Klasifikasi dan struktur litar bersepadu

Litar Bersepadu (ICS) berada di tengah -tengah hampir semua elektronik moden, yang membolehkan fungsi peranti dari telefon bimbit ke sistem ketenteraan maju.Sama pentingnya, memahami jenis, struktur, proses pembuatan, dan bentuk pembungkusan yang berbeza untuk menghargai peranan dalam elektronik.Dalam artikel ini, kami akan meneroka pelbagai aspek litar bersepadu, mulai dari pengkategorian dan fungsi mereka kepada butiran rumit struktur mereka dan jenis pembungkusan yang digunakan dalam pembuatan mereka.

Katalog

Memahami semikonduktor dan litar bersepadu

Litar bersepadu (ICS) Berdiri di tengah -tengah elektronik moden, komponen tenunan yang rumit seperti perintang dan transistor ke platform silikon bersatu menggunakan kaedah semikonduktor yang canggih.Penggantian istilah yang kerap seperti semikonduktor, litar bersepadu, dan Chip menekankan hubungan rumit mereka dalam landskap teknologi. Semikonduktor secara meluas dibahagikan kepada empat kategori: litar bersepadu, peranti optoelektronik, komponen sensitif, dan unsur -unsur diskret.Bahagian dominan kira -kira 80% pengeluaran semikonduktor dikhaskan untuk ICS, mempamerkan tumpuan industri yang sengit.Ini cip berasaskan silikon wafer, bertindak sebagai daya penggerak untuk pengiraan dan penyimpanan, mencari peranan yang merangkumi dari elektronik pengguna ke aplikasi ketenteraan.

Evolusi semikonduktor dan ICS menceritakan kisah kemajuan besar yang telah membentuk kain teknologi hari ini.Abad pertengahan abad ke-20 menggariskan penemuan asas dalam fizik semikonduktor, menetapkan pentas untuk pengurangan litar.

Klasifikasi litar bersepadu

Litar Bersepadu (ICS) menggerakkan segala -galanya dari telefon pintar dan komputer ke peranti perubatan dan sistem automotif.Komponen kecil namun berkuasa ini mengintegrasikan pelbagai fungsi elektronik, mengurangkan saiz, kos, dan kerumitan sambil meningkatkan prestasi.Litar bersepadu diklasifikasikan ke dalam pelbagai jenis berdasarkan struktur, fungsi, proses pembuatan, dan aplikasi mereka.Kami akan menyelam ke dalam kategori ICS yang berbeza, memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang peranan mereka dalam peranti elektronik.

Fungsi dan struktur

Litar bersepadu boleh dikategorikan berdasarkan fungsi dan struktur litar yang mereka ada.Klasifikasi ini membantu anda mengenal pasti aplikasi dan tingkah laku ICS tertentu.

• Litar bersepadu analog (ICS linear): ICS ini memproses isyarat berterusan, di mana output berbeza secara proporsional dengan input.IC analog biasanya digunakan dalam aplikasi yang memerlukan penguatan isyarat, seperti sistem audio, radio, dan sensor.Contoh umum termasuk penguat operasi (OP-AMPs), pengawal selia voltan, dan penguat kuasa yang digunakan dalam peralatan audio.
• Litar bersepadu digital: IC digital beroperasi dengan isyarat diskret, yang bermaksud output mereka adalah satu siri nilai binari (0 dan 1).Litar ini penting dalam peranti yang melaksanakan tugas pengiraan, seperti mikropemproses (CPU), cip memori, dan pintu logik yang digunakan dalam komputer dan sistem digital.Mereka adalah tulang belakang teknologi pengkomputeran dan komunikasi moden.
• Litar bersepadu isyarat bercampur: IC ini mengintegrasikan kedua -dua litar analog dan digital pada cip yang sama.Ia digunakan dalam aplikasi di mana kedua -dua jenis isyarat perlu diproses serentak, seperti dalam penukar data (ADC/DAC), sistem komunikasi, dan sistem sensor bersepadu.IC isyarat campuran membolehkan pemprosesan isyarat yang cekap dan penukaran data dalam pelbagai aplikasi, dari sistem audio ke pemprosesan isyarat digital.

Proses pembuatan litar bersepadu

ICS boleh diklasifikasikan berdasarkan proses pembuatan yang digunakan untuk menghasilkannya.Kaedah pengeluaran mempengaruhi kerumitan, saiz, dan prestasi IC.

