Phân biệt các loại IC khác nhau [Mạch tích hợp]

  1. 18-05-2024
  2. 3567

Mạch tích hợp (IC), thường được gọi là vi mạch hoặc chip, là thành phần nền tảng trong thiết bị điện tử hiện đại. Những kỳ quan công nghệ nhỏ bé này là nền tảng của vô số thiết bị điện tử, đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. IC có thể được phân loại rộng rãi thành tín hiệu tương tự, tín hiệu số và tín hiệu hỗn hợp, mỗi loại phục vụ các chức năng cụ thể trong hệ thống điện tử. Từ bộ vi xử lý mạnh mẽ điều khiển máy tính của chúng ta đến các mạch tương tự phức tạp quản lý tín hiệu, thế giới IC rất đa dạng và liên tục phát triển. Trong hành trình khám phá này, chúng tôi đi sâu vào các loại IC khác nhau, làm sáng tỏ tầm quan trọng và đóng góp của chúng đối với bối cảnh rộng lớn của công nghệ điện tử.

phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
Giới thiệu
Mạch tích hợp (IC), thường được gọi là vi mạch hoặc chip, là thành phần nền tảng trong thiết bị điện tử hiện đại. Những kỳ quan công nghệ nhỏ bé này là nền tảng của vô số thiết bị điện tử, đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. IC có thể được phân loại rộng rãi thành tín hiệu tương tự, tín hiệu số và tín hiệu hỗn hợp, mỗi loại phục vụ các chức năng cụ thể trong hệ thống điện tử. Từ bộ vi xử lý mạnh mẽ điều khiển máy tính của chúng ta đến các mạch tương tự phức tạp quản lý tín hiệu, thế giới IC rất đa dạng và liên tục phát triển. Trong hành trình khám phá này, chúng tôi đi sâu vào các loại IC khác nhau, làm sáng tỏ tầm quan trọng và đóng góp của chúng đối với bối cảnh rộng lớn của công nghệ điện tử.

Mạch tích hợp (IC) là gì
Mạch tích hợp (IC), thường được gọi là chip, vi mạch hoặc mạch vi điện tử, đại diện cho đỉnh cao của sự đổi mới công nghệ trong lĩnh vực điện tử. Những tuyệt tác thu nhỏ này về cơ bản là các tấm bán dẫn dùng làm tấm nền cho việc chế tạo phức tạp hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu linh kiện điện tử nhỏ, bao gồm điện trở, tụ điện, điốt và bóng bán dẫn.

Tính linh hoạt của các mạch tích hợp thật đáng kinh ngạc vì chúng có thể đảm nhận vô số chức năng trong lĩnh vực điện tử. Hoạt động như những thực thể đa chức năng, IC rất thành thạo trong việc đóng vai trò là bộ khuếch đại, bộ tạo dao động, bộ hẹn giờ, bộ đếm, cổng logic, bộ nhớ máy tính, bộ vi điều khiển hoặc thậm chí là bộ xử lý trung tâm (CPU) trong bộ vi xử lý.

Điều thực sự làm nên sự khác biệt của các mạch tích hợp là vai trò của chúng như những khối xây dựng cơ bản làm nền tảng cho chức năng của hầu hết tất cả các thiết bị điện tử hiện đại. Thuật ngữ "tích hợp" nhấn mạnh sự hợp nhất liền mạch của các thành phần thu nhỏ, đa dạng thành một hệ thống gắn kết được nhúng vào một chất nền mỏng như tấm wafer bao gồm vật liệu bán dẫn, điển hình là silicon tinh thể.

