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集成电路0 J; O, Q7 ]# k- G6 X2 b2 W
& k3 Y A* y" f, [一、概述6 b2 k1 b1 I' h: t; n7 h
集成电路(integrated circuit,港台称之为积体电路)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,这样,整个电路的体积大大缩小,且引出线和焊接点的数目也大为减少,从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。
8 J9 G2 j* V- ~7 B 集成电路具有体积小,重量轻,引出线和焊接点少,寿命长,可靠性高,性能好等优点,同时成本低,便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用,同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备,其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍,设备的稳定工作时间也可大大提高。
* H" s, S, Z, ?5 o& \) o 它在电路中用字母“IC”(也有用文字符号“N”等)表示。
: p% @" V2 b8 n; s( _) R+ }( d8 y二、集成电路的分类
8 ^6 I. x; l5 v+ j! b; a 6 e. @: Y. ]7 G. R2 g2 s
(一)按功能结构分类# v! b0 r7 T0 P2 f8 B: e
集成电路按其功能、结构的不同,可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。
4 b2 P# y! T5 O 模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号(指幅度随时间边疆变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等),其输入信号和输出信号成比例关系。而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号(指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如VCD、DVD重放的音频信号和视频信号)。7 `- F. c5 e7 O5 \
(二)按制作工艺分类2 y: S5 {5 s3 Q L
集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。' q3 P( m* o! q% n
膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。
' U7 q: r9 \: ?8 ^) L0 y3 ^) O) P (三)按集成度高低分类* a2 q5 }' `. k y1 J4 e6 g) e: j
集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、特大规模集成电路和巨大规模集成电路。
/ a) A2 H+ U3 v (四)按导电类型不同分类
6 E/ t, M4 `8 m [/ P3 c 集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路,他们都是数字集成电路." w7 [4 q$ A, e3 z3 h9 q! x
双极型集成电路的制作工艺复杂,功耗较大,代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极型集成电路的制作工艺简单,功耗也较低,易于制成大规模集成电路,代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型。
8 R3 Q$ L4 M, s, V0 } (五)按用途分类9 |; J! o/ X) |3 M3 q7 [$ _/ E
集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑(微机)用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。 O' x3 O7 V9 k' Q" z) u
1.电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、彩色解码集成电路、AV/TV转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器(CPU)集成电路、存储器集成电路等。
: z/ e* o* J+ N8 H 2.音响用集成电路包括AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路,电子音量控制集成电路、延时混响集成电路、电子开关集成电路等。
* A0 q% Q. A) p$ h ^! M 3.影碟机用集成电路有系统控制集成电路、视频编码集成电路、MPEG解码集成电路、音频信号处理集成电路、音响效果集成电路、RF信号处理集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电动机驱动集成电路等。! F1 y! e/ m o" c9 O8 z5 ]
4.录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集成电路、音频处理集成电路、视频处理集成电路。
, {5 Y ~' {3 ~/ Q (六)按应用领域分: t4 R) h. R7 A, Z4 l/ O& s' C/ S( W7 {) H
集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和专用集成电路。
# _( j: d1 w2 A4 R3 N+ t (七)按外形分1 M+ L9 P) @4 X# T( R r
集成电路按外形可分为圆形(金属外壳晶体管封装型,一般适合用于大功率)、扁平型(稳定性好,体积小)和双列直插型.
