集成芯片

集成電路(integrated circuit)是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu);其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。它在電路中用字母“IC”表示。集成電路發(fā)明者為杰克·基爾比(基于鍺(Ge)的集成電路)和羅伯特·諾伊思(基于硅(Si)的集成電路)。當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路。是20世紀(jì)50年代后期到60年代發(fā)展起來的一種新型半導(dǎo)體器件。它是經(jīng)過氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、蒸鋁等半導(dǎo)體制造工藝，把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的半導(dǎo)體、電阻、電容等元件及它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上，然后焊接封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的電子器件。其封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式。集成電路技術(shù)包括芯片制造技術(shù)與設(shè)計(jì)技術(shù)，主要體現(xiàn)在加工設(shè)備，加工工藝，封裝測試，批量生產(chǎn)及設(shè)計(jì)創(chuàng)新的能力上。

集成電路，英文為Integrated Circuit，縮寫為IC;顧名思義，就是把一定數(shù)量的常用電子元件，如電阻、電容、晶體管等，以及這些元件之間的連線，通過半導(dǎo)體工藝集成在一起的具有特定功能的電路。為什么會產(chǎn)生集成電路?我們知道任何發(fā)明創(chuàng)造背后都是有驅(qū)動(dòng)力的，而驅(qū)動(dòng)力往往來源于問題。那么集成電路產(chǎn)生之前的問題是什么呢?我們看一下1946年在美國誕生的世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)，它是一個(gè)占地150平方米、重達(dá)30噸的龐然大物，里面的電路使用了17468只電子管、7200只電阻、10000只電容、50萬條線，耗電量150千瓦 [1] 。顯然，占用面積大、無法移動(dòng)是它最直觀和突出的問題;如果能把這些電子元件和連線集成在一小塊載體上該有多好!我們相信，有很多人思考過這個(gè)問題，也提出過各種想法。典型的如英國雷達(dá)研究所的科學(xué)家達(dá)默，他在1952年的一次會議上提出：可以把電子線路中的分立元器件，集中制作在一塊半導(dǎo)體晶片上，一小塊晶片就是一個(gè)完整電路，這樣一來，電子線路的體積就可大大縮小，可靠性大幅提高。這就是初期集成電路的構(gòu)想，晶體管的發(fā)明使這種想法成為了可能，1947年在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出來了第一個(gè)晶體管，而在此之前要實(shí)現(xiàn)電流放大功能只能依靠體積大、耗電量大、結(jié)構(gòu)脆弱的電子管。晶體管具有電子管的主要功能，并且克服了電子管的上述缺點(diǎn)，因此在晶體管發(fā)明后，很快就出現(xiàn)了基于半導(dǎo)體的集成電路的構(gòu)想，也就很快發(fā)明出來了集成電路。杰克·基爾比(Jack Kilby)和羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)在1958~1959期間分別發(fā)明了鍺集成電路和硅集成電路?，F(xiàn)在，集成電路已經(jīng)在各行各業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，是現(xiàn)代信息社會的基石。集成電路的含義，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其剛誕生時(shí)的定義范圍，但其最核心的部分，仍然沒有改變，那就是“集成”，其所衍生出來的各種學(xué)科，大都是圍繞著“集成什么”、“如何集成”、“如何處理集成帶來的利弊”這三個(gè)問題來開展的。硅集成電路是主流，就是把實(shí)現(xiàn)某種功能的電路所需的各種元件都放在一塊硅片上，所形成的整體被稱作集成電路。

對于“集成”，想象一下我們住過的房子可能比較容易理解：很多人小時(shí)候都住過農(nóng)村的房子，那時(shí)房屋的主體也許就是三兩間平房，發(fā)揮著臥室的功能，門口的小院子擺上一副桌椅，就充當(dāng)客廳，旁邊還有個(gè)炊煙裊裊的小矮屋，那是廚房，而具有獨(dú)特功能的廁所，需要有一定的隔離，有可能在房屋的背后，要走上十幾米……后來，到了城市里，或者鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化，大家都住進(jìn)了樓房或者套房，一套房里面，有客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間、陽臺，也許只有幾十平方米，卻具有了原來占地幾百平方米的農(nóng)村房屋的各種功能，這就是集成。當(dāng)然現(xiàn)如今的集成電路，其集成度遠(yuǎn)非一套房能比擬的，或許用一幢摩登大樓可以更好地類比：地面上有商鋪、辦公、食堂、酒店式公寓，地下有幾層是停車場，停車場下面還有地基——這是集成電路的布局，模擬電路和數(shù)字電路分開，處理小信號的敏感電路與翻轉(zhuǎn)頻繁的控制邏輯分開，電源單獨(dú)放在一角。每層樓的房間布局不一樣，走廊也不一樣，有回字形的、工字形的、幾字形的——這是集成電路器件設(shè)計(jì)，低噪聲電路中可以用折疊形狀或“叉指”結(jié)構(gòu)的晶體管來減小結(jié)面積和柵電阻。各樓層直接有高速電梯可達(dá)，為了效率和功能隔離，還可能有多部電梯，每部電梯能到的樓層不同——這是集成電路的布線，電源線、地線單獨(dú)走線，負(fù)載大的線也寬;時(shí)鐘與信號分開;每層之間布線垂直避免干擾;CPU與存儲之間的高速總線，相當(dāng)于電梯，各層之間的通孔相當(dāng)于電梯間……