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IC基础知识详细介绍

IC的定义


IC就是半导体元件产品的统称。包括:1.集成电路板(integratedcircuit,缩写:IC); 2.二、三极管;3.特殊电子元件。
再广义些讲还涉及所有的电子元件,象电阻,电容,电路版/PCB版,等许多相关产品。


【IC产业发展与变革】

自1958年美国德克萨斯仪器公司(TI)发明集成电路(IC)后,随着硅平面技术的发展,二十世纪六十年代先后发明了双极型和MOS型两种重要的集成电路,它标志着由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了量和质的飞跃,创造了一个前所未有的具有极强渗透力和旺盛生命力的新兴产业集成电路产业。
回顾集成电路的发展历程,我们可以看到,自发明集成电路至今40多年以来,"从电路集成到系统集成"这句话是对IC产品从小规模集成电路(SSI)到今天特大规模集成电路(ULSI)发展过程的最好总结,即整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统(System-on-board)到片上系统(System-on-a-chip)的过程。在这历史过程中,世界IC产业为适应技术的发展和市场的需求,其产业结构经历了三次变革。
第一次变革:以加工制造为主导的IC产业发展的初级阶段。
70年代,集成电路的主流产品是微处理器、存储器以及标准通用逻辑电路。这一时期IC制造商(IDM)在IC市场中充当主要角色,IC设计只作为附属部门而存在。这时的IC设计和半导体工艺密切相关。IC设计主要以人工为主,CAD系统仅作为数据处理和图形编程之用。IC产业仅处在以生产为导向的初级阶段。
第二次变革:Foundry公司与IC设计公司的崛起。
80年代,集成电路的主流产品为微处理器(MPU)、微控制器(MCU)及专用IC(ASIC)。这时,无生产线的IC设计公司(Fabless)与标准工艺加工线(Foundry)相结合的方式开始成为集成电路产业发展的新模式。
随着微处理器和PC机的广泛应用和普及(特别是在通信、工业控制、消费电子等领域),IC产业已开始进入以客户为导向的阶段。一方面标准化功能的IC已难以满足整机客户对系统成本、可靠性等要求,同时整机客户则要求不断增加IC的集成度,提高保密性,减小芯片面积使系统的体积缩小,降低成本,提高产品的性能价格比,从而增强产品的竞争力,得到更多的市场份额和更丰厚的利润;另一方面,由于IC微细加工技术的进步,软件的硬件化已成为可能,为了改善系统的速度和简化程序,故各种硬件结构的ASIC如门阵列、可编程逻辑器件(包括FPGA)、标准单元、全定制电路等应运而生,其比例在整个IC销售额中1982年已占12%;其三是随着EDA工具(电子设计自动化工具)的发展,PCB设计方法引入IC设计之中,如库的概念、工艺模拟参数及其仿真概念等,设计开始进入抽象化阶段,使设计过程可以独立于生产工艺而存在。有远见的整机厂商和创业者包括风险投资基金(VC)看到ASIC的市场和发展前景,纷纷开始成立专业设计公司和IC设计部门,一种无生产线的集成电路设计公司(Fabless)或设计部门纷纷建立起来并得到迅速的发展。同时也带动了标准工艺加工线(Foundry)的崛起。全球第一个Foundry工厂是1987年成立的台湾积体电路公司,它的创始人张忠谋也被誉为“晶芯片加工之父”。
第三次变革:“四业分离”的IC产业
90年代,随着INTERNET的兴起,IC产业跨入以竞争为导向的高级阶段,国际竞争由原来的资源竞争、价格竞争转向人才知识竞争、密集资本竞争。以DRAM为中心来扩大设备投资的竞争方式已成为过去。如1990年,美国以Intel为代表,为抗争日本跃居世界半导体榜首之威胁,主动放弃DRAM市场,大搞CPU,对半导体工业作了重大结构调整,又重新夺回了世界半导体霸主地位。这使人们认识到,越来越庞大的集成电路产业体系并不有利于整个IC产业发展,"分"才能精,"整合"才成优势。于是,IC产业结构向高度专业化转化成为一种趋势,开始形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立成行的局面,近年来,全球IC产业的发展越来越显示出这种结构的优势。如台湾IC业正是由于以中小企业为主,比较好地形成了高度分工的产业结构,故自1996年,受亚洲经济危机的波及,全球半导体产业出现生产过剩、效益下滑,而IC设计业却获得持续的增长。
特别是96、97、98年持续三年的DRAM的跌价、MPU的下滑,世界半导体工业的增长速度已远达不到从前17%的增长值,若再依靠高投入提升技术,追求大尺寸硅片、追求微细加工,从大生产中来降低成本,推动其增长,将难以为继。而IC设计企业更接近市场和了解市场,通过创新开发出高附加值的产品,直接推动着电子系统的更新换代;同时,在创新中获取利润,在快速、协调发展的基础上积累资本,带动半导体设备的更新和新的投入;IC设计业作为集成电路产业的"龙头",为整个集成电路产业的增长注入了新的动力和活力。

