导电材料薄膜来制造的。电阻是通过控制薄膜的宽度和厚度，并使用不同的材料选择其电阻率来制作的。对于电容器来说，绝缘氧化物薄膜夹在两个导电薄膜之间。一层螺旋状的薄膜沉积在集成电路上，形成一个电感器。

薄膜的制备主要有两种方法。一种称为真空蒸发的方法是将蒸发的材料沉积在真空中的基板上。另一种方法叫做阴极溅射，在这种方法中，由所需的薄膜材料制成的阴极中的原子被沉积在阴极和阳极之间的衬底上。

厚膜集成电路

它们通常也被称为印刷薄膜电路。通过使用一种称为丝网印刷技术的制造工艺，在陶瓷物质上获得所需的电路图案。

用于印刷的油墨通常是具有电阻、导电或介电特性的材料。它们由制造商相应地选择。筛网实际上是由精细的不锈钢丝网制成的。在印刷后，通过将薄膜置于高温炉中，将其熔合到基板上。

在厚膜上也采用了薄膜无源元件的制造技术。与薄膜电路一样，有源元件作为独立器件加入。厚膜电路的一部分如图所示。

与单片集成电路相比，厚膜和薄膜集成电路确实有一些优势。它们具有更好的容忍度，组件之间更好的隔离，以及电路设计更大的灵活性，进一步有助于提供高频率性能。但是，这些是应用此类集成电路时必须考虑的唯一因素，因为它们制造成本高，而且比单片集成电路具有更高的尺寸。它们也不能用于制造进一步增大尺寸的有源组件。

3.混合或多芯片集成电路

顾名思义，该电路是通过将多个独立芯片互连而成的。混合集成电路主要用于5瓦到50瓦以上的高功率音频放大器应用。有源元件是扩散晶体管或二极管。无源元件可以是单个芯片上的扩散电阻器或电容器组，也可以是薄膜元件。单个芯片之间的互连通过布线工艺或金属化图案实现。

混合或多芯片IC的示意图如上图所示。混合集成电路也可以提供比单片集成电路更好的性能。虽然该工艺对于大规模生产来说过于昂贵，但多芯片技术对于小批量生产来说非常经济，并且更常用作单片集成电路的原型。

基于所采用的有源器件，集成电路可分为使用双极有源器件(BJT)的双极集成电路和使用像FET这样的单极有源器件的单极集成电路。