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跟我学识电子元器件
——集成电路篇
主讲：黄汉英
一、集成电路概念
• 集成电路是一种采用特殊工艺，将晶体管、 电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成 的具有特定功能的器件。 • 英文名称为 Integrated Circuit ，缩写为IC， 俗称芯片。 • 集成电路能执行一些特定的功能，如放大 信号或储存信息，也可以通过软件改变整 个电路的功能 (最典型的是单片机 ) 。
1. 插式封装
• 直插式封装集成电路是引脚插入印制板中， 然后再焊接的一种集成电路封装形式，主要 有单列式封装和双列直插式封装。
– 单列式封装又分为：
• 单列直插式封装 (Single Inline Package，缩写为
SIP)；这种集成电路只有一排引脚
• 单列曲插式封装 ( Zigzag Inline Package，缩写为
二、集成电路的类型
• 双极型集成电路
– 双极型集成电路又可分为 TTL（Transistor Transistor Logic）， TTL电路的“性能价格比”最佳，应用最 广泛。 ECL（Emitter Coupled Logic ） I2L（Integrated Injection Logic ） PMOS（P-channel Metal-Oxide-Semiconductor ）、 NMOS （N-channel Metal-Oxide-Semiconductor ） CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ） （金属-氧化体-半导体互补对称逻辑门电路。）
2. 贴片封装
• 贴片封装的集成电路引脚很小，可以直接焊接在 印制电路板的印制导线上，主要分为：
– – – – – – – – – – – – 薄型 QFP(TQFP) 、 细引脚间距 QFP (VQFP)、 缩小型 QFP (SQFP)、 塑料 QFP(PQFP) 、 金属 QFP(Meta1QFP) 、 )、 QFP(TapeQFP) 载带 QFP(TapeQFP J型引脚小外形封装 (SOJ)、 薄小外形封装 (TSOP)、 甚小外形封装 (VSOP)、 缩小型 SOP(SSOP)、 薄的缩小型 SOP(TSSOP)、 小外形集成电路 (SOIC)等。
ZIP ) ，这种集成电路一排引脚又分成两排进行安装。
1. 插式封装
• 双列直插式封装又称 DIP封装(Dual Inline Package)，这种封装的集成电路具有两排引 脚。 Printed Circuit Board )的穿孔安 • 适合PCB ( (Printed Board) 装，易于对PCB布线，安装方便。 • 双列直插式封装的结构形式主要有多层陶瓷 双列直插式封装、单层陶瓷双列直插式封装、 引线框架式封装等。
这是LM386的实物图，旁边是人民币 5角硬币。
�它的内部有这样多的元件，使用时只需接上正负电 源和输入信号输出负载就可以了，非常方便实用。
集成电路网站资料
介绍集成电路制造过程的网站：
– http://www.infras.com/Tutorial/sld001.htm – http://www.intel.com/cn/museum/chips/index.htm – http://ic.sjtu.edu.cn/vocation/jshbl/chdgmjchdl.asp
三、集成电路的封装
• 所谓封装是指安装集成电路用的外壳 ，它 不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和 增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片 内部世界与外部电路的桥梁，芯片上的接 点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些 引脚又通过基板上的导线与其他元器件进 行连接。 • 对于很多集成电路产品而言，封装技术都 是非常关键的一环，对芯片自身性能的表 现和发挥有重要的影响。
VLSI ULSI GSL
105107 107109 > 109
<102 102103
SSI---Small Scale Integrated
小规模集成电路
超大规模集成电路
二、集成电路的类型
• 根据用途可以分为模拟和数字两大类：
– 模拟集成电路 主要有运算放大器、集成稳压电 路、自动控制集成电路、信号处理集成电路 等； – 数字集成电路 主要有双极型TTL、单极型MOS 集成电路。
三、集成电路的封装
