2022年2022年集成电路分类及其特点 .pdf

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1、多学时电子技术专题报告 时间：2014春季学期班级：1208101 学号：1120810102 姓名：王云集成电路分类及其特点 摘要：集成电路根据不同的功能用途分为模拟和数字两大类别，而具体功能更是数不胜数，其应用遍及人类生活的方方面面。集成电路根据内部的集成度分为大规模、中规模、小规模三类。其封装也有许多形式：“双列直插”和“单列直插”的最为常见。消费类电子产品中用软封装的IC，精密产品中用贴片封装的IC 等。对于CMOS 型 IC，特别要注意防止静电击穿IC，最好也不要用未接地的电烙铁焊接。集成电路型号众多，随着技术的发展，又有更多的功能更强、集成度更高的集成电路涌现，为电子产品的生产制作

2、带来了方便。关键词：集成电路 分类 特点 发展趋势 关键技术 一、概述 集成电路（integrated circuit）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，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克基尔比-基于锗的集成电路 和罗伯特诺伊思-基于硅的集成电路（当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路）。仅仅在

3、其开发后半个世纪，集成电路变得无处不在，电脑，手机和其他数字电器成为现代社会结构不可缺少的一部分。这是因为，现代计算，交流，制造和交通系统，包括互联网，全都依赖于集成电路的存在。甚至很多学者认为有集成电路带来的数字革命是人类历史中最重要的事件。二、分类及其特点集成电路有很多种分类方法，常见的有以下几种：1.按使用功能分类 按使用功能主要分为模拟集成电路和数字集成电路两大类别。（1）模拟集成电路。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。主要有集成稳压器、运算放大器、功率放

4、大器及专用集成电路等。其主要类型如下图1：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 7 页 -多学时电子技术专题报告 时间：2014春季学期班级：1208101 学号：1120810102 姓名：王云图 1 常规模拟 IC 的分类（2）数字集成电路。数字电路是开关器件，以规定的电平响应导通和截止，用来产生、放大和处理各种数字信号。数字集成电路具有体积小功耗低可靠性高成本低且使用方便等优点，在自动控制测量仪器通信和电子计算机等领域里得到了广泛的应用。按结构不同可分为单极型和双极型电路，单极型电路有JFET、NM0S、PM0S、CM0S 四种，双极型电路有DTL、TTL、ECL

5、、HTL 等，其中最常用的主要有TTL和 CM0S两大系列。TTL 集成电路。双极型三极管三极管集成电路，简称TTL 电路，是一种性能优良的集成门电路，其开关速度快、抗干扰能力强、负载能力强，因此应用也最广泛。TTL 集成电路为正逻辑系统，即高电平（“1”）是大约3.6V 的正电压，低电平（“0”）是大约0.2 0.35V。TTL 集成电路主要有54 系列和 74 系列两种。其中，54系列为军用产品，74系列为民用产品。在 5474 系列后不加字母表示标准TTL电路（如 7410），如加有L、H、S 或 LS等字母，则分别表示低功耗、高速、肖特基和低功耗肖特基TTL 电路（如74H00 表示高

6、速 TTL 电路、74LS00 表示低功耗肖特基TTL 电路）。5474 系列产品，只要尾数相同（如74LS10和 7410），则逻辑功能和引脚排列完全相同。使用 TTL 集成电路注意事项 TTL集成电路的电源电压不能高于5.5V使用，不能将电源与地颠倒错接，否则将会因为过大电流而造成器件损坏。电路的各输入端不能直接与高于5.5V和低于-0.5V的低内阻电源连接，因为低内阻电源能提供较大的电流，导致器件过热而烧坏。除三态和集电极开路的电路外，输出端不允许并联使用。如果将 图 T306 双列直插集电极开路的门电路输出端并联使用而使电路具有线与功能时，应在其输出端加一个预先计算好的上拉负载电阻到V

7、CC端。输出端不允许与电源或地短路。否则可能造成器件损坏。但可以通过电阻与地相连，提高输出电平。在电源接通时，不要移动或插入集成电路，因为电流的冲击可能会造成其永久性损坏。多余的输入端最好不要悬空。虽然悬空相当于高电平，并不影响与非门的逻辑功能，但悬空容易受干扰，有时会造成电路的误动作，在时序电路中表现更为明显。因此，多余输入端一般不采用悬空办法，而是根据需要处理。例如：与门、与非门的多余输入端可直接接到VCC上；也可将不同的输入端通过一个公用电阻（几千欧）连到VCC上；或将多余的输入端和使用端并联。不用的或门和或非门等器件的所有输入端接地，也可将它们的输出端连到不使用的与门输入端上。对触发器