Sự tích hợp này không chỉ đơn thuần là về cùng một vị trí; nó bao gồm các kết nối phức tạp tạo điều kiện thuận lợi cho việc liên lạc và hợp tác liền mạch của các thành phần khác nhau này, từ đó cho phép thực hiện hiệu quả các tác vụ điện tử phức tạp. Sự nhỏ gọn và hiệu quả đạt được thông qua tích hợp đã cách mạng hóa bối cảnh điện tử, dẫn đến sự phát triển của các thiết bị nhỏ hơn, mạnh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn, trở nên phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.
Các loại IC khác nhau

phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
Mục lục:
Phân loại chức năng
Mạch tích hợp kỹ thuật số (IC kỹ thuật số)
  1. Mạch cổng logic
  2. Ký ức
  3. Bộ xử lý
Mạch tích hợp tương tự (IC tương tự)
  1. Bộ khuếch đại
  2. Bộ lọc
  3. Mổ nội soi
Phân loại theo quy trình sản xuất
  1. Mạch tích hợp đơn (SIC)
  2. Mạch tích hợp lai (HIC)
  3. Tích hợp quy mô rất lớn (VLSI)
  4. Tích hợp quy mô cực lớn (ULSI)
  5. Tích hợp quy mô khổng lồ (GSI)
Phân loại theo mục đích
  1. Mạch tích hợp truyền thông
  2. Mạch tích hợp tần số vô tuyến (RFIC)
  3. Mạch tích hợp băng cơ sở
  4. Mạch tích hợp lai kỹ thuật số tương tự
  5. Bộ xử lý tín hiệu số (DSP)
  6. Bộ chuyển đổi dữ liệu
  7. Mạch tích hợp quản lý nguồn
  8. IC quản lý nguồn
  9. IC quản lý pin
Phân loại theo bao bì
  1. Công nghệ gắn trên bề mặt (SMT)
  2. Bao bì chip
  3. Bao bì chip kép
Xu hướng
  1. Mạch tích hợp ba chiều (IC 3D)
  2. Chip sinh học
  3. Tích hợp quy mô lớn (LSI)
Mạch tích hợp (IC) được phân loại thành ba loại chính: tín hiệu tương tự, tín hiệu số và tín hiệu hỗn hợp. Các phân loại này bao gồm một loạt các chức năng, với các IC tín hiệu hỗn hợp được thiết kế đặc biệt để tích hợp cả tín hiệu analog và tín hiệu số trên một chip đơn. Tính linh hoạt này cho phép xử lý liền mạch cả tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc trong cùng một mạch tích hợp.

Mạch tích hợp kỹ thuật số

IC kỹ thuật số rất nhỏ gọn, chứa hàng tỷ cổng logic, flip-flop và bộ ghép kênh trong phạm vi vài mm vuông. Kích thước giảm của chúng cho phép vận hành ở tốc độ cao, tiêu tán điện năng thấp và sản xuất tiết kiệm chi phí so với tích hợp ở cấp độ bảng mạch. Bộ vi xử lý, bộ xử lý tín hiệu số (DSP) và bộ vi điều khiển thuộc danh mục này, sử dụng đại số boolean để xử lý tín hiệu "một" và "không".

Một ví dụ đáng chú ý là Intel 8742, bộ vi điều khiển NMOS 8 bit với CPU chạy ở tốc độ 12 MHz, RAM 128 byte, EPROM 2048 byte và khả năng I/O tích hợp.

Trong số các IC kỹ thuật số tiên tiến nhất là bộ vi xử lý hoặc "lõi" được sử dụng trong máy tính cá nhân, điện thoại di động và lò vi sóng. Nhiều lõi có thể được tích hợp vào một IC hoặc chip duy nhất. Chip bộ nhớ kỹ thuật số và mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC) đại diện cho các họ IC kỹ thuật số tiên tiến khác.

Vào những năm 1980, các thiết bị logic lập trình xuất hiện, cho phép người dùng lập trình các chức năng logic và khả năng kết nối. Khả năng lập trình này có nhiều dạng khác nhau, bao gồm các thiết bị lập trình một lần, những thiết bị có thể xóa và lập trình lại bằng tia UV, thiết bị lập trình bộ nhớ flash và mảng cổng lập trình trường (FPGA), có thể được cấu hình lại trong quá trình hoạt động. Tính đến năm 2016, FPGA có thể triển khai hàng triệu cổng và hoạt động ở tần số lên tới 1 GHz.

