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實用電子/ICs

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積體電路,也稱為IC或非正式地稱為“微晶片”或“晶片”,是在封裝在一個小型矽片上的微型電子電路,該封裝允許它連線到電路。它們可以執行許多功能,從簡單的邏輯閘和其他簡單器件,如計數器移位暫存器,到計算機處理器。

任何構建在單個矽片上的器件都被稱為“單片”,來自希臘語“單石”。

IC的優勢

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IC的引入,代表了電子裝置構建的革命性正規化轉變。以前,所有電子裝置都必須用基本元件來製作,而現在,一些標準模組可以以“微晶片”的形式插入。

這降低了成本(在本華夏公益教科書中使用的一種簡單IC的價格在10便士到1英鎊之間),與可能數十個甚至數百個離散元件的等效成本相比。

此外,由於器件高度小型化,它們佔用的空間更小,功耗更低,由於內部元件彼此非常靠近,因此執行速度更快,噪聲更低。

現代IC可以在1mm²的矽片上整合多達1,000,000個電晶體。

IC的形態

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所有IC都具有相同的基本部分。IC的核心是晶片。它是構建電路的矽片。它通常邊長小於1mm,通常位於器件的幾何中心。

晶片透過細線(通常為20μm或更細)連線到引腳。引腳是金屬突出部分,用於與外部電路接觸。引腳通常以大多數常見微晶片兩側突出部分的形式出現。引腳也可以是垂直引腳或位於IC底面的小焊球。

晶片和引腳被設定在載體中。這是IC的主體,通常由塑膠或陶瓷製成。為了定位器件,載體上通常包含一個缺口、圓點或切角。

有關IC封裝設計的更多資訊,請參閱"實用電子封裝""如何識別積體電路(IC)晶片封裝"

整合規模

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IC中的電晶體數量決定了IC的整合規模。整合規模越高,IC越複雜。下表顯示了整合規模劃分的大致輪廓。請記住,沒有嚴格的規則來管理整合規模的命名,隨著半導體技術的進步,今天被認為“非常大”的電晶體數量在未來將顯得微不足道。

整合規模 電晶體數量 示例
SSI 小規模整合 10+ 555定時器
MSI 中規模整合 100+
LSI 大規模整合 10,000+
VLSI 超大規模整合 100,000+ 計算機處理器
ULSI 超超大規模整合 用於描述電晶體數量明顯大於當時常見的IC。
WSI 晶圓級整合 使用整個矽晶圓(直徑超過300mm)的IC。它們將包含數十億個電晶體,但通常被認為不切實際,並且沒有被IC製造商廣泛採用。

邏輯族

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自IC首次問世以來,IC中元件的佈局發生了翻天覆地的變化。隨著更現代的工藝允許在晶片中蝕刻更小、更精確的元件,可以使用不同型別的電子器件,從而使IC的效能不斷變化和提高。以下是對主要IC族的簡要總結。有關每個族的詳細資訊,請訪問連結頁面。

最早的IC使用電阻器和電晶體,以一種稱為電阻-電晶體邏輯(RTL)的形式。這種邏輯在輸入超過三個時極易受噪聲影響,因此只適合非常小規模的器件。

接下來是二極體-電晶體邏輯(DTL)。它使用二極體來補充RTL中使用的電阻器,但仍然存在許多問題,包括非常長的傳播延遲(改變狀態所需的時間)。

電晶體-電晶體邏輯(TTL)是一種非常流行的IC格式,今天仍然在某些地方使用。它基本上只使用電晶體來完成其功能。

如今,大多數IC都是CMOS,它們具有非常低的靜態電流消耗、高噪聲抑制能力和靈活的電壓供應要求。

其他族包括發射極耦合邏輯(ECL)和整合注入邏輯(I2L)。

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