• ICS semikonduktor: Ini adalah jenis IC yang paling biasa dan terutamanya dibuat dari wafer silikon.IC semikonduktor digunakan dalam pelbagai aplikasi, dari elektronik pengguna ke peranti perindustrian.Fabrikasi IC semikonduktor melibatkan fotolitografi, etsa, dan teknik pemendapan untuk membina lapisan bahan, mewujudkan komponen litar individu pada cip silikon.
• Litar Bersepadu Filem (ICS filem): IC ini dicipta dengan mendepositkan lapisan nipis atau tebal bahan untuk membentuk komponen litar.Mereka biasanya digunakan dalam aplikasi khusus di mana ciri -ciri prestasi IC semikonduktor mungkin tidak sesuai.IC filem biasanya dijumpai dalam aplikasi sensor, perintang khusus, dan aplikasi kuasa tinggi.Proses pembuatan mereka melibatkan teknik seperti pemendapan wap dan pemendapan wap kimia (CVD) untuk membentuk lapisan filem nipis pada substrat.

Tahap integrasi

ICS bervariasi dalam kerumitan berdasarkan berapa banyak komponen (transistor, perintang, kapasitor) disepadukan ke cip tunggal.Tahap integrasi secara langsung memberi kesan kepada fungsi, prestasi, dan saiz IC.

• Integrasi Skala Kecil (SSI): SSI IC mengandungi hanya beberapa komponen setiap cip (biasanya kurang daripada 10), menjadikannya sesuai untuk aplikasi mudah.Contohnya termasuk IC berasaskan transistor awal yang digunakan dalam litar logik asas dan penguat isyarat kecil.
• Integrasi Skala Sederhana (MSI): MSI IC mengintegrasikan beratus -ratus komponen ke cip tunggal.Tahap integrasi ini biasanya digunakan dalam peranti seperti kalkulator dan sistem komputer awal.
• Integrasi berskala besar (LSI): LSI IC mengandungi beribu -ribu komponen, menjadikannya sesuai untuk tugas yang lebih kompleks seperti mikropemproses dan cip memori yang digunakan dalam komputer peribadi dan peranti mudah alih.
• Integrasi berskala besar (VLSI): VLSI IC mengintegrasikan puluhan ribu hingga berjuta -juta komponen pada cip tunggal.IC ini digunakan dalam peranti canggih seperti CPU moden, GPU, dan sistem komunikasi yang kompleks.
• Integrasi berskala besar (ULSI) dan integrasi skala Giga (GSI): Ulsi dan GSI mewakili tahap integrasi tertinggi, di mana berbilion -bilion transistor dan komponen lain diintegrasikan ke dalam cip tunggal.IC ini digunakan dalam teknologi canggih seperti superkomputer, unit pemprosesan AI, dan pusat data berprestasi tinggi.

Jenis kekonduksian litar bersepadu

ICS diklasifikasikan lagi berdasarkan jenis kekonduksian yang digunakan dalam fabrikasi mereka.Kedua -dua jenis utama adalah bipolar dan unipolar, dengan setiap menawarkan kelebihan yang berbeza bergantung kepada aplikasi.

• ICS Bipolar: IC ini menggunakan kedua -dua pembawa caj positif dan negatif (lubang dan elektron) untuk menjalankan arus.IC bipolar sering digunakan dalam aplikasi berkelajuan tinggi, tetapi mereka mengambil lebih banyak kuasa daripada IC unipolar.Contoh-contoh biasa termasuk TTL (Logik Transistor-Transistor) dan ECL (Logik-Logik yang Dikeluarkan), yang digunakan dalam pintu logik dan sistem komunikasi yang berprestasi tinggi.
• Unipolar ICS: Unipolar ICS hanya menggunakan satu jenis pembawa caj (biasanya elektron) untuk kekonduksian.IC ini menawarkan penggunaan kuasa yang lebih rendah dan lebih mudah untuk menghasilkan integrasi berskala besar, menjadikannya sesuai untuk peranti elektronik moden.CMOS (pelengkap logam-oksida semikonduktor) IC adalah contoh yang sama, yang digunakan secara meluas dalam segala-galanya dari mikropemproses kepada sensor.