Mạch cổng logic: thực hiện các chức năng logic cơ bản, chẳng hạn như AND, OR, NOT, v.v.
Bộ nhớ: dùng để lưu trữ dữ liệu, bao gồm RAM tĩnh (SRAM), RAM động (DRAM), v.v.
Bộ xử lý: Bộ xử lý trung tâm điều khiển và thực hiện các lệnh của máy tính.

Mạch tích hợp tương tự

IC tương tự, chẳng hạn như cảm biến, mạch quản lý nguồn và bộ khuếch đại hoạt động (op-amp), được thiết kế để xử lý tín hiệu liên tục. Chúng thực hiện các chức năng như khuếch đại, lọc tích cực, giải điều chế và trộn.

Bộ khuếch đại: Được sử dụng để khuếch đại tín hiệu, chẳng hạn như bộ khuếch đại hoạt động, bộ khuếch đại vi sai, v.v.
Bộ lọc: Xử lý tín hiệu thông qua lọc, bao gồm các bộ lọc thông thấp, thông cao và thông dải.
Bộ khuếch đại hoạt động: Được sử dụng cho các phép toán như cộng, trừ, v.v.

Mạch tích hợp tín hiệu hỗn hợp

IC tín hiệu hỗn hợp kết hợp các mạch tương tự và kỹ thuật số trên một chip đơn, tạo ra các chức năng như bộ chuyển đổi tương tự sang số và bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự. Mặc dù cung cấp kích thước nhỏ hơn và chi phí thấp hơn nhưng họ phải giải quyết các thách thức liên quan đến nhiễu tín hiệu.

Trước cuối những năm 1990, radio không thể được chế tạo bằng cách sử dụng cùng quy trình bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) chi phí thấp như bộ vi xử lý. Tuy nhiên, kể từ năm 1998, chip vô tuyến đã được phát triển bằng quy trình CMOS tần số vô tuyến (RF CMOS). Ví dụ bao gồm điện thoại không dây DECT của Intel và chip 802.11 (Wi-Fi) do Atheros và các công ty khác tạo ra.

Mạch tích hợp ba chiều (IC 3D)
Mạch tích hợp ba chiều là công nghệ sản xuất và thiết kế mạch tích hợp tiên tiến nhằm cải thiện mật độ hiệu suất và hiệu quả của mạch bằng cách tích hợp nhiều cấp độ chip theo hướng dọc. IC 3D áp dụng phương pháp xếp chồng theo chiều dọc để xếp chồng nhiều chip lại với nhau và nhận ra kết nối giữa các lớp thông qua các lỗ xuyên dọc hoặc công nghệ kết nối. Bằng cách xếp chồng nhiều lớp chức năng theo hướng thẳng đứng, sẽ tạo ra nhiều đơn vị chức năng và bóng bán dẫn hơn, giúp cải thiện mật độ hiệu suất của mạch. Cấu trúc IC 3D giúp cải thiện khả năng tản nhiệt và giảm thiểu các vấn đề về điểm nóng vì nhiệt dễ dàng truyền sang bề mặt chip hơn. Đường kết nối theo hướng dọc ngắn hơn, giúp giảm độ trễ truyền tín hiệu và cải thiện tốc độ phản hồi tổng thể.

Lợi thế:
Cải thiện hiệu suất: IC 3D cho phép tích hợp nhiều chức năng hơn vào một không gian nhỏ hơn, từ đó cải thiện hiệu suất tổng thể.
Hiệu quả năng lượng: Đường dẫn kết nối ngắn giúp giảm mức tiêu thụ điện năng và giúp cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng.
Thu nhỏ: Do tích hợp theo hướng dọc, IC 3D có kích thước vật lý nhỏ hơn và phù hợp cho các ứng dụng trong không gian chật hẹp.
Đa chức năng: Chip ở các cấp độ khác nhau có thể tập trung vào các chức năng khác nhau để đạt được các ứng dụng đa dạng hơn.

