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集成电路

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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)。

集成电路的类型

集成电路根据不同的用途可以主要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TTL、CMOS集成电路。

TTL、CMOS集成电路目前常用的就是54系列军用产品和74系列民用产品。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54/74HC、54/74HCT、54/74HCU三大类。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可选择不同类型的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。

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。因此,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。

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。

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。下面介绍几种常用的集成电路封装。


1.直插式封装

图1
图1 🔍原图 (567×344)

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。其中单列式封装有单列直插式封装(Single Inline Package ,缩写为SIP)和单列曲插式封装(Zig-Zag Inline Package,缩写为ZIP),单列直插式封装的集成电路只有一排引脚,单列曲插式封装的集成电路一排引脚又分成两排进行安装。

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。适合PCB的穿孔安装;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。常见的直插式封装集成电路外形如图1所示。


2.贴片封装

图2
图2 🔍原图 (425×431)

随着生产技术的提高,电子产品的体积越来越小,体积较大的直插式封装集成电路已经不能满足需要。故设计者又研制出一种贴片封装的集成电路,这种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。贴片封装的集成电路主要有薄型QFP(TQFP)、细引脚间距QFP(VQFP)、缩小型QFP(SQFP)、塑料QFP(PQFP)、金属QFP(MetalQFP)、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)及小外形集成电路(SOIC)等派生封装。常见的贴片式封装集成电路的外形如图2所示。


3.BGA封装

图3
图3 🔍原图 (516×421)

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。常见的BGA封装集成电路外形如图3所示。


4.厚膜封装

图4
图4 🔍原图 (567×378)

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, 如图4所示。

其他常用集成电路的封装名称与外形如附表所示。

集成电路的命名

集成电路有各种型号,其命名也有一定规律。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,常用的音频功率放大器LM3886就因为后缀不同而有LM3886TF和LM3886T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。

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。

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……

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……

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……

常见的集成电路引脚识别方法如图5所示。至于集成电路各引脚代表的含义及内部具体连接方法,应根据集成电路的型号查阅相关技术手册。

集成电路的电路符号

集成电路在电路原理图中通常用字母“IC”来表示,如“IC1表示”该电路原理图中的第一个集成电路。

文/赵理科