• 按照封装材料，集成电路的封装可以分为 金属封装、塑料封装、陶瓷封装等。 • 其中塑料封装的集成电路最常用。塑料封 装的集成电路又有方形扁平式和小型外壳 式两大类，前者适用于多引脚电路，后者 适用于少引脚电路。
1.小外型塑料封装 （Small Outline Package）(简称:SOP或SOIC) 引线形状： 翼型、J型、I型； 引线间距（引线数)： 1.27mm(8-28条) 1.0mm (32条) 、 0.76mm(40-56条) �
– –
•
单极型MOS集成电路
– – –
• TTL集成电路大致可分为 6大类
– 54／74(标准型)、 – 54／74LS(低功耗肖特基)、 – 54／74S(肖特基)、 – 54／74ALS(先进低功耗肖特基 )、 – 54／74AS(先进肖特基)、 – 54／74F(高速)；
• CMOS集成电路主要有三大类
.方型扁平封装（Quad Flat Package） 带有翼型引线的称为QFP。 • 引线间距： 0.65mm、0.5mm、 0.4mm、0.3mm、 0.25mm。 • 引线数范围： 80—500条。�
3. BGA封装
• BGA封装 (Ball Grid Array Package)又名球栅阵列 封装，BGA封装的引脚以圆形或柱状焊点按阵列 形式分布在封装下面。采用该封装形式的集成电 路主要有CPU以及南北桥等的高密度、高性能、 多功能集成电路。 • BGA封装集成电路的优点是虽然增加了引脚数， 但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了 组装成品率；厚度和重量都较以前的封装技术有 所减少；寄生参数减小，信号传输延迟小，使用 频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高。
二、集成电路的类型
按规模分类 SSI/MSI/LSI/VLSI/ULSI/GSI 组合逻辑电路 时序逻辑电路 线性电路 非线性电路
数字电路 按功能分类 模拟电路 数模混合电路
集成电路的不同发展阶段
SSI-MSI-LSI-VLSI-ULSI-GSL
主要特征 元件数/片
SSI
MSI
LSI
103105
五、集成电路引脚的识别
• 方形扁平式封装与单列式封装的集成电路
– 方形扁平式封装与单列式封装的集成电路通常 采用一个缺角标识引脚的起始。 – 对于方形扁平式封装的集成电路，可以将有文 字符号的一面正放 (一般将缺角置于左方 )，由 顶部俯视，从左下脚起，按逆时针方向数，依 次为1、2、3 – 对于单列式封装的集成电路，可以将有文字符 号的一面正放 (一般将缺角置于左上方 )，从左 下脚起，从左至右引脚号码依次为 1、2、3
集成电路的选用
• 集成电路型号众多，随着技术的发展，又有更多 的功能更强、集成度更高的集成电路涌现，为电 子产品的生产制作带来了方便。 • 在设计制作时，若没有专用的集成电路可以应 用，就应该尽量选用应用广泛的通用集成电路， 同时考虑集成电路的价格和制作的复杂度。 • 在电子制作中，有许多常用的集成电路，如 NE555(时基电路)、LM324(四个集成的运算放大 器)、TDA2822(双声道小功率放大器 )、 LM1875(高保真15W功率放大器)、KD9300(单曲 音乐集成电路 )、LM317(三端可调稳压器)等。
封装后的集成电路
集成电路成品
四、集成电路的命名
• 集成电路命名规律：一般是由 前缀、数字编 号、后缀组成。
– 前缀主要为英文字母，用来表示集成电路的生 产厂家及类别， – 后缀一般用来表示集成电路的封装形式、版本 代号等。 – 例：音频功率放大器 LM386因为后缀不同而有 LM386TF和LM386T两种类型，前者散热片绝 缘，后者不绝缘，其中前缀 LM表示该集成电路 是美国国家半导体公司的代表线性电路。
集成电路的引线从封装主体的四侧又扩展到整个平 面，有效地解决了 QFP 的引线间距缩小到极限的问 题，被称为新型的封装技术。 �
4. 厚膜封装
• 厚膜集成电路就是把专用的集成电路芯片 与相关的电容、电阻元件都集成在一个基 板上，然后在其外部采用标准的封装形 式，并引出引脚的一种模块化的集成电 路，
介绍集成电路资料的网站
– http://www.51ic.net/link1.htm
– 54／74HC、54／74HCT、54／74HCU。 说明：54系列为军用产品， 74系列为民用产品。
TTL与CMOS集成电路
• 同一系列的 TTL或CMOS电路其推荐工作条 件基本相同，最大的区别就是开关特性和 噪声特性随着型号的不同而有较大的差 异，使用时可以根据不同的条件和要求选 择不同类型的 54／74系列产品，比如电路 的供电电压为 3V就应选择54／74HC系列的 产品。