Ứng dụng:
Hệ thống máy tính: Công nghệ IC 3D có thể được sử dụng để sản xuất bộ xử lý và bộ nhớ hiệu suất cao, cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống máy tính.
Thiết bị liên lạc: Trong lĩnh vực liên lạc tần số vô tuyến, IC 3D có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị liên lạc nhỏ hơn, hiệu suất cao.
Điện tử y tế: IC 3D có thể được áp dụng cho thiết bị y tế để đạt được sự tích hợp và thu nhỏ nhiều chức năng hơn.
Điện tử tiêu dùng: Được sử dụng để chế tạo các thiết bị di động mỏng hơn, nhẹ hơn như điện thoại thông minh và máy tính bảng.
Ứng dụng y sinh: Áp dụng công nghệ IC 3D vào lĩnh vực y sinh để hiện thực hóa các cảm biến sinh học và thiết bị y tế phức tạp hơn.
Điện toán lượng tử: Khám phá sự kết hợp giữa IC 3D và điện toán lượng tử để đạt được khả năng tính toán mạnh mẽ hơn.

Chức năng mạch tích hợp

phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
Ngoài vai trò thiết yếu của chúng trong bảng điện tử, mạch tích hợp (IC), thường được gọi là chip, còn thực hiện một loạt chức năng đa dạng không thể thiếu để hoạt động liền mạch của các thiết bị điện tử. Các chức năng này trải rộng trên nhiều ứng dụng, khiến IC trở thành nền tảng của thiết bị điện tử hiện đại.

Một chức năng chính của mạch tích hợp là khuếch đại. Hoạt động như bộ khuếch đại, IC tăng cường cường độ tín hiệu điện, đảm bảo chúng đạt đến mức mong muốn để xử lý tiếp. Khả năng này rất quan trọng trong nhiều ứng dụng điện tử, từ hệ thống âm thanh đến viễn thông.

Ngoài ra, các mạch tích hợp có chức năng như bộ dao động, tạo ra các dạng sóng định kỳ như sóng hình sin, hình vuông hoặc hình tam giác. Khả năng dao động này có vai trò then chốt trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm mạch đồng hồ, tổng hợp tần số và điều chế tín hiệu.

Các nhiệm vụ đếm và đo lường được thực hiện dễ dàng nhờ các IC đóng vai trò là bộ đếm. Các mạch này kiểm đếm tín hiệu đầu vào và cung cấp phương tiện đáng tin cậy để theo dõi các sự kiện, một chức năng thiết yếu trong các ứng dụng như đồng hồ kỹ thuật số, bộ hẹn giờ và tự động hóa công nghiệp.

Điều chỉnh điện áp là một vai trò quan trọng khác được thực hiện bởi các mạch tích hợp. Là bộ điều chỉnh điện áp, IC đảm bảo đầu ra điện áp ổn định và liên tục, bảo vệ các linh kiện điện tử khỏi những biến động trong nguồn điện. Chức năng này là cơ bản trong việc duy trì tính toàn vẹn và độ tin cậy của các thiết bị điện tử.

Mạch tích hợp cũng đóng vai trò là bộ hẹn giờ, cung cấp khả năng điều khiển chính xác theo các khoảng thời gian trong hệ thống điện tử. Chức năng này không thể thiếu trong các ứng dụng như điều chế độ rộng xung, trong đó thời lượng của xung cần được điều chỉnh chính xác.

Hơn nữa, chức năng bộ nhớ của mạch tích hợp đóng vai trò then chốt trong việc lưu trữ và truy xuất dữ liệu. Từ RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) đến ROM (Bộ nhớ chỉ đọc), IC góp phần đáng kể vào việc lưu trữ và truy xuất dữ liệu trong các hệ thống điện tử.

