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積體電路
圖片來自CASE報科學

積體電路(integrated circuit)也稱集成電路是一種微型電子器件或部件[1]。採用一定的工藝,把一個電路中所需的晶體管電阻電容電感等元件及布線互連一起,製作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上,然後封裝在一個管殼內,成為具有所需電路功能的微型結構;其中所有元件在結構上已組成一個整體,使電子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。它在電路中用字母「IC」表示。集成電路發明者為傑克·基爾比(基於鍺(Ge)的集成電路)和羅伯特·諾伊思(基於硅(Si)的集成電路)。當今半導體工業大多數應用的是基於硅的集成電路。

是20世紀50年代後期一60年代發展起來的一種新型半導體器件。它是經過氧化光刻、擴散、外延、蒸鋁等半導體製造工藝,把構成具有一定功能的電路所需的半導體、電阻、電容等元件及它們之間的連接導線全部集成在一小塊硅片上,然後焊接封裝在一個管殼內的電子器件。其封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式。集成電路技術包括芯片製造技術與設計技術,主要體現在加工設備,加工工藝,封裝測試,批量生產及設計創新的能力上。

集成電路的發展

最先進的集成電路是微處理器或多核處理器的核心,可以控制一切電路,從數字微波爐手機電腦記憶體特定應用積體電路是其他集成電路家族的例子,對於現代信息社會非常重要。雖然設計開發一個複雜集成電路的成本非常高,但是當成本分散到數以百萬計的產品上時,每個集成電路的成本便能最小化。集成電路的性能很高,因為小尺寸帶來短路徑,使得低功率邏輯電路可以在快速開關速度應用。

這些年來,集成電路持續向更小的外型尺寸發展,使得每個芯片可以封裝更多的電路。這樣增加了每單位面積容量,可以降低成本和增加功能-見摩爾定律,集成電路中的晶體管數量,每1.5年增加一倍。總之,隨着外形尺寸縮小,幾乎所有的指標改善了-單位成本和開關功率消耗下降,速度提高。但是,集成納米級別設備的IC不是沒有問題,主要是洩漏電流。因此,對於最終用戶的速度和功率消耗增加非常明顯,製造商面臨使用更好幾何學的尖銳挑戰。這個過程和在未來幾年所期望的進步,在半導體國際技術路線圖中有很好的描述。

集成電路的普及

僅僅在其開發後半個世紀,集成電路變得無處不在,電腦、手機和其他數字電器成為現代社會結構不可缺少的一部分。這是因為,現代計算、交流、製造和交通系統,包括互聯網,全都依賴於集成電路的存在。甚至很多學者認為有集成電路帶來的數位革命是人類歷史中最重要的事件。IC的成熟將會帶來科技的大躍進,不論是在設計的技術上,或是半導體的製程突破,兩者都是息息相關。

集成電路圖
圖片來自itw01

分類

集成電路的分類方法很多,依照電路屬類比數位,可以分為:類比積體電路數位積體電路混合訊號積體電路(類比和數位在一個芯片上)。

數位積體電路可以包含任何東西,在幾平方毫米上有從幾千到百萬的邏輯門正反器、多工器和其他電路。這些電路的小尺寸使得與板級集成相比,有更高速度,更低功耗(參見低功耗設計)並降低了製造成本。這些數字IC,以微處理器、數字信號處理器微控制器為代表,工作中使用二進制,處理1和0信號。

類比積體電路有,例如傳感器、電源控制電路和運放,處理類比訊號。完成放大濾波解調混頻的功能等。通過使用專家所設計、具有良好特性的類比積體電路,減輕了電路設計師的重擔,不需凡事再由基礎的一個個電晶體處設計起。

集成電路可以把類比和數位電路集成在一個單芯片上,以做出如類比數位轉換器數位類比轉換器等器件。這種電路提供更小的尺寸和更低的成本,但是對於信號衝突必須小心。

影片

A3-2積體電路的製作流程

參考文獻