集成电路

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集成电路(Integrated Circuit,缩写为IC)

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什么是集成电路

  集成电路也称为集成块、芯片,在我国港台地区称为积体电路,它的英文全称是Integrated Circuit,缩写为IC。

  集成电路是指采用一定的工艺,把一个电路中所需的三极管二极管、电阻、电容电感等元器件及导线互连在一起,制作在一小块或几小块陶瓷、玻璃或半导体晶片上,然后封装在一起,成为一个能够实现一定电路功能的微型电子器件或部件。因此,集成电路具有体积小、重量轻、引脚少、寿命长、可靠性高、成本低、性能好等优点,同时还便于大规模生产。它不但广泛应用在工业农业家用电器等领域,而且广泛应用在军事、科学、教育通信、交通、金融等领域。用集成电路装配的电子设备,不仅装配密度比三极管装配的电子设备提高了几十倍至几千倍,而且延长了设备的使用寿命[1]

集成电路的特点[2]

  集成电路是元、器件和电路的混合体,无论在设计思想或电路形式方面与分立元件电路都不相同。与分立元件电路相比,集成电路有以下特点:

  ①所有元件都是在同一硅片上采用相同的工艺流程制造,因而各元件参数具有同向偏差,性能比较一致。集成电路这一特有的优点,特别适于制造对称性要求很高的电路,例如差动放大器。实际上集成电路的输入级几乎都无例外地采用差动电路,以便充分利用电路对称性,使输出的零漂得到较好的抑制。

  ②由于电阻元件是由硅半导体的体电阻构成的,高阻值电阻在硅片上占用面积很大,难以制造,而制作晶体管在硅片上所占面积较小。例如,一个5 KΩ 电阻所占用硅片的面积约为一个三极管所占面积的3倍。所以,常采用三极管恒流源代替所需要的高值电阻,做成所谓的有源电阻。

  ③集成电路工艺不宜制造几十皮法以上的电容,更难以制造电感元件。为此,若电路确实需要大电容或电感,只能靠外接来解决。由于直接耦合可以减少或避免使用大电容及电感,所以集成电路中基本上都采用这种耦合方式。

  ④集成电路中需用的二极管常用三极管的发射结来代替,只要将三极管的集电极与基极短接即可。这样做的原因主要是这样制作的“二极管”的正向压降的温度系数与同类型三极管的U_BE的温度系数非常接近,提高了温度补偿性能。

  ⑤集成电路中往往既要制作NPN管,又要制作PNP管。在单片集成电路中,PNP管大多做成横向的,横向PNP管是采用标准工艺,在制作NPN管过程中同时制作出来的一种PNP管。横向PNP管的β 值较小(≤10),其与NPN管的匹配性不太接近。在分析时,横向PNP管的β +1和β 值差别比较大。横向PNP管的制作工艺请参阅有关资料。

  ⑥集成电路中各个元器件都不是独立存在的个体,而是“共住”在一块硅片上的集体,尽管采用了PN结隔离、介质隔离等隔离措施,也很难绝对地避免它们相互问的影响,并由此派生出许多寄生的元件。因此,在设计集成电路时,应采取措施尽可能削弱这些寄生元件的影响。

  由此可见,集成电路在设计上与分立元件电路有很大差别,这在分析集成电路的结构和功能时应当予以注意。

集成电路的结构[3]

  集成电路是在同一块半导体材料上,利用各种不同的加工方法,同时制作出许多极其微小的电阻、电容及晶体管等电路元器件,并将它们相互连接起来,使之具有特定的电路功能。半导体集成电路是20世纪60年代开始发展起来的一种新型电子元器件,它具有体积小、重量轻、可靠性高以及成本低廉等一系列优点,所以发展十分迅速,不仅在军事、航天等方面采用,而且在家用电器中也到处可见。近几年来,随着电子技术的迅猛发展,集成电路已大量进入现代电子技术领域。

  半导体集成电路的封装形式有晶体管式的圆管壳封装、扁平封装和双列直插式封装及软封装等几种,如图所示。

Image:集成电路外形.jpg

  在晶体管式封装中,半导体芯片被封装在晶体管壳内,有8~14条引线,以适应整个电路中各种电源、输入、输出及接其他外接元件引线连接的需要

  扁平封装中,芯片被封装在扁平的长方形外壳中,引线从外壳的两边或四边引出。引线数目较多,可达60条以上。在电路外壳上打印有电路的型号、厂标及引脚顺序标记。

  双列直插式封装是当前集成电路中最广泛采用的封装形式。它与扁平封装式比较,具有封装牢固,可自动化生产,成本低,且可采用管座插接在印刷电路板上。双列直插式电路有8线、14线、16线、18线、20线、24线、28线和40线等数种。引线的数目根据电路芯片引出端功能而定。

集成电路的分类[1]

  1.按电路结构分类

  集成电路按电路结构的不同可分为模拟集成电路数字集成电路两大类。

  模拟集成电路主要是用来产生、放大和处理各种模拟信号,比如,复读机重放的录音信号就是模拟信号,收音机、电视机接收的音频信号也是模拟信号。模拟集成电路根据功能又分为运算放大器、电压比较器、稳压器等多种。

  数字集成电路主要是用来产生、放大和处理各种数字信号,如DVD视盘机重放的音频信号和视频信号。数字集成电路又分为TTL集成电路、HTL集成电路、STTL集成电路、ECL集成电路、CMOS集成电路等多种。

  2.按集成度分类

  集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路中规模集成电路大规模集成电路和超大规模集成电路。

  3.按导电类型分类

  集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路两类。其中,双极型集成I乜路不仅制作工艺复杂,而且功耗较大,大部分模拟集成电路和TTL、ECL、HTL、LST_TL、STTL类型的数字集成电路都属于双极型集成电路。单极型集成电路不仅制作工艺简单,而且功耗也较低,易于实现超大规模化,常见的CMOS、NMOS、PMOS等类型的数字集成电路就属于单极型集成电路。

  4.按焊接方式分类

  集成电路按焊接方式分为直插式集成电路和贴面式集成电路两大类。直插式集成电路又分为双列(双排引脚)集成电路和单列(单排引脚)集成电路两类。其中,小功率直插式集成电路多采用双列方式,而功率较大的集成电路多采用单列方式。

  贴面式集成电路又分为双列贴面式和四列贴面式两大类。中、小规模贴面式集成电路多采用双列贴面焊接方式,而大规模贴面式集成电路多采用四列贴面焊接方式。

参考文献

  1. 1.0 1.1 孙立群.电路识图从入门到精通.人民邮电出版社,2011.01
  2. 靳孝峰.模拟电子技术.北京航空航天大学出版社,2009.08
  3. 张宪,张大鹏.电子工艺入门.化学工业出版社,2008.9
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评论(共1条)

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192.168.1.* 在 2018年9月20日 12:19 发表

谢谢,我老师很满意

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