Một trong những ưu điểm đáng chú ý của mạch tích hợp là khả năng thay thế các mạch dựa trên thành phần rời rạc. Bằng cách tích hợp nhiều thành phần vào một con chip, IC không chỉ nâng cao hiệu quả của hệ thống điện tử mà còn góp phần giảm kích thước, trọng lượng và mức tiêu thụ điện năng.

Các loại gói IC khác nhau

phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
  • Through-hole packages
Through-hole packages là một loại bao bì mạch tích hợp (IC) đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, đặc biệt là trong các thế hệ công nghệ trước đây. Trong phương pháp đóng gói này, các linh kiện điện tử có dây dẫn được luồn qua các lỗ trên bảng mạch in (PCB) và sau đó được hàn ở mặt đối diện của bảng. Thiết kế này trái ngược với công nghệ gắn trên bề mặt, trong đó các thành phần được gắn trực tiếp trên bề mặt PCB.

Đặc điểm nổi bật của gói xuyên lỗ là các dây dẫn đi qua các lỗ, cung cấp cả hỗ trợ cơ học và kết nối điện cho mạch điện. Phương pháp này thường gắn liền với các thiết bị điện tử truyền thống và lắp ráp thủ công. Các bộ phận xuyên lỗ dễ dàng xử lý và hàn thủ công hơn, khiến chúng phù hợp cho việc tạo mẫu và sản xuất quy mô nhỏ.

phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
  • Surface mount
Công nghệ gắn trên bề mặt (SMT) là một phương pháp được áp dụng rộng rãi để đóng gói và lắp ráp các linh kiện điện tử trên bảng mạch in (PCB). Ngược lại với công nghệ xuyên lỗ, trong đó các linh kiện được đưa dây dẫn qua các lỗ trên PCB, các linh kiện gắn trên bề mặt được gắn trực tiếp lên bề mặt của bo mạch. Công nghệ này đã trở thành tiêu chuẩn cho sản xuất thiết bị điện tử hiện đại do có nhiều ưu điểm.

Trong các gói gắn trên bề mặt, các linh kiện điện tử có dây dẫn phẳng, ngắn hoặc hoàn toàn không có chì và chúng được hàn trực tiếp vào các miếng đệm trên bề mặt PCB. Thiết kế này cung cấp một số lợi ích chính. Thứ nhất, nó cho phép mật độ thành phần cao hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các thiết bị điện tử nhỏ hơn và gọn hơn. Thứ hai, các bộ phận gắn trên bề mặt thường nhẹ hơn và có đường dẫn điện ngắn hơn, góp phần cải thiện hiệu suất điện.

phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
  • Chip carrier
Chip carrier là một loại gói mạch tích hợp (IC) được thiết kế để chứa và bảo vệ chip bán dẫn đồng thời cung cấp phương tiện kết nối điện với mạch ngoài hoặc bảng mạch in (PCB). Nhà cung cấp chip có nhiều dạng khác nhau, mỗi dạng có đặc điểm và ưu điểm riêng. Mục đích chính của chất mang chip là đóng gói khuôn silicon dễ vỡ, cung cấp hỗ trợ cơ học, kết nối điện và bảo vệ chống lại các yếu tố môi trường.