IC设计、生产、销售模式


目前,集成电路产品有以下几种设计、生产、销售模式。
1.IC制造商(IDM)自行设计,由自己的生产线加工、封装,测试后的成品芯片自行销售。
2.IC设计公司(Fabless)与标准工艺加工线(Foundry)相结合的方式。设计公司将所设计芯片最终的物理版图交给Foundry加工制造,同样,封装测试也委托专业厂家完成,最后的成品芯片作为IC设计公司的产品而自行销售。打个比方,Fabless相当于作者和出版商,而Foundry相当于印刷厂,起到产业"龙头"作用的应该是前者。

IC产品等级行业标准


产品等级的界定主要依据产品的外包装,将等级按字母顺序由A到E排列:
A1级:原厂生产,原包装,防静电包装完整 (说明:来源于正规渠道或独立分销商,在规定质保期内,产品可靠性最高。即“全新原装货品”)
A2级:原厂生产,原包装,防静电包装不完整,已经被打开 (说明:来源于正规渠道或独立分销商,在规定质保期内。即“全新货品”)
A3级:原厂生产 (说明:工厂积压或剩余货料,批号统一。有可能生产日期较早。即“工厂剩货”)
注:A1、A2、A3级在市场统称为“新货”
B1级:非原厂包装或无包装,未使用,可能被销售商重新包装 (说明:由原厂生产,但因某些原因并没有包装,产品批号统一,为原厂统一打标。通过特殊渠道流入市场的,产品质量可靠性不确定)
B2级:非原厂包装或无包装,未使用,可能被销售商重新包装 (说明:由原厂生产,但因某些原因未在产品表面打印字样,产品质量可靠性不确定。一般这种类型产品会被经销商统一重新打标)
B3级:非原厂包装或无包装,未使用,可能被销售商重新包装 (说明:由原厂生产,但因某些原因并没有包装,产品批号不统一,为原厂统一打标。通过特殊渠道流入市场的,产品质量可靠性不确定。一般这种类型产品会被经销商统一重新打标)
B4级:未使用,有包装 (说明:由原厂生产,但是产品存放环境不适宜,或者产品存放时间过久。产品管脚氧化。产品质量不确定)
注:B1、B2、B3、B4级在市场统称为“散新货”
C1级:由非原厂生产,全新未使用,完整包装 (说明:一些由大陆、台湾或其他海外国家或地区生产的产品,完全按照原品牌工厂的规格要求进行包装和封装,功能完全相同,并印有原品牌厂商字样。产品质量不确定。不如原厂正品质量可靠性高。即“仿制品”)
C2级:全新未使用 (说明:由功能相同或者相近的产品,去掉原有的标识改换为另外一种产品标识的。即“替代品改字”,市场统称“替代品”)
D1级:无包装,使用过,产品管脚没有损伤,属于旧货。可能被销售商重新包装 (说明:从旧电路板上直接拔下,如一些DIP,PLCC,BGA封装的可以直接拔下的。即“旧货”)
D2级:无包装,属于旧货。可能被销售商重新包装 (说明:从旧电路板上直接拆卸,管脚被剪短的。此类产品有可能会被后期处理过,将已经被剪短的管脚拉长或者接长。即“旧片剪切片”)
D3级:无包装,属于旧货。可能被销售商重新包装 (说明:从旧电路板上拆卸,管脚沾有焊锡。并重新处理管脚。即“旧片”)
D4级:无包装,属于旧货。可能被销售商重新包装 (说明:从旧电路板上拆卸,管脚沾有焊锡。重新处理管脚。并且重新打标的。即“旧货翻新片”)
D5级:无包装,属于旧货。可能被销售商重新包装 (说明:旧货,但是属于可编程器件,内置程序不可擦写)
注:D1、D2、D3、D5级在市场统称为“旧货”
E1级:无包装货。可能被销售商重新包装 (说明:由原厂生产,产品质量未通过质检。本应该被销毁的,但是通过特殊渠道流通到市场的。质量不可靠。即“等外品”,市场统称为“次品”)
E2级:无包装货。可能被销售商重新包装 (说明:将部分产品工业级别的改为军品级别的。质量很不稳定,安全隐患极大。即“改级别”,市场统称“假货”)
E3级:无包装货。可能被销售商重新包装 (说明:用完全不相关的产品打字为客户需求的产品。有的是外观相同,有的外观都不相同。即“假冒伪劣”,市场统称“假货”)
T1级:完整包装 (说明:由原厂为特定用户订制的某产品。有可能只有该用户产品才能使用)
T2级:完整包装 (说明:由第三方采用原厂芯片晶圆进行封装的。产品质量一般可靠。一般为停产芯片)
注:T1级、T2级在市场统称为“特殊产品”