(2) 陶 瓷 无 引 线 封 装 （ Leadless Ceramic Chip Carrier）(简称:LCCC) 它的特点是： • 无引线 • 引出端是陶瓷外壳 四侧的镀金凹槽 (常被称作：城堡式)， • 凹槽的中心距有1.0mm、 • 1.27mm两种。�
三、集成电路的封装
• 按照封装外形，集成电路的封装可以分为 直插式封装 、贴片式封装、BGA封装等类 型。
集成电路的制造
• 集成电路的制造： 400多道工序
硅衬底
硅平面工艺
晶圆
剔除、分类
芯片
封装
集成电路
成品测试
Βιβλιοθήκη Baidu成品
音频功率放大器LM386
� 集成电路就是将一个或多 个成熟的单元电路做在一 块硅材料的半导体芯片 上，再从这块芯片上引出 几个引脚，作为电路供电 和外界信号的通道。 � 以一种叫做 “LM386”的集成 电路为例，这是一种用作 音频信号放大的集成电 路，它的内部的结构如图 1，而它的外观体积却很 小，
五、集成电路引脚的识别
• 集成电路通常有多个引脚，每一个引脚都 有其相应的功能定义，使用集成电路前， 必须认真查对识别集成电路的引脚，确认 电源、接地、输入、输出、控制等端的引 脚号，以免因接错而损坏器件。 • 引脚排列的一般规律如下。
五、集成电路引脚的识别
• 圆形金属壳封装集成电路
– 圆形金属壳封装的集成电路多用于集成运放等，管脚 数有8、10、12等种类。 – 其引脚识别方法为，正视引脚，以管壳上的凸起部分 (定位销)为参考标记，按顺时针方向数管脚依次为 1、2、 3
2.芯片载体封装 为适应SMT高密度的需要，集成电路的引线由两侧 发展到四侧，这种在封装主体四侧都有引线的形式 称为芯片载体,通常有塑料及陶瓷封装两大类。 (1)塑料有引线封装（Plastic Leaded Chip Carrier） (简称:PLCC) • 引线形状：J型 • 引线间距：1.27mm • 引线数：18 - 84条�
• 扁平和双列直插式集成电路
– 扁平和双列直插式集成电路其管脚数目有 8、10、12、 14、16、18、20、24等多种。这些集成电路的上方通 常都有一个缺口 (缺角或者圆弧 )或者色点作为第一个引 脚的识别标记。 – 识别引脚时，要将有文字符号的一面正放 (一般将缺口 或者色点置于左方 )，由顶部俯视，从左下脚起，按逆 时针方向数，依次为 1、2、3
——集成电路篇
主讲：黄汉英
一、集成电路概念
• 集成电路是一种采用特殊工艺，将晶体管、 电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成 的具有特定功能的器件。 • 英文名称为 Integrated Circuit ，缩写为IC， 俗称芯片。 • 集成电路能执行一些特定的功能，如放大 信号或储存信息，也可以通过软件改变整 个电路的功能 (最典型的是单片机 ) 。
1. 插式封装
• 直插式封装集成电路是引脚插入印制板中， 然后再焊接的一种集成电路封装形式，主要 有单列式封装和双列直插式封装。
– 单列式封装又分为：
• 单列直插式封装 (Single Inline Package，缩写为
SIP)；这种集成电路只有一排引脚
• 单列曲插式封装 ( Zigzag Inline Package，缩写为
二、集成电路的类型
• 双极型集成电路
– 双极型集成电路又可分为 TTL（Transistor Transistor Logic）， TTL电路的“性能价格比”最佳，应用最 广泛。 ECL（Emitter Coupled Logic ） I2L（Integrated Injection Logic ） PMOS（P-channel Metal-Oxide-Semiconductor ）、 NMOS （N-channel Metal-Oxide-Semiconductor ） CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ） （金属-氧化体-半导体互补对称逻辑门电路。）
2. 贴片封装
• 贴片封装的集成电路引脚很小，可以直接焊接在 印制电路板的印制导线上，主要分为：
– – – – – – – – – – – – 薄型 QFP(TQFP) 、 细引脚间距 QFP (VQFP)、 缩小型 QFP (SQFP)、 塑料 QFP(PQFP) 、 金属 QFP(Meta1QFP) 、 )、 QFP(TapeQFP) 载带 QFP(TapeQFP J型引脚小外形封装 (SOJ)、 薄小外形封装 (TSOP)、 甚小外形封装 (VSOP)、 缩小型 SOP(SSOP)、 薄的缩小型 SOP(TSSOP)、 小外形集成电路 (SOIC)等。