Chất mang chip thường bao gồm một vỏ bằng nhựa hoặc gốm bao quanh khuôn bán dẫn. Vỏ này có thể có nhiều hình dạng khác nhau, chẳng hạn như phẳng, hình chữ nhật hoặc hình vuông, tùy thuộc vào loại vật mang chip cụ thể. Vỏ cũng bao gồm một bộ dây dẫn điện hoặc thiết bị đầu cuối kéo dài ra ngoài gói, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối chip với mạch điện bên ngoài.

phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
  • Pin grid arrays
Pin Grid Array (PGA) là một loại bao bì mạch tích hợp (IC) sắp xếp các chân điện của thiết bị bán dẫn theo mô hình lưới thông thường ở bề mặt dưới cùng của bao bì. Sự sắp xếp các chân này giúp đơn giản hóa việc kết nối chip với bảng mạch in (PCB) và cho phép tản nhiệt hiệu quả. PGA đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử khác nhau do những ưu điểm của chúng về hiệu suất điện, độ tin cậy và quản lý nhiệt.
phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
  • Flat packages
Flat packages đề cập đến một loại bao bì mạch tích hợp (IC) được đặc trưng bởi thiết kế phẳng, nhỏ gọn với các dây dẫn kéo dài từ các cạnh của gói. Các gói này thường được sử dụng trong các linh kiện điện tử, mang lại sự cân bằng giữa kích thước, tính dễ sản xuất và hiệu suất điện. Các gói phẳng phổ biến trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ các mạch điện tử đơn giản đến các bộ vi điều khiển và bộ xử lý tín hiệu số phức tạp hơn.

phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
  • Small outline packages
Small outline packages (SOP) đề cập đến một loại bao bì mạch tích hợp (IC) được đặc trưng bởi thiết kế nhỏ gọn và hợp lý, với các dây dẫn kéo dài từ các cạnh của gói. SOP được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử hiện đại, mang lại sự cân bằng giữa hiệu quả không gian, tính dễ sản xuất và hiệu suất điện. Các gói này là một tập hợp con của các gói gắn trên bề mặt và đã trở nên phổ biến trong nhiều ứng dụng.
phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
  • Chip-scale packages
Chip-scale packages (CSP) đại diện cho một dạng bao bì mạch tích hợp (IC) tiên tiến và rất nhỏ gọn được thiết kế có kích thước gần bằng kích thước của khuôn bán dẫn. Mục tiêu chính của CSP là giảm thiểu dấu chân tổng thể của IC đóng gói, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng có hạn chế về không gian là tối quan trọng. CSP là yếu tố chính hỗ trợ quá trình thu nhỏ trong các thiết bị điện tử, mang lại mức độ tích hợp và hiệu suất cao trong một kiểu dáng nhỏ bé.
phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
  • Ball grid array
Ball grid array (BGA) là một loại bao bì mạch tích hợp (IC) đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử hiện đại, đặc biệt là cho bộ vi xử lý, bộ xử lý đồ họa, thiết bị bộ nhớ và các mạch tích hợp hiệu suất cao khác. Điểm đặc biệt của BGA là việc sắp xếp các quả bóng hàn trên bề mặt dưới cùng của gói hàng theo dạng lưới, thay thế các dây dẫn truyền thống có trong các loại bao bì khác. Cấu hình này mang lại một số lợi thế, khiến BGA trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành điện tử.
phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop
Tham khảo: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_integrated_circle_packaging_types

Các loại công nghệ vi mạch khác nhau

phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop

Tích hợp quy mô nhỏ (SSI)

Tích hợp quy mô nhỏ liên quan đến việc tích hợp từ 1 đến 100 bóng bán dẫn trên một chip. Mức độ tích hợp này phù hợp với các thành phần điện tử cơ bản như cổng logic, Bộ khuếch đại hoạt động (Op-Amp) và Flip-flop. Các mạch SSI tạo thành các khối xây dựng nền tảng cho các mạch tích hợp phức tạp hơn.

Tích hợp quy mô trung bình (MSI)

Tích hợp quy mô trung bình đưa việc tích hợp tiến thêm một bước nữa, kết hợp 100 đến 1000 bóng bán dẫn trên một chip. Điều này cho phép tạo ra các thành phần nâng cao hơn, bao gồm Bộ đếm, Bộ ghép kênh (MUX), Bộ cộng và Bộ vi xử lý 4 bit (µPs). Mạch MSI đóng vai trò then chốt trong việc xây dựng các hệ thống kỹ thuật số phức tạp vừa phải.