Litar bersepadu khusus

Litar bersepadu juga boleh dikategorikan berdasarkan tujuan atau aplikasi khusus mereka.IC khusus tujuan ini dioptimumkan untuk fungsi tertentu, yang membolehkan reka bentuk yang lebih cekap dan padat.

• ICS pemprosesan audio dan video: IC ini digunakan dalam peranti seperti penguat audio, penyahkod video, dan sensor imej.Mereka direka untuk mengendalikan isyarat analog atau digital yang berkaitan dengan bunyi dan video.
• ICS mikropemproses: Jantung sistem pengkomputeran, mikropemproses adalah IC yang sangat kompleks yang mengendalikan semua tugas pengiraan dan kawalan dalam komputer.Contohnya termasuk siri Intel Core dan pemproses berasaskan lengan yang digunakan dalam telefon pintar.
• ICS komunikasi: IC ini digunakan dalam peranti komunikasi tanpa wayar, seperti radio, telefon bimbit, dan sistem Wi-Fi.Mereka menguruskan pemprosesan isyarat, modulasi, dan pengekodan.
• ICS Elektronik Pengguna: Ini termasuk IC untuk kamera, peralatan rumah, dan peranti harian yang lain.IC khusus untuk aplikasi ini mengendalikan tugas seperti kawalan antara muka pengguna, peraturan kuasa, dan pemprosesan isyarat.

Penampilan litar bersepadu

Penampilan fizikal dan pembungkusan litar bersepadu (ICS) adalah pertimbangan dalam menentukan kesesuaian mereka untuk aplikasi yang berbeza.Jenis pembungkusan mempengaruhi prestasi IC, pelesapan haba, kemudahan pengendalian, dan bagaimana ia diintegrasikan ke dalam papan litar.IC boleh didapati dalam beberapa jenis pakej, masing -masing dengan ciri -ciri yang berbeza untuk memenuhi keperluan khusus

Struktur dan komposisi litar bersepadu

Litar bersepadu (IC) adalah komponen elektronik padat yang mengintegrasikan pelbagai komponen diskret seperti transistor, perintang, kapasitor, dan induktor ke dalam satu peranti mikroelektronik tunggal.Komponen ini saling berkaitan menggunakan proses tertentu pada wafer semikonduktor atau substrat dielektrik, membentuk litar kompleks yang menyampaikan fungsi elektronik yang diperlukan.Sebaik sahaja litar dibuat pada wafer, ia dikemas dalam pakej, menjadikan IC sebagai mikrostruktur lengkap yang direka untuk melaksanakan tugas tertentu.

Perkembangan litar bersepadu mewakili lonjakan yang ketara dalam pengurangan, kecekapan tenaga, kecerdasan, dan kebolehpercayaan dalam komponen elektronik.Memandangkan teknologi IC telah maju, struktur dalaman telah menjadi semakin kompleks, terutamanya disebabkan oleh banyak transistor (sering puluhan ribu) yang terlibat dalam penciptaan IC moden.Untuk menjadikan struktur lebih mudah difahami, adalah berguna untuk memeriksa IC dalam lapisan hierarki, berkembang dari tahap sistem ke tahap transistor.

Tahap sistem

Di peringkat tertinggi, tahap sistem mewakili sistem fungsi lengkap yang menyokong IC.Sebagai contoh, dalam telefon pintar, keseluruhan peranti adalah sistem yang kompleks yang terdiri daripada pelbagai litar bersepadu seperti pemproses, cip memori, dan modul komunikasi, yang berfungsi bersama untuk menyokong fungsi seperti panggilan, permainan, pelayaran internet, dan main balik multimedia.Walaupun sistem ini boleh melibatkan pelbagai cip, teknologi yang lebih baru seperti Sistem pada CHIP (SOC) membolehkan integrasi keseluruhan sistem pada cip tunggal.

Tahap modul

Tahap sistem dipecah menjadi modul berfungsi yang lebih kecil yang berfungsi sebagai peranan tertentu dalam sistem yang lebih besar.Modul ini boleh termasuk:

• Pengurusan Kuasa: ICS yang bertanggungjawab untuk peraturan voltan dan pengagihan tenaga.
• Modul komunikasi: IC yang didedikasikan untuk komunikasi tanpa wayar seperti Wi-Fi, Bluetooth, atau Connectivity Cellular.
• Paparan pemacu: Modul mengawal rendering imej pada skrin.
• Pemprosesan audio dan ucapan: Modul untuk penangkapan dan output bunyi.
• Unit pemprosesan: Modul yang didedikasikan untuk pengiraan keseluruhan, seperti unit pemprosesan pusat (CPU) atau unit pemprosesan grafik (GPU).

