集成电路

集成电路(通常称为IC微芯片硅芯片计算机芯片晶片)是一块专门制备的(或其他半导体),使用光刻技术将电子电路蚀刻进去。硅芯片可以包含逻辑门、计算机处理器、存储器和特殊装置。芯片是非常脆弱的,因此通常由一个塑料包装包围以保护它。与芯片的电气接触是通过微小的电线提供的,这些电线将芯片与从封装中伸出的较大的金属引脚相连。

与分立电路相比,集成电路有两个主要优势:成本和性能。成本低,因为数百万个晶体管可以放在一个芯片上,而不是用单个晶体管构建一个电路。性能更高,因为元件可以更快速地运行,并使用更少的功率。

IC是为不同的目的而设计的。一个芯片可能只是为一个计算器设计的,它只能作为一个计算器使用。集成电路可分为模拟、数字和混合信号(同一芯片上既有模拟又有数字)。

半导体

像硅这样的半导体可以被控制以允许(或不允许)电流流动。这使得制作的晶体管可以相互控制。它们存在于许多家用物品中,如收音机、计算机和电话,以及其他许多物品。其他半导体设备包括太阳能电池二极管和LED(发光二极管)。

双列直插式封装(DIP)的侧视图Zoom
双列直插式封装(DIP)的侧视图

塑料四方扁平封装(PQFP)的图片Zoom
塑料四方扁平封装(PQFP)的图片

发明

1958年和1959年,有两个人几乎在同一时间产生了集成电路的想法。晶体管已经成为家用设备(如收音机)中使用的一种日常用品。它们影响了从收音机到电话的一切,当时制造商需要一个更小的真空管的替代品。晶体管比真空管小,但对于一些最新的电子产品,例如导弹制导,它们还不够小。

7月的一天,杰克-基尔比在德州仪器公司工作时突然想到,电路的所有部分,不仅仅是晶体管,都可以用硅制造。当时,没有人把电容和电阻放入集成电路中。这将改变未来,使集成电路的生产和销售变得更加容易。基尔比的老板喜欢这个想法,并让他开始工作。到9月12日,基尔比建立了一个工作模型,2月6日,德州仪器申请了专利。他们的第一个 "固体电路 "只有指尖大小。

与此同时,在加利福尼亚,另一个人也有同样的想法。1959年1月,罗伯特-诺伊斯在小型飞兆半导体创业公司工作。他也意识到整个电路可以放在一个单一的芯片中。虽然基尔比已经解决了制造单个元件的细节问题,但诺伊斯想到了一种更好的连接部件的方法。这种设计被称为 "单元电路"。所有这些细节都得到了回报,因为1961年4月25日,当基尔比的申请仍在分析中时,专利局将第一个集成电路的专利授予了罗伯特-诺伊斯。今天,这两个人都被认为是独立构思了这个想法。

很快就出现了两种集成电路:混合型(HIC)和单片型(MIC)。混合型电路在20世纪末消亡。

代数

命名

期间

每个芯片上的晶体管数量(大约)。

SSI (小规模整合)

60年代初

一个芯片只包含几个晶体管

MSI(中等规模的整合)。

60年代末

每个芯片上有数百个晶体管

LSI (大规模集成)

1970年代中期

每块芯片上有几万个晶体管

VLSI (超大规模集成)

20世纪末

世纪

数以十万计的晶体管

ULSI(超大规模集成)。

21世纪

超过100万个晶体管

※ VLSI和ULSI之间的区别没有很好的定义。

分类

集成电路可以封装为DIP(双列直插式封装)、PLCC(塑料引线式芯片载体)、TSOP(薄型小列直插式封装)、PQFP(塑料四方扁平封装)和其他芯片封装类型。一些小的是采用表面贴装技术封装的。里面的晶体管在不寻常的电路中可以是双极晶体管,例如那些需要很高开关速度的电路。然而,大多数是MOSFET

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问题和答案

问:什么是集成电路?
答:集成电路,又称IC或微芯片,是一块专门制备的硅片,在上面用光刻法蚀刻出电子电路。

问:硅芯片上可以包括哪些装置的例子?
答:硅芯片可以包含逻辑门、计算机处理器、存储器和特殊装置。

问:为什么要用塑料包装来包围芯片?
答:芯片是非常脆弱的,所以用塑料包装来保护它。

问:如何与芯片进行电接触?
答:与芯片的电接触是通过微小的电线来实现的,这些电线将芯片与伸出封装的较大的金属引脚相连。

问:使用集成电路而不是分立电路的两个优点是什么?
答:与分立电路相比,集成电路有两个主要优势:成本和性能。成本低是因为数百万个晶体管可以放在一个芯片上,而不是用单个晶体管构建一个电路。性能较高,因为元件可以更快速地运行,并使用更少的功率。

问:集成电路有哪些不同的类型?
答:集成电路可分为模拟、数字和混合信号(同一芯片上既有模拟又有数字)。

问:一个芯片可以为特定目的而设计吗?
答:是的,一个芯片可以为特定目的而设计,如一个计算器芯片只能作为计算器使用。

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