什麼是積體電路?— 定義、結構、特性、類型、常見問答,帶你了解

世上出現的第一台電腦,其體積是我們現今使用的1000台筆記型電腦的大小,但經過多年科技的不斷進步,我們將科技技術結構變得更為小巧和簡潔,而到底要怎麼做才能把所有的科技應用壓縮到最小呢?積體電路就是解答!

什麼是積體電路( IC )?

以前製作出來的電路是由銅線來連接電阻器、電容、電感、電晶體、二極管等電路元件所組成,由於體積龐大的因素,製造小巧型的電器設備根本是不可能的事,只能將電路用於大型的機器上,且不僅不穩定也無法承受碰撞。

俗話說需求為發明之母,為了要開發擁有更小尺寸但卻具有更高功率和安全性的電路放進設備當中,三名美國的科學家便發明了電晶體,這對積體電路的發展上有了重大的影響,也改變了電子技術的面貌。

積體電路的定義

積體電路或簡稱( IC ),是一種半導體材料的小晶片,它可以將整個電路安裝在自己身上,與獨立電路元件所組成的標準電路相比,機體非常的小,最常使用的IC則是單晶積體電路。

積體電路可以用於振盪器、擴音機、微處理器,甚至可以用於電腦記憶體

積體電路( IC )設計

某些電路設計和邏輯技術用於設計積體電路,以下是IC設計的三大類型:

  • 類比積體電路
  • 數位積體電路
  • 混合訊號積體電路

數位積體電路

微處理器採用數位設計方式,採用二進制來輸入數據,且這種設計方式能讓電路密度最大化,確保整體效率達到最高,多用於電腦記憶體(如RAM和ROM),下圖顯示了設計數字集成電路所涉及的步驟。

類比積體電路

採用模擬設計方法來設計積體電路,講求完美的功耗、增幅和電阻,多用於振盪器、濾波器和調節器。

混合訊號積體電路

混合設計集結了類比和數位積體電路的原則,混合訊號積體電路用於數位類比轉換器、類比數位轉換器(D/A 和 A/D 轉換器)和時鐘和計時器 IC。

積體電路( IC )的結構

積體電路( IC )擁有由半導體、銅和其他材料互連的複雜結構,以形成電阻器、電晶體和其他組件,這些晶片的切割和形成的組合被稱為晶片,構成積體電路的半導體的晶片非常脆弱,各層之間的連接也相當複雜,由於積體電路晶片太小而無法靠焊接來連接,因此需要對積體電路進行封裝,封裝後就變成了我們常見的黑色晶片。

將積體電路封裝後,會再將其轉變成我們可以輕鬆連接的設備,有許多不同類型的封裝,每種封裝都有獨特的尺寸和安裝方式,積體電路中的每個腳位和功能都是獨一無二的,積體電路使用凹口或圓點表示第一個引腳,一旦識別出第一個引腳,剩餘的 PIN 則會在晶片周圍以逆時針方向的方式依序增加。

積體電路( IC )的特徵

結構與包裝

積體電路是由半導體材料〝矽〞 所製成的,積體電路體積很小,因此得先透過細小的金線和鋁線黏合,然後塑膠製或陶瓷製的外殼,該塊的外部有金屬引腳,可通向內部的電線,實心塊可防止芯片過熱並保持其冷卻。

積體電路的尺寸

積體電路的尺寸從1平方毫米到200多毫米不等。

積體電路的一體化

積體電路之所以有名,是因為只需一個晶片就能結合許多不同的設備,而單晶片就是將微處理器、記憶體和端口等集中在一起的積體電路。

常用的積體電路

邏輯門積體電路

邏輯門積體電路是組合電路,可根據輸入不同的訊號提供邏輯輸出,邏輯門積體電路可以有兩到三個輸入訊號但只能有一個輸出訊號。

計時器積體電路

計時器積體電路能精確計算時間周期,佔空比為 100% 或 50%。

運算放大器

運算放大器有高輸入電阻、低輸出電阻與高開放增益(開電路增益),可將+輸入端子與-輸入端子間的差電壓放大的差分放大器。

穩壓器

穩壓器可以在電源變化或是負載電流變化時,提供恆定的電壓[。

常見問題

什麼是單片積體電路?

單片積體電路是獨立實現單元電路功能,不需外接元器件的積體電路。

積體電路能做什麼?

集成電路是用作振盪器、放大器、微處理器或計算機存儲器的小芯片。

為什麼積體電路這麼重要?

集成電路徹底改變了電子工業,並為電腦、CD播放機、電視和許多家庭電器等設備拓展了更多可能性,晶片的普及有助於將先進的電子設備擴展至世界各地。

半導體和積體電路有什麼區別?

積體電路就是通過半導體技術,薄膜技術和厚膜技術所製成的,凡是把一定功能的電路小型化後做在同一個封裝電路下的都可以叫做積體電路。

積體電路的零件

積體電路由以下組件組成: a) 電阻 b) 二極體 c) 電晶體 d) 電容 e) 連接在上面的所有導電通路。

你或許對以下文章有興趣