原创 集成电路基础知识

 将许多电阻、二极管和三极管等元器件以电路的形式制作半导体硅片上，然后接出引脚并封装起来，就构成了集成电路。集成电路简称为集成块，下图 (a)所示的LM380就是一种常见的音频放大集成电路，其内部电路如图（b）所示。

        有些时候，我们会把集成电路和芯片混为一谈，比如在大家平常讨论话题中，集成电路设计和芯片设计说的是一个意思，芯片行业、集成电路行业、IC行业往往也是一个意思。实际上，这两个词有联系，也有区别。集成电路实体往往要以芯片的形式存在，因为狭义的集成电路，是强调电路本身，比如简单到只有五个元件连接在一起形成的相移振荡器，当它还在图纸上呈现的时候，我们也可以叫它集成电路，当我们要拿这个小集成电路来应用的时候，那它必须以独立的一块实物，或者嵌入到更大的集成电路中，依托芯片来发挥他的作用；集成电路更着重电路的设计和布局布线，芯片更强调电路的集成、生产和封装。而广义的集成电路，当涉及到行业（区别于其他行业）时，也可以包含芯片相关的各种含义。
       芯片也有它独特的地方，广义上，只要是使用微细加工手段制造出来的半导体片子，都可以叫做芯片，里面并不一定有电路。比如半导体光源芯片；比如机械芯片，如MEMS陀螺仪；或者生物芯片如DNA芯片。在通讯与信息技术中，当把范围局限到硅集成电路时，芯片和集成电路的交集就是在“硅晶片上的电路”上。
       这算是一个大家比较容易混淆的概念吧！

       一、集成电路的特点
       ①集成电路中多用晶体管，少用电感、电容和电阻，特别是大容量的电容器，因为制作这些元器件需要占用大面积硅片，导致成本提高。
       ②集成电路内的各个电路之间多采用直接连接（即用导线直接将两个电路连接起来）,少用电容连接，这样可以减少集成电路的面积，又能使它适用各种频率的电路。
       ③集成电路内多采用对称电路(如差动电路)，这样可以纠正制造工艺上的偏差。
       ④集成电路一旦生产出来，内部的电路无法更改，不象分立元器件电路可以随时改动，所以当集成电路内的某个元器件损坏时只能更换整个集成电路。
        ⑤集成电路一般不能单独使用，需要与分立元器件组合才能构成实用的电路。对于集成电路，大多数电子技术人员只要知道它内部具有什么样功能的电路，即了解内部结构方框图和各脚功能就行了。
        二、集成电路的种类
        集成电路的种类很多，其分类方式也很多，这里介绍几种主要分类方式：
       1.按集成电路所体现的功能来分，可分为模拟集成电路、数字集成电路、接口电路和特殊电路四类。
        2.按有源器件类型不同，集成电路又可分为双极型、单极型及双极一单极混合型三种。双极型集成电路内部主要采用二极管和三极管。单极型集成电路内部主要采用MOS场效应管。双极一单极混合型集成电路内部采用 MOS 和双极兼容工艺制成，因而兼有两者的优点。
        3.按集成电路的集成度来分，可分为小规模集成电路 (SSI)，中规模集成电路 (MSI)，大规模集成电路 (LSI) 和超大规模集成电路 (VLSI)。
        三、封装形式
        封装就是指把硅片上的电路管脚用导线接引到外部引脚处，以便与其它器件连接。封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。

        四、引脚识别
        集成电路的引脚很多，少则几个，多则几百个，各个引脚功能又不一样，所以在使用时一定要对号入座，否则集成电路不工作甚至烧坏。因此一定要知道集成电路引脚的识别方法。
不管什么集成电路，它们都有一个标记指出第一脚，常见的标记有小圆点、小突起、缺口，缺角，找到该脚后，逆时针依次为2、3、4.....，如下图（a）所示。对于单列或双列引脚的集成电路，若表面标有文字，识别引脚时正对标注文字，文字左下角为第1引脚，然后逆时针依次为2、3、4.....，如下图（b）所示。

图 (a)

图 (b)

