专用线性集成电路
专用线性集成电路是指专用于收音机、录音机、电视机和一些电子设备中的集成电路。近些年来,由于集成电路制作技术越来越成熟,成品率提高、成本下降,加上人们对商品小型化的要求,使专用集成电路的品种日益增多,生产数量也日益增大。
我们以收音机为例,来看看用专用线性集成电路制作的收音机和一般用分立元件制作的收音机有什么不同。图2是性能优于六管机的集成电路中波段收音机典型结构。从图中可看出,机内仅用一块集成电路,它集成了收音机中变频、中放、检波、功放等所有电路。由于集成电路不宜制作电感、电容和可调电阻等元件,所以只有这些元件才需要外接,如输入调谐回路、本机振荡和中放调谐回路及音量电位器等。这种集成电路的收音机,与分立元件的六管机相比,在同样输出功率的情况下,电源功耗要小一半,且低压工作特性较好,可在2~5伏供电电压范围内工作而不影响灵敏度,从而使机内电池寿命至少可延长 30%。用了集成电路,使收音机可以达到小型、重量轻和低电压工作的目的。

在录音机和电视机里也都用着多种集成电路。以一种黑白电视机为例,如果用分立元件组装,其机内电路按功能划分,可大致分为如图1所示13个方块;若用集成电路组装,除了高频头和大功率或高反压的有源器件尚需用分立元件装配外,其余部分几乎都可采用集成电路。例如昆仑12英寸黑白电视机中:集成电路HAll44中包括了第一、二级图象中放、中频AGC放大器、高放AGC放大器等电路;HAll67集成了末级图象中放、同步分离、视频检波、消隐视放、消噪声等电路;HA1166集成了行振荡、行推动等电路;KC581C集成了场同步、场振荡、场输出等电路;KC583C集成了伴音中放、伴音鉴频、音频放大等电路;KC582C则集成了稳压电源电路。这样,利用上述六块集成电路,如图1中虚线划分的部分,加上高频头、显象管及其偏转、高压系统和阻容元件等,就构成了一台完整的黑白电视机。用集成电路装配电视机,不仅简化了装配工艺,而且结构紧凑、维修方便、性能稳定。

除了上述为收音机、录音机、电视机所用的专用集成电路外,还有很多满足各种单独用途的集成电路。例如各种规格的集成电路稳压器、电压比较器、直流放大器、音频放大器、平衡调制器等等。
专用线性集成电路的外形封装,大多采用双列直插、塑料封装形式,管脚按内部结构复杂程度有8~16脚等多种,均可从手册中查得。
大规模集成电路
大规模集成电路英文缩写为LSI,也叫集成电子部件(IEC)。第一块大规模集成电路是1967年问世的,它在一块芯片上集成了1000个以上的元件(即相当于100个门以上)。
从中、小规模集成电路到大规模集成电路,不仅集成度大小有了变化,而且电路性质亦发生了变化。如果说中、小规模集成电路是按分立电路集成的话,大规模集成电路则已是系统集成,它可按某种系统的功能要求,将大量相同或不相同的电路制作在一块硅片上,再在内部连接起来。例如,目前已广泛应用的袖珍计算器,尽管有加、减、乘、除、开方和乘方等多种计算功能,但其内部仅装有一块大规模集成电路,若用小规模集成电路来组装、要用几百块才行,按每块14条管脚计算,就有几千个焊接点。由此可见,大规模集成电路不仅大大压缩了电子设备的体积,且由于使电路外接引线大量减少,大大提高了设备的可靠性。当然,由于大规模集成电路是按系统功能的要求设计和制作的,其专用性较强,不像中、小规模集成电路那样具有通用性。
大规模集成电路要在面积极小的芯片上集成成千上万、甚至数十万、数百万个元件,并将它们按要求互连起来,若仍用晶体表面单层布线法,就无法避免互连线条的交叉短路,因而必须采用多层布线法。图3为最简单的双层布线示意图,第一层金属布线将BG\(_{1}\)管的C\(^{1}\)与BG2管的e\(_{2}\)连接起来。第二层金属布线将BG1的e\(_{1}\)与BG2的b\(_{2}\)相连,两层间用绝缘膜隔开,起到绝缘和表面保护的作用。布线金属要有良好的导电性,还必须与绝缘膜粘合良好,以保证能精细光刻,腐蚀加工,常用的金属有铬、镍、铝、铂、钼、金、银等。绝缘膜材料很多,目前采用较多的是二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al\(_{2}\)O3)和氮化硅(Si\(_{3}\)N4)等。大规模集成电路的布线,目前已发展到三层、四层,层数越多,芯片面积利用率和元件密集度越高,元件间的连接更短,电性能亦就更好。当然,集成度越高,就要求更精细的光刻工艺和更完善的净化技术,否则就难以提高成品率。

大规模集成电路的集成度仍在迅速提高,最近出现了超大规模集成电路,它与前者相比,原理上无多大变化,目前一般将每片集成10万个元件以上的集成电路,算作超大规模集成电路。当然,超大规模集成电路的制造工艺要求更严,可靠性也会更高。
结束语
《从二极管到集成电路》连载到此告一段落。文中以半导体二极管—晶体三极管—集成电路为线索,较系统地介绍了这些器件的结构特点、性能参数、工作原理及在电路中的应用。目的是为了使读者能较好地了解和掌握器件特性参数,在电路中正确地应用这些器件。
在文中可以看到,电子科学的发展是多么迅速。就半导体科学来说,从1948年第一个晶体管诞生至今,仅三十余年;就无线电通信而言,自波波夫、马可尼发明无线电报至今,不足百年。而如今,电子科学正越来越广泛地渗透到国防科学、工农业及家庭日常生活的各个领域中,提供相当优越的电子设备为人类造福:彩色电视、立体声收音、电报传真、计算机诊断、卫星通信……。可以预见,随着半导体科学技术的发展,尤其是超大规模集成电路的迅速发展与应用,必将大大加速电子设备的小型化进程,从而对通信广播、电子计算机及其它应用电子技术的领域带来更深远的影响。(金国钧 编译)