集成電路芯片類型和技術介紹

ID:988595 · 發表于 2022-3-31 09:45

電子產品的發展始于真空管和相關電子電路的發明。這種被稱為真空管電子的活動，隨后固態器件的演變和隨之而來的芯片的發展負責通信，計算和儀器儀表的現狀。
由于其尺寸小，成本低，可靠性非常高，即使是普通人也熟悉其應用，如智能手機和筆記本電腦。
由于其高可靠性和緊湊的尺寸，該IC還適用于軍事應用，最先進的通信系統和工業應用。
如今，具有指甲大小的IC由嵌入其中的一百多萬個晶體管和其他分立元件組成。
因此，集成電路也可以稱為微芯片，基本上是由硅等半導體材料制成的小芯片上的一些分立電路的集合
集成電路它是一種電路，其中所有分立元件（如無源元件和有源元件）都在單晶芯片上制造

第一個半導體芯片各裝有兩個晶體管。
第一個集成電路只有少數幾個器件，可能多達十個二極管，晶體管，電阻器和電容器，使得在單個器件上制造一個或多個邏輯門成為可能。

至于增加每個集成電路的組件（或晶體管）數量，該技術的發展如下：
小規模集成該技術是通過在單個芯片上集成1-100個晶體管數量而開發的。
例如：柵極，觸發器，運算放大器。
中型集成該技術是通過在單個芯片上集成100-1000個晶體管數量而開發的。
例如：計數器，MUX，加法器，4位微處理器。
大規模集成該技術是通過在單個芯片上集成1000-10000個晶體管數量而開發的。
例如：8位微處理器，ROM，RAM。
超大規模集成該技術是通過在單個芯片上集成10000-1百萬個晶體管數量而開發的。
例如：16-32位微處理器，外設，免費高MOS。
超大規模集成該技術是通過在單個芯片上集成100萬至1000萬個晶體管數量而開發的。
例如：專用處理器。
巨型集成該技術是通過在單個芯片上集成超過1000萬個晶體管而開發的。
例如：嵌入式系統，片上系統。
集成電路的優點與分立電路相比，集成電路具有以下優點：

由于連接數量減少，提高了可靠性。
由于在半導體材料的單芯片中制造了各種電路元件，因此尺寸極小。
由于電路小型化，重量和空間要求更小。
低功耗要求。
在極端溫度值下運行的能力更強。
成本低，因為在一個小型半導體晶圓上同時生產數百個類似的電路。
電路布局大大簡化，因為集成電路被限制為使用最少數量的外部連接。

集成電路的缺點

如果IC中的任何組件出現故障，則必須用新IC替換整個IC。
在IC中，制造超過30pF的電容既不方便也不經濟。因此，為了獲得高電容值，將分立元件連接到IC芯片外部。
不可能在半導體芯片的表面上制造電感器和變壓器。因此，這些組件在外部連接到半導體芯片。
無法產生大于10W的高功率IC。
IC缺乏靈活性，即通常無法修改集成電路的工作參數。

金屬罐IC陶瓷扁平封裝IC14引腳雙列直插式封裝（DIP）8引腳雙列直插式封裝（DIP）塑料
在應用的基礎上，IC有兩種類型，即：線性和數字
線性IC用于電路輸入和輸出之間的關系是線性的。線性IC的一個重要應用是運算放大器，通常稱為運算放大器。
當電路處于導通狀態或關狀態并且不在兩者之間時，該電路稱為數字電路。用于此類電路的IC稱為數字IC。它們在計算機和邏輯電路中得到了廣泛的應用。
以下是基于所用制造技術的集成電路的一些進一步分類。
單晶硅膠
薄膜
厚膜
混合
1. 單片芯片"monolithic"這個詞來自希臘語"monos"和"lithos"，意思是"single"和"stone"。顧名思義，單片IC是指單個石頭或單個晶體。
單晶是指以硅片為半導體材料，其上所需的所有有源和無源元件相互連接。
這是制造IC的最佳模式，因為它們可以完全相同，并產生高可靠性。
成本因素也很低，可以在非常短的時間內批量制造。
它們已被發現適用于AM接收器，電視電路，計算機電路，穩壓器，放大器等的IC。

圖例.1 單片IC

單片IC也有一些局限性。
1. 單片IC具有低額定功率。它們不能用于低功耗應用，因為它們的額定功率不能超過1瓦。
2.IC內部元件之間的隔離性差。
3. 電感器等元件不能制造到IC上。
4.IC內部制造的無源元件如果值小，對于更高的值，它們必須從外部連接到IC引腳。
5.很難使電路靈活地適應任何類型的變化;需要一套新的口罩。
2. 薄膜和厚膜集成電路
厚膜和薄膜IC比單片IC大，比分立電路小。
它們可用于高功率應用。
雖然它的尺寸有點大，但這些IC不能與晶體管和二極管集成。
此類設備必須從外部連接到其相應的引腳。可以集成電阻器和電容器等無源元件。
下面詳細介紹了厚膜和薄膜IC。
雖然兩種IC具有相似的外觀，性質和一般特性，但它們之間的主要區別在于薄膜沉積到IC上的方式。
薄膜集成電路該IC是通過將導電材料薄膜沉積在玻璃或陶瓷基體的表面上來制造的。
電阻器是通過控制薄膜的寬度和厚度以及使用為其電阻率選擇的不同材料來制造的。
對于電容器，絕緣氧化物薄膜夾在兩個導電薄膜之間。
螺旋形式的薄膜沉積到IC上以產生電感器。
主要使用兩種方法來生產薄膜。
一種稱為真空蒸發的方法用于將汽化材料沉積在真空中包含的基板上。
另一種方法稱為陰極濺射，其中來自由所需薄膜材料制成的陰極的原子沉積在位于陰極和陽極之間的基板上。
厚膜集成電路它們通常也被稱為印刷薄膜電路。
通過使用稱為絲網印刷技術的制造工藝在陶瓷物質上獲得所需的電路圖案。
用于印刷的油墨通常是具有電阻，導電或介電特性的材料。它們由制造商相應地選擇。
篩網實際上是由細不銹鋼絲網制成的。薄膜在印刷后通過將其置于高溫爐中將其熔化到基材上。
用于薄膜無源元件的制造技術也用于厚膜。
與薄膜電路一樣，有源元件作為單獨的器件添加。下圖給出了厚膜電路的一部分。

圖例.2 厚膜IC

與單片IC相比，厚膜和薄膜IC確實具有一些優勢。
它們具有更好的容差，更好的元件間隔離以及更大的電路設計靈活性，進一步有助于提供高頻性能。
但是，這些是應用此類IC必須考慮的唯一因素，因為它們的制造成本高，并且比單片IC具有更高的尺寸。
它們也不能用于制造進一步增加尺寸的活性成分。
3. 混合或多芯片顧名思義，該電路是通過互連許多單獨的芯片來制造的。
混合IC主要用于從5瓦到50瓦以上的高功率音頻放大器應用。
有源元件是漫射晶體管或二極管。
無源元件可以是單芯片上的一組擴散電阻器或電容器，也可以是薄膜元件。
各個芯片之間的互連是通過布線工藝或金屬化圖案實現的。

圖例.3 混合IC

混合IC提供比單片IC更好的性能。
雖然該工藝對于大規模生產來說過于昂貴，但多芯片技術對于小批量生產來說非常經濟，并且更常用作單片IC的原型。

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