        五、好坏检测
       下面介绍一些常用的集成电路好坏检测方法：
        1.开路测量电阻法
        开路测量电阻法是指在集成电路未与其它电路连接时，通过测量集成电路各引脚与接地引脚之间的电阻来判别好坏的方法。
        集成电路都有一个接地引脚（GND），其它各引脚与接地引脚之间都有一定的电阻，由于同型号的集成电路内部电路相同，因此同型号的正常集成电路的各引脚与接地引脚之间的电阻均是相同的。根据这一点，可使用开路测量电阻的方法来判别集成电路的好坏。
        在检测时，万用表拨至R×100Ω挡，红表笔固定接被测集成电路的接地引脚，黑表笔依次接其他各引脚，如下图所示，测出并记下各引脚与接地引脚之间的电阻，然后用同样的方法测出同型号的正常集成电路的各引脚对地电阻，再将两个集成电路各引脚对地电阻一一对照，如果两者完全相同，则被测集成电路正常，如果有引脚电阻差距很大，则被测集成电路损坏。在测量各引脚电阻最好用同一挡位，如果因某引脚电阻过大或过小难以观察而需要更换挡位时，则测量正常集成电路的该引脚电阻时也要换到该挡位。这是因为集成电路内部大部分是半导体元件，不同的欧姆挡提供的电流不同，对于同一引脚，使用不同欧姆挡测量时内部元件导通程度有所不同，故不同的欧姆挡测同一引脚得到的阻值可能有一定的差距。

        采用开路测电阻法判别集成电路好坏比较准备，并且对大多数集成电路都适用，其缺点是检测时需要找一个同型号的正常集成电路作为对照，解决这个问题的方法是平时多测量一些常用集成电路的开路电阻数据，以便以后检测同型号集成电路时作为参考，另外也可查阅一些资料来获得这这方面的数据，下图是一种常用的内部有四个运算放大器的集成电路LM324，下表中列出其开路电阻数据，测量使用数字万用表200kΩ挡，表中有两组数据，一组为红表笔接11脚（接地脚）、黑表笔接其他各脚测得的数据，另一组为黑表笔接11脚、红表笔接其他各脚测得的数据，在检测LM324好坏时，也应使用数字万用表的200kΩ，再将实测的各脚数据与表中数据进行对照来判别所测集成电路的好坏。

        2.在路检测法
       在路检测法是指在集成电路与其它电路连接时检测集成电路的方法。
      （1）在路直流电压测量法
        在路直流电压测量法是在通电的情况下，用万用表直流电压挡测量集成电路各引脚对地电压，再与参考电压进行比较来判断故障的方法。
       在路直流电压测量法使用要点如下：
       ①为了减小测量时万用表内阻的影响，尽量使用内阻高的万用表。例如MF47型万用表直流电压挡的内阻为20kΩ/V，当选择10V挡测量时，万用表的内阻为200kΩ，在测量时，万用表内阻会对被测电压有一定的分流，从而使被测电压较实际电压略低，内阻越大，对被测电路的电压影响越小，MF50型万用表直流电压挡的内阻较小，为10kΩ/V，使用它测量时对电路电压影响较MF47型万用表更大。
        ②在检测时，首先测量电源脚电压是否正常，如果电源脚电压不正常，可检查供电电路，如果供电电路正常，则可能是集成电路内部损坏，或者集成电路某些引脚外围元件损坏，进而通过内部电路使电源脚电压不正常。
       ③在确定集成电路的电源脚电压正常后，才可进一步测量其它引脚电压是否正常。如果个别引脚电压不正常，先检测该脚外围元件，若外围元件正常，则为集成电路损坏，如果多个引脚电压不正常，可通过集成电路内部大致结构和外围电路工作原理，分析这些引脚电压是否因某个或某些引脚电压变化引起，着重检查这些引脚外围元件，若外围元件正常，则为集成电路损坏。
       ④有些集成电路在有信号输入（动态）和无信号输入（静态）时某些引脚电压可能不同，在将实测电压与该集成电路的参考电压对照时，要注意其测量条件，实测电压也应在该条件下测得。例如彩色电视机图纸上标注出来的参考电压通常是在接收彩条信号时测得的，实测时也应尽量让电视机接收彩条信号。
       ⑤有些电子产品有多种工作方式，在不同的工作方式下和工作方式切换过程中，有关集成电路的某些引脚电压会发生变化，对于这种集成电路，需要了解电路工作原理才能作出准确的测量与判断。例如DVD机在光盘出、光盘入、光盘搜索和读盘时，有关集成电路某些引脚电压会发生变化。
       集成电路各引脚的直流电压参考值可以参看有关图纸或查阅有关资料来获得。下表列出了彩电常用的场扫描输出集成电路LA7837各引脚功能、直流电压和在路电阻参考值。

