实用电子/ICs
集成电路,也称为IC或非正式地称为“微芯片”或“芯片”,是在封装在一个小型硅片上的微型电子电路,该封装允许它连接到电路。它们可以执行许多功能,从简单的逻辑门和其他简单器件,如计数器和移位寄存器,到计算机处理器。
任何构建在单个硅片上的器件都被称为“单片”,来自希腊语“单石”。
IC的引入,代表了电子设备构建的革命性范式转变。以前,所有电子设备都必须用基本元件来制作,而现在,一些标准模块可以以“微芯片”的形式插入。
这降低了成本(在本维基教科书中使用的一种简单IC的价格在10便士到1英镑之间),与可能数十个甚至数百个离散元件的等效成本相比。
此外,由于器件高度小型化,它们占用的空间更小,功耗更低,由于内部元件彼此非常靠近,因此运行速度更快,噪声更低。
现代IC可以在1mm²的硅片上集成多达1,000,000个晶体管。
所有IC都具有相同的基本部分。IC的核心是芯片。它是构建电路的硅片。它通常边长小于1mm,通常位于器件的几何中心。
芯片通过细线(通常为20μm或更细)连接到引脚。引脚是金属突出部分,用于与外部电路接触。引脚通常以大多数常见微芯片两侧突出部分的形式出现。引脚也可以是垂直引脚或位于IC底面的小焊球。
芯片和引脚被设置在载体中。这是IC的主体,通常由塑料或陶瓷制成。为了定位器件,载体上通常包含一个缺口、圆点或切角。
有关IC封装设计的更多信息,请参阅"实用电子封装"和"如何识别集成电路(IC)芯片封装"。
IC中的晶体管数量决定了IC的集成规模。集成规模越高,IC越复杂。下表显示了集成规模划分的大致轮廓。请记住,没有严格的规则来管理集成规模的命名,随着半导体技术的进步,今天被认为“非常大”的晶体管数量在未来将显得微不足道。
集成规模 | 晶体管数量 | 示例 | |
---|---|---|---|
SSI | 小规模集成 | 10+ | 555定时器 |
MSI | 中规模集成 | 100+ | |
LSI | 大规模集成 | 10,000+ | |
VLSI | 超大规模集成 | 100,000+ | 计算机处理器 |
ULSI | 超超大规模集成 | 用于描述晶体管数量明显大于当时常见的IC。 | |
WSI | 晶圆级集成 | 使用整个硅晶圆(直径超过300mm)的IC。它们将包含数十亿个晶体管,但通常被认为不切实际,并且没有被IC制造商广泛采用。 |
自IC首次问世以来,IC中元件的布局发生了翻天覆地的变化。随着更现代的工艺允许在芯片中蚀刻更小、更精确的元件,可以使用不同类型的电子器件,从而使IC的性能不断变化和提高。以下是对主要IC族的简要总结。有关每个族的详细信息,请访问链接页面。
最早的IC使用电阻器和晶体管,以一种称为电阻-晶体管逻辑(RTL)的形式。这种逻辑在输入超过三个时极易受噪声影响,因此只适合非常小规模的器件。
接下来是二极管-晶体管逻辑(DTL)。它使用二极管来补充RTL中使用的电阻器,但仍然存在许多问题,包括非常长的传播延迟(改变状态所需的时间)。
晶体管-晶体管逻辑(TTL)是一种非常流行的IC格式,今天仍然在某些地方使用。它基本上只使用晶体管来完成其功能。