常用电子元器件分类


常用电子元器件 分类根据众多,下面就常用类做下归纳:
首先电子元器件是具有其独立电路功能、构成电路的基本单元。随着电子技术的发展,元器件的品种也越来越多、功能也越来越强,涉及的范围也在不断扩大,跨越了元件、电路、系统传统的分类,跨越了硬件、软件的基本范畴。
从根本上来看,基本电路元器件大体上可以分为有源元器件和无源元器件。对于用半导体制成的元器件,还可以分立器件和集成器件。按用途还可以分为:基本电路元件、开关类元件、连接器、指示或显示器件、传感器等。
而无源器件是一种只消耗元器件输入信号电能的元器件,本身不需要电源就可以进行信号处理和传输。
无源器件包括电阻、电位器、电容、电感、二极管等。
有源器件正常工作的基本条件是必须向器件提供相应的电源,如果没有电源,器件将无法工作。有源器件包括三极管、场效应管、集成电路等,是以半导体为基本材料构成的元器件。
随着集成电路的发展,已经能把单元电路、功能电路,甚至整个电子系统集成在一起。

IC的分类


(一)按功能结构分类
集成电路按其功能、结构的不同,可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。
模拟集成电路用来产生、放大和处理各种模拟信号(指幅度随时间边疆变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等),而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号(指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如VCD、DVD重放的音频信号和视频信号)。
基本的模拟集成电路有运算放大器、乘法器、集成稳压器、定时器、信号发生器等。数字集成电路品种很多,小规模集成电路有多种门电路,即与非门、非门、或门等;中规模集成电路有数据选择器、编码译码器、触发器、计数器、寄存器等。大规模或超大规模集成电路有PLD(可编程逻辑器件)和ASIC(专用集成电路)。
从PLD和ASIC这个角度来讲,元件、器件、电路、系统之间的区别不再是很严格。不仅如此,PLD器件本身只是一个硬件载体,载入不同程序就可以实现不同电路功能。因此,现代的器件已经不是纯硬件了,软件器件和以及相应的软件电子学在现代电子设计中得到了较多的应用,其地位也越来越重要。
电路元器件种类繁多,随着电子技术和工艺水平的不断提高,大量新的器件不断出现,同一种器件也有多种封装形式,例如:贴片元件在现代电子产品中已随处可见。对于不同的使用环境,同一器件也有不同的工业标准,国内元器件通常有三个标准,即:民用标准、工业标准、军用标准,标准不同,价格也不同。军用标准器件的价格可能是民用标准的十倍、甚至更多。工业标准介于二者之间。
(二)按制作工艺分类
集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。
膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。
(三)按集成度高低分类
集成电路按规模大小分为:小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)、特大规模集成电路(ULSI)。
(四)按导电类型不同分类
集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路。
双极型集成电路的制作工艺复杂,功耗较大,代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极型集成电路的制作工艺简单,功耗也较低,易于制成大规模集成电路,代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型。
(五)按用途分类
集成电路按用途可分为电视机用集成电路。音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑(微机)用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。
电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、彩色解码集成电路、AV/TV转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器(CPU)集成电路、存储器集成电路等。
音响用集成电路包括AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路、电子音量控制集成电路、延时混响集成电路、电子开关集成电路等。
影碟机用集成电路有系统控制集成电路、视频编码集成电路、MPEG解码集成电路、音频信号处理集成电路、音响效果集成电路、RF信号处理集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电动机驱动集成电路等。
录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集成电路、音频处理集成电路、视频处理集成电路。

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