单纯从电脑知识角度来讲,IC是英语integrated circuit的首字母缩写,汉语的意思就是集成电路板;广义的定义还涉及所有的电子元件,像电阻、电容、二(三)极管、电路板/PCB板等许多相关产品。
晶体管发明并大量生产之后,各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用,取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步,使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件,集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片,是一个巨大的进步。集成电路的规模生产能力,可靠性,电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。
集成电路对于离散晶体管有两个主要优势:成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术,作为一个单位印刷,而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关,消耗更低能量,因为组件很小且彼此靠近。2006年,芯片面积从几平方毫米到350 mm²,每mm²可以达到一百万个晶体管。
第一个集成电路雏形是由杰克·基尔比于1958年完成的,其中包括一个双极性晶体管,三个电阻和一个电容器,相较于现今科技的尺寸来讲,体积相当庞大。
根据一个芯片上集成的微电子器件的数量,集成电路可以分为以下几类:
- 小型集成电路(SSI英文全名为Small Scale Integration)逻辑门10个以下或 晶体管100个以下。
- 中型集成电路(MSI英文全名为Medium Scale Integration)逻辑门11~100个或 晶体管101~1k个。
- 大规模集成电路(LSI英文全名为Large Scale Integration)逻辑门101~1k个或 晶体管1,001~10k个。
- 超大规模集成电路(VLSI英文全名为Very large scale integration)逻辑门1,001~10k个或 晶体管10,001~100k个。
- 极大规模集成电路(ULSI英文全名为Ultra Large Scale Integration)逻辑门10,001~1M个或 晶体管100,001~10M个。
- GLSI(英文全名为Giga Scale Integration)逻辑门1,000,001个以上或晶体管10,000,001个以上。
而根据处理信号的不同,可以分为模拟集成电路、数字集成电路、和兼具模拟与数字的混合信号集成电路。
集成电路(英语:integrated circuit,缩写作 IC;德语:integrierter Schaltkreis),或称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)、晶片/芯片(chip)在电子学中是一种把电路(主要包括半导体设备,也包括被动组件等)小型化的方式,并时常制造在半导体晶圆表面上。
前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜(thin-film)集成电路。另有一种厚膜(thick-film)集成电路(hybrid integrated circuit)是由独立半导体设备和被动组件,集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。
本文是关于单片(monolithic)集成电路,即薄膜集成电路。
从1949年到1957年,维尔纳·雅各比(Werner Jacobi)、杰弗里·杜默(Jeffrey Dummer)、西德尼·达林顿(Sidney Darlington)、樽井康夫(Yasuo Tarui)都开发了原型,但现代集成电路是由杰克·基尔比在1958年发明的。其因此荣获2000年诺贝尔物理奖,但同时间也发展出近代实用的集成电路的罗伯特·诺伊斯,却早于1990年就过世。
集成电路的应用
集成电路(Integrated Circuits,ICs)在现代科技中有着广泛的应用,几乎贯穿了各个领域,包括但不限于以下几个方面:
- 电子产品:集成电路是电子产品的核心组件,几乎所有的电子设备都依赖于集成电路的功能。例如,智能手机、平板电脑、电脑、电视机、音响设备、游戏机等。
- 通信:无线通信和有线通信都大量使用集成电路。在手机、调制解调器、无线路由器、基站等设备中,集成电路起着关键作用。
- 计算机:计算机中的微处理器、内存芯片、输入输出控制芯片等都是集成电路。它们决定了计算机的性能和功能。
- 汽车电子:现代汽车中大量使用集成电路,包括引擎控制单元、车载娱乐系统、驾驶辅助系统、安全气囊系统等。
- 医疗设备:医疗诊断设备、医疗监护设备、医疗影像设备等都广泛使用集成电路,帮助医疗工作者进行诊断和治疗。
- 工业控制:在工业自动化领域,集成电路用于控制和监控生产过程,例如 PLC(可编程逻辑控制器)、传感器、执行器等。
- 航空航天:航空航天领域需要高性能、可靠的电子设备,集成电路在航空航天中扮演着重要角色,用于飞行控制、通信、导航、数据处理等。
- 军事应用:军事领域对电子设备的要求极高,集成电路在军事通信、雷达、导弹制导、情报收集等方面有着广泛的应用。
- 消费电子:集成电路在消费电子产品中应用广泛,包括数码相机、电子游戏、家用电器、智能家居设备等。
- 能源:在能源领域,集成电路用于电力系统控制、能源管理、智能电网等方面。
总的来说,集成电路在现代社会中几乎无处不在,它们的应用涵盖了几乎所有的领域,为各行各业提供了技术支持和解决方案。