      （2）在路电阻测量法
       在路电路测量法是在切断电源的情况下，用万用表欧姆挡测量集成电路各引脚及外围元件的正反向电阻值，再与参考数据相比较来判断故障的方法。
        在路电阻测量法使用要点如下：
       ①测量前一定要断开被测电路的电源，以免损坏元件和仪表，并避免测得的电阻值不准确。
       ②万用表R×10kΩ挡内部使用9V电池，有些集成电路工作电压较低，如3.3V、5V，为了防止高电压损坏被测集成电路，测量时万用表最好选择R×100Ω挡或R×1kΩ挡。
       ③在测量集成电路各引脚电阻时，一根表笔接地，另一根表笔接集成电路各引脚，如下图所示，测得的阻值是该脚外围元件（R1、C）与集成电路内部电路及有关外围元件的并联值，如果发现个别引脚电阻与参考电阻差距较大，先检测该引脚外围元件，如果外围元件正常，通常为集成电路内部损坏，如果多数引脚电阻不正常，集成电路损坏的可能性很大，但也不能完全排除这些引脚外围元件损坏。

          集成电路各引脚的电阻参考值可以参看有关图纸或查阅有关资料来获得。
       （3）在路总电流测量法
         在路总电流测量法是指测量集成电路的总电流来判断故障的方法。
         集成电路内部元件大多采用直接连接方式组成电路，当某个元件被击穿或开路时，通常对后级电路有一定的影响，从而使得整个集成电路的总工作电流减小或增大，测得集成电路的总电流后再与参考电流比较，过大、过小均说明集成电路或外围元件存在故障。电子产品的图纸和有关资料一般不提供集成电路总电流参考数据，该数据可在正常电子产品的电路中实测获得。
在路测量集成电路的总电流如下图所示，在测量时，既可以断开集成电路的电源引脚直接测量电流，也可以测量电源引脚的供电电阻两端电压，然后利用I＝U/R来计算出电流值。