ZIP ) ，这种集成电路一排引脚又分成两排进行安装。
1. 插式封装
• 双列直插式封装又称 DIP封装(Dual Inline Package)，这种封装的集成电路具有两排引 脚。 Printed Circuit Board )的穿孔安 • 适合PCB ( (Printed Board) 装，易于对PCB布线，安装方便。 • 双列直插式封装的结构形式主要有多层陶瓷 双列直插式封装、单层陶瓷双列直插式封装、 引线框架式封装等。
这是LM386的实物图，旁边是人民币 5角硬币。
�它的内部有这样多的元件，使用时只需接上正负电 源和输入信号输出负载就可以了，非常方便实用。
集成电路网站资料
介绍集成电路制造过程的网站：
– http://www.infras.com/Tutorial/sld001.htm – http://www.intel.com/cn/museum/chips/index.htm – http://ic.sjtu.edu.cn/vocation/jshbl/chdgmjchdl.asp
三、集成电路的封装
• 所谓封装是指安装集成电路用的外壳 ，它 不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和 增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片 内部世界与外部电路的桥梁，芯片上的接 点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些 引脚又通过基板上的导线与其他元器件进 行连接。 • 对于很多集成电路产品而言，封装技术都 是非常关键的一环，对芯片自身性能的表 现和发挥有重要的影响。
VLSI ULSI GSL
105107 107109 > 109
<102 102103
SSI---Small Scale Integrated
小规模集成电路
超大规模集成电路
二、集成电路的类型
• 根据用途可以分为模拟和数字两大类：
– 模拟集成电路 主要有运算放大器、集成稳压电 路、自动控制集成电路、信号处理集成电路 等； – 数字集成电路 主要有双极型TTL、单极型MOS 集成电路。
三、集成电路的封装
• 按照封装材料，集成电路的封装可以分为 金属封装、塑料封装、陶瓷封装等。 • 其中塑料封装的集成电路最常用。塑料封 装的集成电路又有方形扁平式和小型外壳 式两大类，前者适用于多引脚电路，后者 适用于少引脚电路。
1.小外型塑料封装 （Small Outline Package）(简称:SOP或SOIC) 引线形状： 翼型、J型、I型； 引线间距（引线数)： 1.27mm(8-28条) 1.0mm (32条) 、 0.76mm(40-56条) �
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单极型MOS集成电路
– – –
• TTL集成电路大致可分为 6大类
– 54／74(标准型)、 – 54／74LS(低功耗肖特基)、 – 54／74S(肖特基)、 – 54／74ALS(先进低功耗肖特基 )、 – 54／74AS(先进肖特基)、 – 54／74F(高速)；
• CMOS集成电路主要有三大类
.方型扁平封装（Quad Flat Package） 带有翼型引线的称为QFP。 • 引线间距： 0.65mm、0.5mm、 0.4mm、0.3mm、 0.25mm。 • 引线数范围： 80—500条。�
3. BGA封装
• BGA封装 (Ball Grid Array Package)又名球栅阵列 封装，BGA封装的引脚以圆形或柱状焊点按阵列 形式分布在封装下面。采用该封装形式的集成电 路主要有CPU以及南北桥等的高密度、高性能、 多功能集成电路。 • BGA封装集成电路的优点是虽然增加了引脚数， 但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了 组装成品率；厚度和重量都较以前的封装技术有 所减少；寄生参数减小，信号传输延迟小，使用 频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高。
二、集成电路的类型
按规模分类 SSI/MSI/LSI/VLSI/ULSI/GSI 组合逻辑电路 时序逻辑电路 线性电路 非线性电路
数字电路 按功能分类 模拟电路 数模混合电路
集成电路的不同发展阶段
SSI-MSI-LSI-VLSI-ULSI-GSL
主要特征 元件数/片
SSI
MSI
LSI
103105
五、集成电路引脚的识别
• 方形扁平式封装与单列式封装的集成电路
