集成电路是在半导体芯片上制造的微电路。这篇文章将讨论什么是集成电路，它的不同类型的工作模式，制造和复杂性，它的结构，应用，优点和缺点。
什么是集成电路
集成电路是一种微型电路，它由各种电子元件组成，如电阻器、电容器，二极管，晶体管等。它是单独制造的半导体芯片。IC的最小尺寸为0.2 mm × 0.2 mm × 0.001 mm。有源和无源元件，如晶体管，二极管，电阻，电容器都可以在一个芯片上制造。
图1 -集成电路简介
然而，电感器和大值电容器不是在集成电路中制造的。如果电路需要电感，则将其外部连接到集成电路。单个集成电路可以用作放大器，振荡器，存储器，处理器等。
1958年，杰克·基尔比(Jack Kilby)展示了他在芯片上集成组件的想法。他用金线把这些部件连接起来。罗伯特·诺伊斯找到了一个实用的解决方案，可以将芯片上的组件互连起来。他们一起向世界展示了许多晶体管、电阻器和电容器可以集成在单个半导体芯片上。
图2 (a)杰克·基尔比(b)罗伯特·诺伊斯
集成电路的种类
集成电路分为三种类型:
- 基于运作模式
- 基于制造
- 基于复杂性
基于运作模式
IC根据工作模式或处理的信号分为两种类型。它们是:
- 数字IC或非线性IC
- 模拟IC或线性IC
数字IC或非线性IC
数字集成电路是最重要的逻辑网络能够进行数学计算，并可作为存储芯片，微处理器，单片机计数器,逻辑门，寄存器等。输入/输出值为逻辑高/低(0或1)。
模拟IC或线性IC
模拟集成电路是离散的网络，它处理像音频信号这样连续变化的信号。电压或电流的值可以在最小值和最大值之间连续变化。它们可作为电压比较器，稳压器，运算放大器等。
基于制造
集成电路根据制造工艺分为三种类型。它们是:
- 单片集成电路
- 厚薄膜集成电路
- 混合集成电路
单片集成电路
在单片集成电路中，所有有源和无源元件都是通过扩散工艺同时在一块硅片上形成的。然后进行金属化工艺，将元件相互连接，以获得所需的电路。它们通常用于低功耗应用。
厚薄膜集成电路
它们比单片集成电路略大，而像电阻和电容器这样的无源元件是集成的二极管而晶体管作为分立元件被连接以获得所需的电路。因此，厚薄膜集成电路既包括集成元件，也包括分立元件。
混合集成电路
混合IC是两个或多个单片IC的组合，或使用单片IC和厚薄膜集成电路生产。这些用于高功率应用。
图3 -硅片图像
基于复杂性
电路的复杂性可以由所使用的有源器件的数量来决定。因此，集成电路可以根据芯片上使用的元件数量分为六种类型。它们是:
- 小规模集成(SSI)
- 中等规模集成(MSI)
- 大规模集成(LSI)
- 超大规模集成电路(VLSI)
- 超大规模集成(SLSI)
- 超大规模集成(ULSI)
小规模集成(SSI)
它由10个晶体管或少数门如与，或，在一个芯片。
中等规模集成(MSI)
晶体管计数范围在10-100或几十个盖茨每个芯片，并能够执行数字操作，如蛇解码器,多路复用器等。
大规模集成(LSI)
范围在100- 1000个晶体管或数百个晶体管之间盖茨执行逻辑操作的。LSI用于存储单元、ALU等。
超大规模集成电路(VLSI)
VLSI制造用于处理器，可编程逻辑器件晶体管数在1000 -10,000或数千个盖茨之间。
超大规模集成(SLSI)
SLSI用于单个封装中需要10,000-100,000个晶体管的电路，如微处理器芯片，微控制器等。
超大规模集成(ULSI)
在这种类型的制造中，超过100万个晶体管集成在一块芯片上。这种技术被用于CPU, GPU, FPGA等。
图4 - IC封装(a)金属盖(b)四平(c)陶瓷(d)双列直插式
集成电路的构建
集成电路的制造过程是从硅晶圆表面形成电子电路开始的。电子电路由许多晶体管、二极管、电容器、电阻器组成。形成元件接线的薄膜层沉积在晶圆上。薄膜上涂有光刻胶。
当这种材料暴露在紫外光下时，来自光刻线的电路图案就会投射到光刻胶上。这种技术被称为光刻．所开发的光刻胶作为蚀刻用的光掩模，薄膜进一步加工形成单层电路。
图5 -集成电路结构
这一过程重复多次，在硅片上形成多层电路。采取步骤确保所制造的图案与设计规范相同。被加工的硅片必须被封装，这标志着集成电路制造过程的最后阶段。封装过程包括IC键合、贴膜等多种工艺。然后将芯片安装在不同类型的封装中，如图4所示。
集成电路的应用
集成电路的应用包括:
- 它们被用于智能手机，mp3播放器，笔记本电脑，电脑。
- 集成电路也用于电视和相机。
- 它们被广泛应用于飞机和航天系统。
- 集成电路是用于科学计算器和电子表的基本部件。
- 它们被用于控制系统。
集成电路的优点
优点包括:
- 集成电路的尺寸更小，因此电路简化。
- 由于所有电路元件都是制造的，因此可靠性很高。
- 集成电路所需要的空间非常小。
- 耗电量更少。
- 它们很经济。
- 它有能力在极端温度下工作。
集成电路的缺点
缺点是:
- 电感器和高值电容器不能制造。
- 集成电路(IC)不能产生高功率。
- 如果IC上的任何一个组件出现故障，那么整个IC都必须更换。
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