Setiap modul adalah subsistem serba lengkap, yang direka untuk melaksanakan tugas-tugas tertentu dalam sistem yang lebih besar, menjadikan sistem lebih cekap dan boleh dipercayai.

Daftar Tahap Pemindahan (RTL)

Di peringkat pemindahan daftar (RTL), setiap modul terdiri daripada litar yang memproses maklumat digital, selalunya dalam bentuk 0s dan 1s.Contoh umum ialah modul litar digital, yang melakukan operasi logik.RTL terdiri daripada daftar dan litar logik gabungan. Peralihan menyimpan data binari sementara dan dikawal oleh isyarat jam, yang menentukan berapa lama data tetap disimpan.Logik gabungan melibatkan pintu logik seperti dan, atau, tidak, dan lain -lain.Sebagai contoh, pintu dan pintu menghasilkan output hanya apabila kedua -dua input adalah tinggi (1), manakala pintu atau pintu menghasilkan output apabila sekurang -kurangnya satu input adalah tinggi.Isyarat jam menyelaraskan masa operasi ini, memastikan bahawa mendaftarkan data memindahkan data pada selang waktu yang tepat, yang membolehkan seluruh sistem berfungsi selaras.

Tahap Pintu

Tahap seterusnya, tahap pintu, menyelam lebih jauh ke pintu logik individu yang membentuk litar logik gabungan dalam RTL.Pintu logik ini terdiri daripada transistor, seperti dan, atau, nand, dan gerbang, yang bertindak sebagai suis, mengawal aliran isyarat elektrik dalam litar.Setiap pintu dibina dari komponen peringkat transistor, membentuk asas semua operasi logik digital.

Tahap Transistor

Di peringkat terendah, tahap transistor terdiri daripada transistor individu yang membentuk teras semua pintu logik.Transistor bertindak sebagai suis yang mengawal aliran arus elektrik melalui litar, membolehkan atau menyekat semasa berdasarkan isyarat input.Dua jenis utama transistor yang digunakan dalam pembuatan IC adalah:

• Transistor Junction Bipolar (BJTS): Ini digunakan secara meluas dalam ICS awal dan sangat baik untuk tugas penguatan, tetapi mereka cenderung mempunyai penggunaan kuasa yang lebih tinggi.
• Transistor kesan medan logam-oksida-semikonduktor (MOSFET): Transistor ini sebahagian besarnya menggantikan BJT kerana kecekapan kuasa mereka yang lebih baik, kelajuan penukaran yang lebih cepat, dan keupayaan untuk direka dalam kuantiti yang besar dengan penggunaan kuasa yang rendah.MOSFET kini menjadi asas hampir semua IC moden.

Semua pintu logik dan litar, sama ada dalam sistem digital atau analog, dibina daripada kombinasi unsur -unsur transistor asas ini, yang saling berkaitan melalui pendawaian logam pada substrat semikonduktor.

Pakej litar bersepadu

Selepas IC dibuat, mereka mesti dibungkus untuk digunakan dalam peranti elektronik.Pakej ini melindungi semikonduktor halus dan memudahkan sambungannya ke papan litar.Beberapa jenis pakej digunakan, masing -masing sesuai dengan aplikasi yang berbeza:

Pakej Garis Besar Kecil (SOP)

SOP (pakej garis besar kecil), yang juga dikenali sebagai SOL atau DFP, adalah pakej permukaan permukaan yang digunakan secara meluas untuk ICS.Ia telah membawa yang meluas dari kedua-dua belah pakej, membentuk bentuk L.Pakej SOP boleh didapati di kedua-dua bahan plastik dan seramik, dan mereka adalah perkara biasa dalam IC ingatan dan IC bersaiz kecil-ke-sederhana dengan sehingga 40 pin.Pelbagai bentuk SOP, seperti SSOP, TSSOP, dan SOIC, telah dibangunkan untuk aplikasi yang lebih padat dan khusus.

