什么是集成电路？
当发明晶体管时，人们首先想到了集成电路的想法。传统上，电子电路是通过组装不同的分立元件并将它们互连在原型或印刷电路板上来生产的。随着晶体管的引入，半导体技术实现了全面飞跃，研究人员开始寻找在单个硅晶片上不仅获得晶体管而且获得完整电子电路的方法。这只是一个开始。
可以在单个硅晶片上制造和互连的晶体管和其他电子元件的数量开始迅速增加，几乎每两年翻一番。这就是众所周知的摩尔定律。自 1965 年摩尔定律被预言以来，到 2021 年的今天仍然适用。目前，集成电路是在单个半导体芯片上集成的微观或纳米电路。任何 IC 的核心都是芯片，在其上制造功能齐全的大型电子电路。作为 IC 封装的一部分，连接被带到这个位于紧凑芯片上的微型电路之外。
与分立电路不同，IC 中的元件一旦制造就无法拆卸或更换。电路保持集成为一个单元，不能修改。这就是为什么这些微小的骰子上的微型电路被称为集成电路的原因。
集成电路的种类
集成电路是一种复杂的电子产品。它们具有广泛的特性、封装、应用和复杂性。尽管如此，还是有可能根据一些广泛的分类因素以某种方式对各种集成电路进行分类。
任何集成电路基本上都是集成电路电子电路的微型化。因此，小型化到什么程度是IC芯片分类的标准之一。这取决于单个 IC 中集成了多少晶体管或逻辑门。根据芯片尺寸，集成电路分为以下几类：
- 小规模集成
- 中等规模整合
- 大规模集成
- 超大规模集成
- 超大规模集成
IC 分类的另一个因素是其电路类型。毕竟，电子产品都是关于信号的。根据信号类型，集成电路分为以下几类：
- 数字集成电路
- 模拟集成电路
- 混合信号集成电路
对 IC 进行分类的第三种方法是根据其制造技术。在此基础上，集成电路分类如下：
- 薄膜和厚膜 IC
- 单片集成电路
- 混合/多芯片集成电路
集成电路按芯片尺寸分类
集成规模一直是半导体行业的灵感和愿望。集成度表示单个芯片上集成的晶体管或门的数量。在此基础上，集成电路有以下类型：
小规模集成——在 1961 年至 1965 年 IC 技术发展初期，IC 仅将几个组件集成在一块芯片上，通常为 2 到 10 个晶体管。目前，在单个芯片上具有10到100个晶体管，在芯片上具有大约3到30个门的集成电路被归类为小规模集成IC。这些 IC 用于制造触发器和逻辑门 IC。
中等规模集成——下一个更高级别的 IC 集成是中等规模，其中通常在单个芯片上制造 100 到 1000 个晶体管，每个芯片有 30 到 300 个逻辑门。中等规模的集成技术在 1966 年至 1971 年期间非常突出。该技术用于制造多路复用器、解码器、计数器和寄存器。
大规模集成——从 1971 年到 1979 年，大规模集成 (LSI) 技术取代了 MSI 技术。在大规模集成中，数千个晶体管——通常是 1000 到 20,000 个晶体管，每个芯片有 300 到 3000 个门——被制造在一个芯片上。该技术用于制造 RAM、ROM 和微处理器。
超大规模集成——从 1980 年到 1984 年，实现了超大规模集成 (VLSI)。在 VLSI 技术中，数以万计的晶体管——通常是 20,000 到 50,000 个晶体管构成每个芯片 3000 个门——被制造在一个芯片上。该技术用于设计数字信号处理器 (DSP)、RISC 处理器、16 位和 32 位微处理器和微控制器。
超大规模集成——1984 年后至今，超大规模集成 (ULSI) 已经实现。在 ULSI 技术中，在单个芯片上制造了 50,000 到数十亿个晶体管。ULSI技术主要用于设计64位及以上的微处理器和控制器。
集成电路集成度的未来在于纳米技术。尽管研发成本不断上升，但摩尔定律仍然有效。半导体制造商仍然并且可能一直期待实现更高的集成度。现代电子应用（人工智能、机器学习、深度学习、云计算、IoT、AIoT、增强现实、混合现实、全息现实、超级计算、科学计算等）对内存和计算能力的要求越来越高. 半导体行业可能永远不会达到饱和点，集成度也许永远不会结束。
基于信号类型的分类–
电子就是处理信号。因此，所有电子电路以及集成电路都分为以下类型：
模拟/线性 IC——这些集成电路设计用于处理连续信号。在这些 IC 中，输入和输出具有线性关系。这些 IC 专为运算放大器、差分放大器、定时器、传感器、稳压器、模拟乘法器、锁相环、调制器、解调器、音频滤波器等应用而设计。模拟 IC 的基本构建块是运算放大器。
数字 IC——这些集成电路设计用于处理数字信号，即 0 或 1、HIGH 或 LOW、ON 或 OFF。这些 IC 具有逻辑输入，并输出一种或另一种逻辑功能。数字集成电路是半导体行业的旗舰产品。这些 IC 专为触发器、逻辑门、计数器、寄存器、多路复用器、解码器、编码器、微处理器和微控制器等应用而设计。
混合信号 IC——这些集成电路设计用于处理模拟和数字信号的组合。这些是最复杂的设计，因为模拟和数字电路具有不同的电源要求、信号电平和功能。这些 IC 专为模数转换、数模转换、以太网、无线电和电源管理等应用而设计。
按制造分类
IC技术是电子学的核心。集成电路是通过各种严格的制造工艺制成的。根据制造技术，集成电路有以下类型：
薄膜和厚膜 IC– 在这些类型的集成电路中，无源元件在芯片上制造，而晶体管和二极管作为单独的元件连接以形成一个完整的电子电路。这些 IC 基本上是在提供统一功能的单个封装中集成和分立元件的组合。在薄膜技术中，通过在玻璃或陶瓷基板上沉积一层导电材料薄膜，在 IC 上制造电阻器和电容器等无源元件。通过改变导电材料的厚度，可以控制电阻率和电容等被动电特性。在厚膜技术中，所需的无源元件是通过使用丝印技术在陶瓷基板上沉积导电材料来制造的。在这种技术中，电路连接由导电膏或介电膏制成，不锈钢丝网用作屏蔽层。在陶瓷基板上印刷电路后，将其在高温炉中烧制，以将电路灌注到芯片上。
单片 IC——在单片 IC 中，所有无源、有源和分立元件都制造在单个硅晶体上。这些是当今最常用的 IC 类型。它们易于生产并且运行非常可靠。尽管这是最广泛采用的 IC 制造技术，但它仍然面临许多实际挑战。这些挑战中最显着的是绝缘不良、额定功率有限和信号噪声。
混合/多芯片 IC——在这些类型的 IC 中，多个单独的芯片在单个封装中互连。晶体管和二极管等有源元件以及电阻器和电容器等无源元件分布在芯片上，并使用金属连接进行互连。这些 IC 主要用于大功率应用（5W 至 50W）或高性能应用。与单片集成电路相比，混合集成电路在技术和设计上更好。
结论
集成电路是电子学的核心。在本文中，我们仅介绍了现代 IC 的简单分类。这仅涵盖了所有 IC 技术的一小部分。IC设计与制造工艺，无一不是讲不完的话题。关于 IC，还有很多需要了解的。集成电路的未来在于纳米电子学。这是另一个广泛而迷人的话题。
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