M$ Y l" E1 r( A4 p5 f3 ?三、集成电路发展简史
" F% j! _4 U% q. C 1.世界集成电路的发展历史% ?& |$ c c: ^* h3 q, \/ ?; o, m
1947年:贝尔实验室肖克莱等人发明了晶体管,这是微电子技术发展中第一个里程碑;6 i, K. P9 b4 D# K6 a/ I
1950年:结型晶体管诞生;
7 e4 d5 [% x: E% S* P! E- y; ^ 1950年: R Ohl和肖特莱发明了离子注入工艺;6 E0 n) b4 x# {
1951年:场效应晶体管发明;4 Y! @4 v; ?9 P1 U8 w2 I- d
1956年:C S Fuller发明了扩散工艺;
4 j+ k# R0 j6 Y$ Q; l' u: u 1958年:仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路,开创了世界微电子学的历史;
( H+ `) v" W/ T" E) e 1960年:H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺;) k2 S# v. Q& Z
1962年:美国RCA公司研制出MOS场效应晶体管;
% j6 H, ~7 ]0 L( E% S3 h" i 1963年:F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术,今天,95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺;" M$ M3 z- Q5 ]- R+ G% J9 r
1964年:Intel摩尔提出摩尔定律,预测晶体管集成度将会每18个月增加1倍;
# b( @ G, N* }) I% q 1966年:美国RCA公司研制出CMOS集成电路,并研制出第一块门阵列(50门);
& l M! Q$ {- W- ] 1967年:应用材料公司(Applied Materials)成立,现已成为全球最大的半导体设备制造公司;
1 U, \ K; ~+ b, A9 f 1971年:Intel推出1kb动态随机存储器(DRAM),标志着大规模集成电路出现;
: }4 y2 Y& O: H8 x) ?1 v 1971年:全球第一个微处理器4004由Intel公司推出,采用的是MOS工艺,这是一个里程碑式的发明;( ] J" \4 u/ G6 y& K' x X
1974年:RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802;
1 P( c. T+ }1 K5 k 1976年:16kb DRAM和4kb SRAM问世;
" h: E* q5 W3 k. m 1978年:64kb动态随机存储器诞生,不足0.5平方厘米的硅片上集成了14万个晶体管,标志着超大规模集成电路(VLSI)时代的来临;/ g2 }. P; q, \1 ]1 ?1 S- V
1979年:Intel推出5MHz 8088微处理器,之后,IBM基于8088推出全球第一台PC;
8 R6 {! N& P& d2 e4 I" ?* C 1981年:256kb DRAM和64kb CMOS SRAM问世;: |- S) G4 Q2 ]7 n+ s7 M8 R( e
1984年:日本宣布推出1Mb DRAM和256kb SRAM;
- t2 N; g1 ~7 @1 O; S# R* J 1985年:80386微处理器问世,20MHz;3 J5 h/ T9 o+ p
1988年:16M DRAM问世,1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管,标志着进入超大规模集成电路(ULSI)阶段;9 I) B0 E& x9 {1 q& O9 Y
1989年:1Mb DRAM进入市场;
- L# v: `& Q. ^$ }8 B 1989年:486微处理器推出,25MHz,1μm工艺,后来50MHz芯片采用 0.8μm工艺;
- O1 L' b4 z1 C 1992年:64M位随机存储器问世;
! z# j9 n& p( c2 P" J1 h 1993年:66MHz奔腾处理器推出,采用0.6μm工艺;& L9 ]; }& S' U/ u5 g$ A, H3 j
1995年:Pentium Pro, 133MHz,采用0.6-0.35μm工艺;
1 x# g+ u4 ^; b. Q5 D 1997年:300MHz奔腾Ⅱ问世,采用0.25μm工艺;
, K, J" W" Q+ ?6 e- H3 \7 W; _% N0 v 1999年:奔腾Ⅲ问世,450MHz,采用0.25μm工艺,后采用0.18μm工艺;$ X' a- o0 R* p# v
2000年: 1Gb RAM投放市场;
) L" b* r# [0 j) {: ^ 2000年:奔腾4问世,1.5GHz,采用0.18μm工艺;( ]' e. z) u4 n% n5 e i! V
2001年:Intel宣布2001年下半年采用0.13μm工艺。3 {( N9 w8 i! n9 D' a( q
2.我国集成电路的发展历史
' J$ R4 d& E: E1 S) d 我国集成电路产业诞生于六十年代,共经历了三个发展阶段:
* G& W$ c# m# E; m* O- ~: ~6 p 1965年-1978年:以计算机和军工配套为目标,以开发逻辑电路为主要产 品,初步建立集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件;
# q( W' R b6 A0 W, e) u 1978年-1990年:主要引进美国二手设备,改善集成电路装备水平,在“治散治乱”的同时,以消费类整机作为配套重点,较好地解决了彩电集成电路的国产化;
' m! q0 X$ N6 ]. ~* V1 z3 Z% @ 1990年-2000年:以908工程、909工程为重点,以CAD为突破口,抓好科技攻关和北方科研开发基地的建设,为信息产业服务,集成电路行业取得了新的发展。 |
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