8、来说，不使用的输入端不能名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 7 页 -多学时电子技术专题报告 时间：2014春季学期班级：1208101 学号：1120810102 姓名：王云悬空，应根据逻辑功能接人电平。输入端连线应尽量短，这样可以缩短时序电路中时钟信号沿传输线的延迟时间。一般不允许将触发器的输出直接驱动指示灯、电感负载、长线传输，需要时必须加缓冲门。CM0S集成电路。CM0S集成电路以单极型晶体管为基本元件制成，是互补金属氧化物半导体集成电路的简称。由于CM0S 电路功耗低、电源电压范围宽（318V）、抗干扰能力强、输入阻抗高、扇出能力强、温度稳定性好、成本低等，

9、故应用范围极广，尤其是其制造工艺简单，为大量生产提供了方便。CM0S集成电路主要有 4000 系列、5474HC 系列、5474HCT 系列和5474HCU 四大类。CMOS 集成电路由于输入电阻很高，因此极易接受静电电荷。为了防止产生静电击穿，生产CMOS 在输入端都要加上标准保护电路，但这并不能保证绝对安全，因此使用CMOS 集成电路时，必须采取以下预防措施。存放 CMOS 集成电路时要屏蔽，一般放在金属容器中，也可以用金属箔将引脚短路。CMOS 集成电路可以在很宽的电源电压范围内提供正常的逻辑功能，但电源的上限电压（即使是瞬态电压）不得超过电路允许极限值、电源的下限电压（即使是瞬态电压）

10、不得低于 系统工作所必需的电源电压最低值Vmin，更不得低于VSS。焊接 CMOS 集成电路时，一般用20内热式电烙铁，而且烙铁要有良好的接地线。也可以利用电烙铁断电后的余热快速焊接。禁止在电路通电的情况下焊接。为了防止输入端保护二极管因正向偏置而引起损坏，输入电压必须处在VDD 和 VSS之间，即 VSS1VDD。调试 CMOS 电路时，如果信号电源和电路板用两组电源，则刚开机时应先接通电路板电源，后开信号源电源。关机时则应先关信号源电源，后断电路板电源。即在CMOS 本身还没有接通电源的情况下，不允许有输入信号输入。多余输入端绝对不能悬空。否则不但容易受外界噪声干扰，而且输入电位不定，破坏

11、了正常的逻辑关系，也消耗不少的功率。因此，应根据电路的逻辑功能需要分别情况加以处理。例如：与门和与非门的多余输入端应接到VDD或高电平；或门和或非门的多余输入端应接到VSS或低电平；如果电路的工作速度不高，不需要特别考虑功耗时，也可以将多余的输入端和使用端并联。（以上所说的多余输入端，包括没有被使用但已接通电源的CMOS 电路所有输入端。例如，一片集成电路上有4 个与门，电路中只用其中一个，其它三个门的所有输入端必须按多余输入端处理。）输入端连接长线时，由于分布电容和分布电感的影响，容易构成LC振荡，可能使输入保护二极管损坏，因此必须在输入端串接一个1020k 的保护电阻R。CMOS 电路装在

12、印刷电路板上时，印刷电路板上总有输入端，当电路从机器中拔出时，输入端必然出现悬空，所以应在各输入端上接入限流保护电阻，如图T309 所示。如果要在印刷电路板上安装CMOS集成电路，则必须在与它有关的其它元件安装之后再装CMOS 电路，避免CMOS 器件输入端悬空。插拔电路板电源插头时，应该注意先切断电源，防止在插拔过程中烧坏CMOS 的输入端保护二极管。2.按制作工艺分类 按制作工艺分类主要有膜集成电路和混合集成电路两大类别。其中，膜集成电路又分为厚膜集成电路（110tm）和薄膜集成电路（小于1 gm）。膜集成电路和混合集成电路一般用于专用集成电路，通常称为模块，简称集成电路（IC）。3.按集

13、成度分类 集成度是指一个硅片上含有元器件的数目，按集成度分类如下：SSIC 小规模集成电路(Small Scale Integrated circuits)MSIC 中规模集成电路(Medium Scale Integrated circuits)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 7 页 -多学时电子技术专题报告 时间：2014春季学期班级：1208101 学号：1120810102 姓名：王云LSIC 大规模集成电路(Large Scale Integrated circuits)VLSIC 超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated

14、 circuits)ULSIC 特大规模集成电路(Ultra Large Scale Integrated circuits)GSIC 巨大规模集成电路也被称作极大规模集成电路或超特大规模集成电路(Giga Scale Integration)。表 1 集成类型及其集成度 4.按器件类型分类 按器件类型不同，主要分为双极型集成电路、单极型（MOS）集成电路或BiMOS型集成电路3大类。其中，MOS集成电路又分为P沟道、N 沟道、互补对称型绝缘栅场效应管集成电路；BiMOS集成电路又分为双极与PM0S相结合、双极与NM0S相结合、双极与CM0S 相结合的集成电路。5.按封装的材料和引脚形式分类

15、分为塑料封装、金属封装和陶瓷封装三类;按集成电路管脚的引脚形式,分为直插式和扁平式两类。(1)塑料封装形式。塑料封装是目前最常见的一种封装形式。其特点是生产工艺简单、生产成本低廉,它的封装形式有扁平型和直插型两类。(2)金属封装形式。金属封装常用于制作高精度和大功率集成电路。其特点是散热性好,可靠性高,但其生产成本较高，其封装形式有T 型和 F型两种。(3)陶瓷封装形式。陶瓷封装形式多用TTL、CMOS 等。集成电路的封装外形有扁平形和双列直插形等。集成电路的不同封装形式如图2 所示。图 2 集成电路的封装形式 集成电路的管脚识别 使用集成电路前,必须认真查对识别集成电路的引脚,确认电源、地、

16、输入、输出、控制等端的引脚名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 7 页 -多学时电子技术专题报告 时间：2014春季学期班级：1208101 学号：1120810102 姓名：王云号。集成电路的封装形式无论是圆形或扁平形,单列直插形或双列直插形,其管脚排列均有一定规律。圆形集成电路的识别是：面向引脚正视,从定位销顺时针方向依次为1、2、3如图 3（a）。圆形多用于集成运放等电路。图 3 集成电路管脚识别 扁平和双列直插型集成电路识别时,将文字、符号标记正放(一般集成电路上有一圆点或有一缺口,将圆点或缺口置于左方),由顶部俯视,从左下脚起,按逆时针方向起,依次为1、2、3

17、如图3(b)。扁平型多用于数字集成电路。双列直插型广泛用于模拟和数字集成电路。三、集成电路的发展趋势 集成电路已进入超深亚微米时代,体硅CMOS 的批量生产已采用 90nm工艺、300mm 晶圆；65nm工艺也即将量产化;集成电路的发展仍以继续追求高频、高速、高集成度、多功能、低功耗为目标。1器件的特征尺寸继续缩小 从纵向看,在新技术的推动下,集成电路自发明以来四十年间,集成电路芯片的集成度每三年提高4倍,而加工特征尺寸缩小2 倍。这就是由Intel公司创始人之一的Gordon E.Moore 博士 1965 年总结的规律,被称为摩尔定律。基于市场竞争,不断提高产品的性能/价格比是IC 技术发

18、展的动力,缩小特征尺寸,从而提高集成度,是提高产品性能/价格比最有效的手段之一。随着 IC 设计与工艺技术水平的不断提高,IC规模越来越大,复杂程度越来越高。目前,已经可以在一个芯片上集成108109 个晶体管,而且随着集成电路制造技术的发展,21世纪的集成电路技术将从目前的 3G(G=109)时代逐步发展到3T(T=1012)时代,即存储容量由G位发展到 T位、集成电路的速度由GHz 发展到 THz,数据传输速率由Gbps发展到 Tbps(bits per second)。IC 技术是近50 年来发展最快的技术,设计规则从1959 年以来缩小了140 倍,而平均晶体管价格降低了 107 倍。

19、如果小汽车也按此速度降价,那么现在小汽车的价格只有1 美分。2.集成电路与其它学科结合诞生新的技术和产业增长点 从横向看,集成电路与其它学科和技术相结合,形成新的方向,新的学科或专业,不断改变着传统专业分工的格局。这种技术结合融合的趋势,对集成电路来说,就是越来越复杂的片上系统(SOC,System on Chip)。SOC的概念在不断发展ITRS2002 年修订版表明:2000年以前已经实现了逻辑电路、SRAM、FLASH、E-DRAM、CMOSRF 的 SOC;2001年,实现了FPGA与 FeRAM(铁电存储器)的SOC;接着实现了MEMS、化学传感器和集成光电器件的SOC;预计到 20

20、06 年,将实现集成生物电子器件的SOC。SOC 的发展在国内外引起高度重视,正在开展建立针对各种应用的SOC 技术平台的研究,努力推进SOC 的发展和应用。如面向通讯的综合信息处理SOC 平台,第三代移动通讯SOC 平台;高速的信息安全SOC平台,高清晰度电视SOC 平台及家庭网络SOC平台等。这一广阔的发展方向有着十分重要的意义和应用前景。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 7 页 -多学时电子技术专题报告 时间：2014春季学期班级：1208101 学号：1120810102 姓名：王云MEMS 的发展非常迅速。1988年,美国一批著名科学家提出“小机器、大机遇