Arahan Grid Pin (PGA)

Pakej PGA (Pin Grid Array) biasanya digunakan untuk mikropemproses.Dalam pakej ini, IC ditempatkan dalam badan seramik, dan pin disusun dalam corak grid persegi di bahagian bawah pakej.Pin ini dimasukkan ke dalam soket yang sepadan pada PCB dan disolder di tempatnya.PGA sangat sesuai untuk aplikasi yang memerlukan pemasangan dan penyingkiran cip mudah, seperti mikropemproses dalam komputer peribadi.Pemproses Intel Pentium awal menggunakan pakej PGA.

Arahan Grid Ball (BGA)

BGA (Arus Grid Ball) adalah pakej yang lebih maju, sering digunakan untuk cip berprestasi tinggi seperti CPU, GPU, dan modul memori.Dalam pakej ini, IC disambungkan ke PCB melalui bola solder dan bukannya pin tradisional.Bola ini membentuk grid di bahagian bawah pakej dan diletakkan ke PCB menggunakan fluks dan mesin automatik.Pakej BGA membolehkan bilangan sambungan yang lebih tinggi, mengurangkan induktansi plumbum, dan meningkatkan integriti isyarat kerana sambungan yang lebih pendek antara cip dan PCB.BGA digunakan dalam litar berkelajuan tinggi, berkepadatan tinggi, termasuk konsol permainan dan pelayan.

Pakej Dual In-Line (Dip)

Dip (pakej dalam talian dwi) adalah salah satu format pakej tradisional yang paling biasa untuk ICS.Ia terdiri daripada IC dengan dua baris pin, yang dimasukkan ke dalam lubang yang sepadan pada PCB.Dip paling biasa digunakan untuk IC yang lebih kecil, biasanya dengan kurang daripada 100 pin.Dips mudah dikendalikan, menjadikannya ideal untuk prototaip dan kerja pembaikan.Walau bagaimanapun, saiz mereka menjadi kurang popular dalam reka bentuk moden, padat, kerana teknologi permukaan-mount yang lebih baru menawarkan kecekapan ruang yang lebih baik.

Kesimpulan

Struktur litar bersepadu sangat kompleks, dengan setiap peringkat memainkan peranan besar dalam mewujudkan fungsi elektronik yang dikehendaki.Dari tahap sistem ke tahap transistor individu, setiap komponen direka dengan teliti dan disambungkan untuk membentuk litar yang cekap dan boleh dipercayai.Pembungkusan ICS ini, sama ada dalam format SOP, PGA, BGA, atau DIP, seterusnya memastikan bahawa ia disepadukan dengan tepat ke dalam sistem elektronik untuk digunakan dalam pelbagai aplikasi.

Soalan Lazim [Soalan Lazim]

1. Apakah pelbagai klasifikasi litar bersepadu berdasarkan kiraan pintu?

SSI: Integrasi berskala kecil, dengan 3 hingga 30 pintu per cip.

MSI: Integrasi berskala sederhana, dengan 30 hingga 300 pintu per cip.

LSI: Integrasi berskala besar, dengan 300 hingga 3,000 pintu per cip.

VLSI: Integrasi berskala besar, dengan lebih daripada 3,000 pintu per cip.

2. Apakah kategori utama litar bersepadu?

• IC filem nipis dan tebal.

• ICS monolitik.

• ICS hibrid atau berbilang cip.

3. Bagaimana pakej litar bersepadu dikategorikan?

• IC boleh dikategorikan berdasarkan kiraan pintu mereka:

• Integrasi berskala kecil (SSI): 3 hingga 30 pintu per cip.

• Integrasi berskala sederhana (MSI): 30 hingga 300 pintu per cip.

• Integrasi berskala besar (LSI): 300 hingga 3,000 pintu per cip.

4. Jenis pembungkusan yang biasanya digunakan untuk litar bersepadu?

Pakej litar bersepadu biasanya diperbuat daripada bahan seramik atau plastik, dengan pengedap hermetik untuk perlindungan alam sekitar.Konfigurasi PIN boleh:

• Single Side (mis., Single Inline atau Zigzag Lead Pattern).

• Dual side (mis., Pakej dwi dalam talian, atau berenang).

• Empat sisi (mis., Pakej quad).

5. Apakah dua jenis utama litar bersepadu?

• ICS digital.

• ICS analog.