– 方形扁平式封装与单列式封装的集成电路通常 采用一个缺角标识引脚的起始。 – 对于方形扁平式封装的集成电路，可以将有文 字符号的一面正放 (一般将缺角置于左方 )，由 顶部俯视，从左下脚起，按逆时针方向数，依 次为1、2、3 – 对于单列式封装的集成电路，可以将有文字符 号的一面正放 (一般将缺角置于左上方 )，从左 下脚起，从左至右引脚号码依次为 1、2、3
集成电路的选用
• 集成电路型号众多，随着技术的发展，又有更多 的功能更强、集成度更高的集成电路涌现，为电 子产品的生产制作带来了方便。 • 在设计制作时，若没有专用的集成电路可以应 用，就应该尽量选用应用广泛的通用集成电路， 同时考虑集成电路的价格和制作的复杂度。 • 在电子制作中，有许多常用的集成电路，如 NE555(时基电路)、LM324(四个集成的运算放大 器)、TDA2822(双声道小功率放大器 )、 LM1875(高保真15W功率放大器)、KD9300(单曲 音乐集成电路 )、LM317(三端可调稳压器)等。
封装后的集成电路
集成电路成品
四、集成电路的命名
• 集成电路命名规律：一般是由 前缀、数字编 号、后缀组成。
– 前缀主要为英文字母，用来表示集成电路的生 产厂家及类别， – 后缀一般用来表示集成电路的封装形式、版本 代号等。 – 例：音频功率放大器 LM386因为后缀不同而有 LM386TF和LM386T两种类型，前者散热片绝 缘，后者不绝缘，其中前缀 LM表示该集成电路 是美国国家半导体公司的代表线性电路。
集成电路的引线从封装主体的四侧又扩展到整个平 面，有效地解决了 QFP 的引线间距缩小到极限的问 题，被称为新型的封装技术。 �
4. 厚膜封装
• 厚膜集成电路就是把专用的集成电路芯片 与相关的电容、电阻元件都集成在一个基 板上，然后在其外部采用标准的封装形 式，并引出引脚的一种模块化的集成电 路，
介绍集成电路资料的网站
– http://www.51ic.net/link1.htm
– 54／74HC、54／74HCT、54／74HCU。 说明：54系列为军用产品， 74系列为民用产品。
TTL与CMOS集成电路
• 同一系列的 TTL或CMOS电路其推荐工作条 件基本相同，最大的区别就是开关特性和 噪声特性随着型号的不同而有较大的差 异，使用时可以根据不同的条件和要求选 择不同类型的 54／74系列产品，比如电路 的供电电压为 3V就应选择54／74HC系列的 产品。
(2) 陶 瓷 无 引 线 封 装 （ Leadless Ceramic Chip Carrier）(简称:LCCC) 它的特点是： • 无引线 • 引出端是陶瓷外壳 四侧的镀金凹槽 (常被称作：城堡式)， • 凹槽的中心距有1.0mm、 • 1.27mm两种。�
三、集成电路的封装
• 按照封装外形，集成电路的封装可以分为 直插式封装 、贴片式封装、BGA封装等类 型。
集成电路的制造
• 集成电路的制造： 400多道工序
硅衬底
硅平面工艺
晶圆
剔除、分类
芯片
封装
集成电路
成品测试
Βιβλιοθήκη Baidu成品
音频功率放大器LM386
� 集成电路就是将一个或多 个成熟的单元电路做在一 块硅材料的半导体芯片 上，再从这块芯片上引出 几个引脚，作为电路供电 和外界信号的通道。 � 以一种叫做 “LM386”的集成 电路为例，这是一种用作 音频信号放大的集成电 路，它的内部的结构如图 1，而它的外观体积却很 小，
五、集成电路引脚的识别
• 集成电路通常有多个引脚，每一个引脚都 有其相应的功能定义，使用集成电路前， 必须认真查对识别集成电路的引脚，确认 电源、接地、输入、输出、控制等端的引 脚号，以免因接错而损坏器件。 • 引脚排列的一般规律如下。
五、集成电路引脚的识别
• 圆形金属壳封装集成电路
– 圆形金属壳封装的集成电路多用于集成运放等，管脚 数有8、10、12等种类。 – 其引脚识别方法为，正视引脚，以管壳上的凸起部分 (定位销)为参考标记，按顺时针方向数管脚依次为 1、2、 3
2.芯片载体封装 为适应SMT高密度的需要，集成电路的引线由两侧 发展到四侧，这种在封装主体四侧都有引线的形式 称为芯片载体,通常有塑料及陶瓷封装两大类。 (1)塑料有引线封装（Plastic Leaded Chip Carrier） (简称:PLCC) • 引线形状：J型 • 引线间距：1.27mm • 引线数：18 - 84条�
• 扁平和双列直插式集成电路
– 扁平和双列直插式集成电路其管脚数目有 8、10、12、 14、16、18、20、24等多种。这些集成电路的上方通 常都有一个缺口 (缺角或者圆弧 )或者色点作为第一个引 脚的识别标记。 – 识别引脚时，要将有文字符号的一面正放 (一般将缺口 或者色点置于左方 )，由顶部俯视，从左下脚起，按逆 时针方向数，依次为 1、2、3