科普好文 | 芯片是什么?
集成电路英语:integrated circuit,缩写作 IC;或称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)、晶片/芯片(chip)在电子学中是一种将电路(主要包括半导体设备,也包括被动组件等)小型化的方式,并时常制造在半导体晶圆表面上。
电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜(thin-film)集成电路。另有一种厚膜(thick-film)集成电路(hybrid integrated circuit)是由**半导体设备和被动组件,集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。
从1949年到1957年,维尔纳·雅各比(Werner Jacobi)、杰弗里·杜默(Jeffrey Dummer)、西德尼·达林顿(Sidney Darlington)、樽井康夫(Yasuo Tarui)都开发了原型,但现代集成电路是由杰克·基尔比在1958年发明的。其因此荣获2000年诺贝尔物理奖,但同时间也发展出近代实用的集成电路的罗伯特·诺伊斯,却早于1990年就过世。
晶体管发明并大量生产之后,各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用,取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步,使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件,集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片,是一个巨大的进步。集成电路的规模生产能力,可靠性,电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。
集成电路对于离散晶体管有两个主要优势:成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术,作为一个单位印刷,而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关,消耗更低能量,因为组件很小且彼此靠近。2006年,芯片面积从几平方毫米到350 mm²,每mm²可以达到一百万个晶体管。
第一个集成电路雏形是由杰克·基尔比于1958年完成的,其中包括一个双极性晶体管,三个电阻和一个电容器。
根据一个芯片上集成的微电子器件的数量,集成电路可以分为以下几类:
- 小型集成电路(SSI英文全名为Small Scale Integration)逻辑门10个以下或晶体管100个以下。
- 中型集成电路(MSI英文全名为Medium Scale Integration)逻辑门11~100个或 晶体管101~1k个。
- 大规模集成电路(LSI英文全名为Large Scale Integration)逻辑门101~1k个或 晶体管1,001~10k个。
- 超大规模集成电路(VLSI英文全名为Very large scale integration)逻辑门1,001~10k个或 晶体管10,001~100k个。
- 极大规模集成电路(ULSI英文全名为Ultra Large Scale Integration)逻辑门10,001~1M个或 晶体管100,001~10M个。
- GLSI(英文全名为Giga Scale Integration)逻辑门1,000,001个以上或晶体管10,000,001个以上。
芯片命名方式一般都是:字母+数字+字母
前面的字母是芯片厂商或是某个芯片系列的缩写。像MC开始的多半是摩托罗拉的,MAX开始的多半是美信的。
中间的数字是功能型号。像MC7805和LM7805,从7805上可以看出它们的功能都是输出5V,只是厂家不一样。
后面的字母多半是封装信息,要看厂商提供的资料才能知道具体字母代表什么封装。
74系列是标准的TTL逻辑器件的通用名称,例如74LS00、74LS02等等,单从74来看看不出是什么公司的产品。不同公司会在74前面加前缀,例如SN74LS00等。
相关拓展
一个完整的IC型号一般都至少必须包含以下四个部分:
前缀(首标)-----很多可以推测是哪家公司产品。
器件名称----一般可以推断产品的功能(memory可以得知其容量)。
温度等级-----区分商业级,工业级,军级等。一般情况下,C表示民用级,Ⅰ表示工业级,E表示扩展工业级,A表示航空级,M表示**级。
封装----指出产品的封装和管脚数有些IC型号还会有其它内容:
速率----如memory,MCU,DSP,FPGA 等产品都有速率区别,如-5,-6之类数字表示。
工艺结构----如通用数字IC有COMS和TL两种,常用字母C,T来表示。
是否环保-----一般在型号的末尾会有一个字母来表示是否环保,如z,R,+等。
包装-----显示该物料是以何种包装运输的,如tube,T/R,rail,tray等。
版本号----显示该产品修改的次数,一般以M为第一版本。
IC命名、封装常识与命名规则:
温度范围:
C=0℃至60℃(商业级);I=-20℃至85℃(工业级);E=-40℃至85℃(扩展工业级);A=-40℃至82℃(航空级);M=-55℃至125℃(**级)
封装类型:
A—SSOP;B—CERQUAD;C-TO-200,TQFP﹔D—陶瓷铜顶;E—QSOP;F—陶瓷SOP;H—SBGAJ-陶瓷DIP;K—TO-3;L—LCC,M—MQFP;N——窄DIP﹔N—DIP;;Q—PLCC;R一窄陶瓷DIP (300mil);S—TO-52,T—TO5,TO-99,TO-100﹔U—TSSOP,uMAX,SOT;W—宽体小外型(300mil)﹔ X—SC-60(**,5P,6P)﹔ Y―窄体铜顶;Z—TO-92,MQUAD;D—裸片;/PR-增强型塑封﹔/W-晶圆。
管脚数:
A—8;B—10﹔C—12,192;D—14;E—16;F——22,256;G—4;H—4;I—28 ;J—2;K—5,68;L—40;M—6,48;N—18;O—42;P—20﹔Q—2,100﹔R—3,843;S——4,80;T—6,160;U—60;V—8(圆形)﹔ W—10(圆形)﹔X—36;Y—8(圆形)﹔Z—10(圆形)。
注:接口类产品四个字母后缀的第一个字母是E,则表示该器件具备抗静电功能
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