         3.排除法和代换法
        不管是开路测量电阻法，还是在路检测法，都需要知道相应的参考数据。如果无法获得参考数据，可使用排除法和代换法。
       （1）排除法
         在使用集成电路时，需要给它外接一些元件，如果集成电路不工作，可能是集成电路本身损坏，也可能是外围元件损坏。排除法是指先检查集成电路各引脚外围元件，当外围元件均正常时，外围元件损坏导致集成电路工作不正常的原因则可排除，故障应为集成电路本身损坏。
         排除法使用要点如下：
        ①在检测时，最好在测得集成电路供电正常后再使用排除法，如果电源脚电压不正常，先检查修复供电电路。
        ②有些集成电路只需本身和外围元件正常就能正常工作，也有些集成电路（数字集成电路较多）还要求其它电路送有关控制信号（或反馈信号）才能正常工作，对于这样的集成电路，除了要检查外围元件是否正常外，还要检查集成电路是否接收到相关的控制信号。
       ③对外围元件集成电路，使用排除法更为快捷。对外围元件很多的集成电路，通常先检查一些重要引脚的外围元件和易损坏的元件。
        （2）代换法
         代换法是指当怀疑集成电路可能损坏时，直接用同型号正常的集成电路代换，如果故障消失，则为原集成电路损坏，如果故障依旧，则可能是集成电路外围元件损坏、更换的集成电路不良，也可能是外围元件故障未排除导致更换的集成电路又被损坏，还有些集成电路可能是未接收到其它电路送来的控制信号。
        代换法使用要点如下：
         ①由于在未排除外围元件故障时直接更换集成电路，可能会使集成电路再次损坏，因此，对于工作在高电压、大电流下的集成电路，最好在检查外围元件正常的情况下才更换集成电路，对于工作在低电压下的集成电路，也尽量在确定一些关键引脚的外围元件正常的情况下再更换集成电路。
       ②有些数字集成电路内部含有程序，如果程序发生错误，即使集成电路外围元件和有关控制信号都正常，集成电路也不能正常工作，对于这种情况，可使用一些设备重新给集成电路写入程序，或更换已写入程序的集成电路。
        六、直插式集成电路的拆卸
        在检修电路时，经常需要从印刷电路板上拆卸集成电路，由于集成电路引脚多，拆卸起来比较困难，拆卸不当可能会损害集成电路及电路板。下面介绍几种常用的拆卸集成电路的方法。
       1.用注射器针头拆卸
       在拆卸集成电路时，可借助图（a）所示不锈钢空芯套管或注射器针头（电子市场有售）来拆卸，拆卸方法如图（b）所示，用烙铁头接触集成电路的某一引脚焊点，当该引脚焊点的焊锡熔化后，将大小合适的注射器针头套在该引脚上并旋转，让集成电路的引脚与印刷电路板焊锡铜箔脱离，然后将烙铁头移开，稍后拔出注射器针头，这样集成电路的一个引脚就与印刷电路板铜箔脱离开来，再用同样的方法将集成电路其它引脚与电路板铜箔脱离，最后就能将该集成电路从电路板上拔下来。

图（a）

图（b）

        2.用吸锡器拆卸
        吸锡器是一种利用手动或电动方式产生吸力，将焊锡吸离电路板铜箔的维修工具。吸锡器如下图所示，图中下方吸锡器具有加热功能，又称吸锡电烙铁。

        利用吸锡器拆卸集成电路的操作如下图所示，具体过程如下：

       ①将吸锡器活塞向下压至卡住。
       ②用电烙铁加热焊点至焊料熔化。
       ③移开电烙铁，同时迅速把吸锡器吸嘴贴上焊点，并按下吸锡器按钮，让活塞弹起产生的吸力将焊锡吸入吸锡器。
       ④如果一次吸不干净，可重复操作多次。
       当所有引脚的焊锡被吸走后，就可以从电路板上取下集成电路。
       3.用毛刷配合电烙铁拆卸
       这种拆卸方法比较简单，拆卸时只需一把电烙铁和一把小毛刷即可。在使用该方法拆卸集成块时，先用电烙铁加热集成电路引脚处的焊锡，待引脚上的焊锡融化后，马上用毛刷将熔化的焊锡扫掉，再用这种方法清除其它引脚的焊锡，当所有引脚焊锡被清除后，用镊子或小型一字螺丝刀撬下集成电路。
       4.用多股铜丝吸锡拆卸
       在使用这种方法拆卸时，需要用到多股铜芯导线，如下图所示。

        用多股铜丝吸锡拆卸集成电路的操作过程如下：
       ①去除多股铜芯导线的塑胶外皮，将导线放在松香中用电烙铁加热，使导线沾上松香。
       ②将多股铜芯丝放到集成块引脚上用电烙铁加热，这样引脚上的焊锡就会被沾有松香的铜丝吸附，吸上焊锡的部分可剪去，重复操作几次就可将集成电路引脚上的焊锡全部吸走，然后用镊子或小型一字螺丝刀轻轻将集成电路撬下。
        5.增加引脚焊锡融化拆卸
       这种拆卸方法无需借助其它工具材料，特别适合拆卸单列或双列且引脚数量不是很多的集成电路。
       用增加引脚焊锡融化拆卸集成电路的操作过程如下：
       在拆卸时，先给集成块电路一列引脚上增加一些焊锡，让焊锡将该列引脚所有的焊点连接起来，然后用电烙铁加热该列的中间引脚，并往两端移动，利用焊锡的热传导将该列所有引脚上的焊锡融化，再用镊子或小型一字螺丝刀偏向该列位置轻轻将集成电路往上撬一点，再用同样的方法对另一列引脚加热、撬动，对两列引脚轮换加热，直到拆下为止。一般情况下，每列引脚加热两次即可拆下。
       6.用热风拆焊台或热风枪拆卸
       热风拆焊台或热风枪外形如下图所示，其喷头可以喷出温度达几百度的热风，利用热风将集成电路各引脚上的焊锡熔化，然后就可拆下集成电路。