21、”,并呼吁美国应当在这一重大领域发展中走在世界的前列;1993年,美国 ADI公司将加速度计与IC 集成在一起,成功地将MEM S加速度计商品化,并大批量应用于汽车防撞气囊,标志着MEMS 技术走向商品化。MEMS的发展将对人类生产和生活方式产生革命性的影响,已引起了广泛的关注。3新材料、新结构、新器件不断涌现集成电路以Si/CMOS为主流高速发展的同时,新材料、新结构、新器件不断涌现。如绝缘体上硅(SOI),Ge/Si异质结和应变Si 器件及 FeRAM 等。由于 SOI 具有无闩锁、高速、低耗、抗辐射的优良性能,不但在军事上,而且在民用方面也很有前景,已成为研发高性能电路(如 CPU)的重

22、要技术,并被认为会成为0.1 m CMOS 的主要技术。Ge/Si异质结器件由于其高速特性,已成为在射频领域及在Si 和 GaAs之间性/价比最合适的应用。Fe RAM 因其快速、低功耗、非挥发、长寿命、耐辐射等优势而发展迅速。宽禁带的SiC、GaN和 AlN 等,由于其宽禁带、高击穿电压、抗辐射性能好等特点,其异质结器件在高频、高温、大功率方面具有很好的应用前景,已引起广泛重视,成为研究热点,尽管形成产业尚待时日,但仍是值得注意的发展方向。四、集成电路发展的关键技术 按目前情况预测15 年后半导体上一个实体的栅长将只有9nm，这就需要更微细且精确的技术突破。这首先会集中在生产材料的物理性质以

23、及工艺设计等能力上。而能否顺利突破这些障碍，晶圆制造工艺能否达到更进一步的微细化与精细化则是其关键，同时也对半导体工艺技术与后续的研发方向有着深远的影响。概括起来，其关键技术如下：1纳米级光刻及微细加工技术 器件特征尺寸的缩小取决于曝光技术的进步。在 0.07m阶段，曝光技术还是一个问题，预计再有12 年左右的时间就可获得突破。至于在65 nm 以下，是采用Extra UV 还是采用电子束的步进光刻机 目前还在研究之中。2铜互连技术 铜互连技术已在0.18m和 0.13m技术代中使用，但是在 0.10m以后，铜互连与低介电常数绝缘材料共同使用时的可靠性问题还有待研究和开发。3亚 100 纳米可

24、重构SoC创新开发平台与设计工具 当前，集成电路加工已进入亚100 纳米阶段，但与其对应的设计工具尚无成熟产品推向市场。因此开发亚 100 纳米可重构SoC创新开发平台与设计工具已成为实现集成电路产业跨越式发展的重要机遇。4SoC设计平台与SIP 重用技术 基于平台的SoC设计技术和硅知识产权(SIP)的重用技术是SoC产品开发的核心技术也是未来世界集成电路技术的制高点。5新兴及热门产品开发 该项目目前主要包括64 位通用 CPU以及相关产品群、3C 多功能融合的移动终端芯片组的开发、网络通信产品的开发、数字信息产品开发、平面显示器配套集成电路的开发等。6高密度集成电路封装的工业化技术 主要包

25、括系统集成封装技术、50m以下超薄背面减薄技术、圆片级封装技术、无铅化产品技术等。7应变硅材料制造技术 应变硅的电子和空穴迁移率明显高于普通的无应变硅材料，其中以电子迁移率提高尤为明显。以Si0.8Ge0.2层上的应变硅为例，其电子迁移率可以提高50%以上，这可大大提高NMOS 器件的性能，这对高速高频器件来说至关重要。对现有的许多集成电路生产线而言，如果采用应变硅材料，则可以在基本不增加投资的情况下使生产的IC 性能明显改善，同时也可以大大延长花费巨额投资建成的IC 生产线名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 7 页 -多学时电子技术专题报告 时间：2014春季学期班级：1208101 学号：1120810102 姓名：王云的使用年限。参考文献 1.田丽萍 常用数字集成芯片的识别与检测 山西煤炭管理干部学院学报 2005年第 4 期 2.冯亚林、张蜀平 集成电路的现状及其发展趋势 微电子学 第36 卷第 2 期 2006 年 4 月 3.王永刚 集成电路的发展趋势和关键技术 电子元器件应用 第11 卷 第 1 期 2009 年 1 月 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 7 页 -