集成電路

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集成電路(Integrated Circuit,縮寫為IC)

目錄

什麼是集成電路

  集成電路也稱為集成塊、晶元,在我國港臺地區稱為積體電路,它的英文全稱是Integrated Circuit,縮寫為IC。

  集成電路是指採用一定的工藝,把一個電路中所需的三極體二極體、電阻、電容電感等元器件及導線互連在一起,製作在一小塊或幾小塊陶瓷、玻璃或半導體晶片上,然後封裝在一起,成為一個能夠實現一定電路功能的微型電子器件或部件。因此,集成電路具有體積小、重量輕、引腳少、壽命長、可靠性高、成本低、性能好等優點,同時還便於大規模生產。它不但廣泛應用在工業農業家用電器等領域,而且廣泛應用在軍事、科學、教育通信、交通、金融等領域。用集成電路裝配的電子設備,不僅裝配密度比三極體裝配的電子設備提高了幾十倍至幾千倍,而且延長了設備的使用壽命[1]

集成電路的特點[2]

  集成電路是元、器件和電路的混合體,無論在設計思想或電路形式方面與分立元件電路都不相同。與分立元件電路相比,集成電路有以下特點:

  ①所有元件都是在同一矽片上採用相同的工藝流程製造,因而各元件參數具有同向偏差,性能比較一致。集成電路這一特有的優點,特別適於製造對稱性要求很高的電路,例如差動放大器。實際上集成電路的輸入級幾乎都無例外地採用差動電路,以便充分利用電路對稱性,使輸出的零漂得到較好的抑制。

  ②由於電阻元件是由硅半導體的體電阻構成的,高阻值電阻在矽片上占用面積很大,難以製造,而製作晶體管在矽片上所占面積較小。例如,一個5 KΩ 電阻所占用矽片的面積約為一個三極體所占面積的3倍。所以,常採用三極體恆流源代替所需要的高值電阻,做成所謂的有源電阻。

  ③集成電路工藝不宜製造幾十皮法以上的電容,更難以製造電感元件。為此,若電路確實需要大電容或電感,只能靠外接來解決。由於直接耦合可以減少或避免使用大電容及電感,所以集成電路中基本上都採用這種耦合方式。

  ④集成電路中需用的二極體常用三極體的發射結來代替,只要將三極體的集電極與基極短接即可。這樣做的原因主要是這樣製作的“二極體”的正向壓降的溫度繫數與同類型三極體的U_BE的溫度繫數非常接近,提高了溫度補償性能。

  ⑤集成電路中往往既要製作NPN管,又要製作PNP管。在單片集成電路中,PNP管大多做成橫向的,橫向PNP管是採用標準工藝,在製作NPN管過程中同時製作出來的一種PNP管。橫向PNP管的β 值較小(≤10),其與NPN管的匹配性不太接近。在分析時,橫向PNP管的β +1和β 值差別比較大。橫向PNP管的製作工藝請參閱有關資料。

  ⑥集成電路中各個元器件都不是獨立存在的個體,而是“共住”在一塊矽片上的集體,儘管採用了PN結隔離、介質隔離等隔離措施,也很難絕對地避免它們相互問的影響,並由此派生出許多寄生的元件。因此,在設計集成電路時,應採取措施儘可能削弱這些寄生元件的影響。

  由此可見,集成電路在設計上與分立元件電路有很大差別,這在分析集成電路的結構和功能時應當予以註意。

集成電路的結構[3]

  集成電路是在同一塊半導體材料上,利用各種不同的加工方法,同時製作出許多極其微小的電阻、電容及晶體管等電路元器件,並將它們相互連接起來,使之具有特定的電路功能。半導體集成電路是20世紀60年代開始發展起來的一種新型電子元器件,它具有體積小、重量輕、可靠性高以及成本低廉等一系列優點,所以發展十分迅速,不僅在軍事、航天等方面採用,而且在家用電器中也到處可見。近幾年來,隨著電子技術的迅猛發展,集成電路已大量進入現代電子技術領域。

  半導體集成電路的封裝形式有晶體管式的圓管殼封裝、扁平封裝和雙列直插式封裝及軟封裝等幾種,如圖所示。

Image:集成电路外形.jpg

  在晶體管式封裝中,半導體晶元被封裝在晶體管殼內,有8~14條引線,以適應整個電路中各種電源、輸入、輸出及接其他外接元件引線連接的需要

  扁平封裝中,晶元被封裝在扁平的長方形外殼中,引線從外殼的兩邊或四邊引出。引線數目較多,可達60條以上。在電路外殼上列印有電路的型號、廠標及引腳順序標記。

  雙列直插式封裝是當前集成電路中最廣泛採用的封裝形式。它與扁平封裝式比較,具有封裝牢固,可自動化生產,成本低,且可採用管座插接在印刷電路板上。雙列直插式電路有8線、14線、16線、18線、20線、24線、28線和40線等數種。引線的數目根據電路晶元引出端功能而定。

集成電路的分類[1]

  1.按電路結構分類

  集成電路按電路結構的不同可分為模擬集成電路數字集成電路兩大類。

  模擬集成電路主要是用來產生、放大和處理各種模擬信號,比如,復讀機重放的錄音信號就是模擬信號,收音機、電視機接收的音頻信號也是模擬信號。模擬集成電路根據功能又分為運算放大器、電壓比較器、穩壓器等多種。

  數字集成電路主要是用來產生、放大和處理各種數字信號,如DVD視盤機重放的音頻信號和視頻信號。數字集成電路又分為TTL集成電路、HTL集成電路、STTL集成電路、ECL集成電路、CMOS集成電路等多種。

  2.按集成度分類

  集成電路按集成度高低的不同可分為小規模集成電路中規模集成電路大規模集成電路和超大規模集成電路。

  3.按導電類型分類

  集成電路按導電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路兩類。其中,雙極型集成I乜路不僅製作工藝複雜,而且功耗較大,大部分模擬集成電路和TTL、ECL、HTL、LST_TL、STTL類型的數字集成電路都屬於雙極型集成電路。單極型集成電路不僅製作工藝簡單,而且功耗也較低,易於實現超大規模化,常見的CMOS、NMOS、PMOS等類型的數字集成電路就屬於單極型集成電路。

  4.按焊接方式分類

  集成電路按焊接方式分為直插式集成電路和貼面式集成電路兩大類。直插式集成電路又分為雙列(雙排引腳)集成電路和單列(單排引腳)集成電路兩類。其中,小功率直插式集成電路多採用雙列方式,而功率較大的集成電路多採用單列方式。

  貼面式集成電路又分為雙列貼面式和四列貼面式兩大類。中、小規模貼面式集成電路多採用雙列貼面焊接方式,而大規模貼面式集成電路多採用四列貼面焊接方式。

參考文獻

  1. 1.0 1.1 孫立群.電路識圖從入門到精通.人民郵電出版社,2011.01
  2. 靳孝峰.模擬電子技術.北京航空航天大學出版社,2009.08
  3. 張憲,張大鵬.電子工藝入門.化學工業出版社,2008.9
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HEHE林,方小莉,Yixi,连晓雾.

評論(共1條)

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192.168.1.* 在 2018年9月20日 12:19 發表

謝謝,我老師很滿意

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