       在拆卸时要注意，用单喷头拆卸时，应让喷头和所拆的集成电路保持垂直，并沿集成电路周围引脚移动喷头，对各引脚焊锡均匀加热，喷头不要触及集成电路及周围的外围元件，吹焊的位置要准确，尽量不要吹到集成电路周围的元件。
        七、贴片集成电路的拆卸与焊接
        1.拆卸
        贴片集成电路的引脚多且排列紧密，有的还四面都有引脚，在拆卸时若方法不当，轻则无法拆下，重则损坏集成电路引脚和电路板上的铜箔。贴片集成电路的拆卸通常使用热风拆焊台或热风枪拆卸。
       贴片集成电路的拆卸操作过程如下：
       ①在拆卸前，仔细观察待拆集成电路在电路板的位置和方位，并做好标记，以便焊接时按对应标记安装集成电路，避免安装出错。
       ②用小刷子将贴片集成电路周围的杂质清理干净，再给贴片集成电路引脚上涂少许松香粉末或松香水。
       ③调好热风枪的温度和风速。温度开关一般调至3～5档，风速开关调至2～3档。
       ④用单喷头拆卸时，应注意使喷头和所拆集成电路保持垂直，并沿集成电路周围引脚移动，对各引脚均匀加热，喷头不可触及集成电路及周围的外围元件，吹焊的位置要准确，且不可吹到集成电路周围的元件。
       ⑤待集成电路的各引脚的焊锡全部熔化后，用镊子将集成电路掀起或夹走，且不可用力，否则极易损坏与集成电路连接的铜箔。
       对于没有热风拆焊台或热风枪的维修的人员，可采用以下方法拆卸帖片集成电路：
      先给集成电路某列引脚涂上松香，并用焊锡将该列引脚全部连接起来，然后用电烙铁对焊锡加热，待该列引脚上的焊锡熔化后，用薄刀片（如刮须刀片）从电路板和引脚之间推进去，移开电烙铁等待几秒钟后拿出刀片，这样集成电路该列引脚就和电路板脱离了，再用同样的方法将集成电路其他引脚与电路板分离开，最后就能取下整个集成电路。
        2.焊接
        贴片集成电路的焊接过程如下：
       ①将电路板上的焊点用电烙铁整理平整，如有必要，可对焊锡较少焊点应进行补锡，然后用酒精清洁干净焊点周围的杂质。
        ②将待焊接的集成电路与电路板上的焊接位置对好，再用电烙铁焊好集成电路对角线的四个引脚，将集成电路固定，并在引脚上涂上松香水或撒些松香粉末。
       ③如果用热风枪焊接，可用热风枪吹焊集成电路四周引脚，待电路板焊点上的焊锡熔化后，移开热风枪，引脚就与电路板焊点粘在一起。如果使用电烙铁焊接，可在烙铁头上沾上少量焊锡，然后在一列引脚上拖动，焊锡会将各引脚与电路板焊点沾粘好。如果集成电路的某些引脚被焊锡连接短路，可先用多股铜线将多余的焊锡吸走，再在该处涂上松香水，用电烙铁在该处加热，引脚之间的剩余焊锡会自动断开，回到引脚上。
       ④焊接完成后，检查集成电路各引脚之间有无短路或漏焊，检查时可借助放大镜或万用表检测，若有漏焊，应用尖头烙铁进行补焊，最后用无水酒精将集成电路周围的松香清理干净。
        八、集成电路型号命名方法