Tích hợp quy mô lớn (LSI)

Tích hợp quy mô lớn liên quan đến việc tích hợp 1000 đến 10.000 bóng bán dẫn trên một con chip. Mức độ tích hợp này cho phép phát triển các thành phần phức tạp hơn, chẳng hạn như Bộ vi xử lý 8 bit (µPs), Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) và Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM). Các mạch LSI là công cụ tạo ra các hệ thống điện tử tiên tiến.

Tích hợp quy mô rất lớn (VLSI)

Tích hợp quy mô rất lớn biểu thị sự tích hợp của 10.000 đến 1 triệu bóng bán dẫn trên một con chip. Mức độ tích hợp này tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các thành phần thậm chí còn phức tạp hơn, bao gồm Bộ vi xử lý 16 bit và 32 bit (µPs) và triển khai các mạch Bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS). Mạch VLSI là một phần không thể thiếu trong sự phát triển của các thiết bị điện tử hiệu suất cao.

Tích hợp quy mô cực lớn (ULSI)

Tích hợp quy mô cực lớn liên quan đến việc tích hợp từ 1 triệu đến 10 triệu bóng bán dẫn trên một con chip. Mức độ tích hợp này đặc biệt có ý nghĩa trong việc phát triển các kiến trúc bộ vi xử lý tiên tiến, được minh họa bằng các bộ xử lý như dòng Pentium. Các mạch ULSI cho phép tạo ra các hệ thống vi điện tử tiên tiến và hiệu suất cao.

Tích hợp quy mô khổng lồ (GSI)

Tích hợp quy mô khổng lồ thể hiện giai đoạn tích hợp đạt trên 10 triệu bóng bán dẫn trên một con chip. Ở cấp độ này, GSI được sử dụng để tạo ra các hệ thống điện tử có độ phức tạp cao, bao gồm Hệ thống nhúng và Hệ thống trên Chip (SoC) được thiết kế cho các ứng dụng phức tạp và đòi hỏi khắt khe. Các mạch GSI luôn đi đầu trong công nghệ, cho phép hiện thực hóa các thiết bị điện tử phức tạp và hiệu suất cao.
Các loại IC khác nhau

phan biet cac loai ic khac nhau  mach tich hop

Trong giai đoạn đầu phát triển mạch tích hợp cơ bản, khả năng mở rộng hạn chế của công nghệ đã hạn chế mỗi chip chỉ có một số ít bóng bán dẫn. Mức độ tích hợp tương đối thấp đã đơn giản hóa quá trình thiết kế. Trong thời kỳ này, năng suất sản xuất thấp hơn đáng kể so với các tiêu chuẩn hiện đại ngày nay. Khi công nghệ bán dẫn oxit kim loại (MOS) phát triển, việc kết hợp hàng triệu và sau đó là hàng tỷ bóng bán dẫn MOS vào một con chip trở nên khả thi. Sự tiến bộ đáng chú ý này đòi hỏi phải lập kế hoạch tỉ mỉ trong giai đoạn thiết kế, dẫn đến sự nổi lên của tự động hóa thiết kế điện tử (EDA) như một lĩnh vực riêng biệt.

Bất chấp bước nhảy vọt to lớn về khả năng tích hợp, một số chip tích hợp quy mô nhỏ (SSI) và tích hợp quy mô trung bình (MSI), giống như các bóng bán dẫn rời rạc, vẫn tiếp tục được sản xuất hàng loạt. Những con chip này phục vụ hai mục đích: duy trì thiết bị hiện có và xây dựng các thiết bị mới chỉ cần một số lượng cổng hạn chế. Đáng chú ý, một số dòng chip nhất định đã đạt được trạng thái tiêu chuẩn trên thực tế và vẫn đang được tích cực sản xuất. Một ví dụ điển hình về độ bền này được thấy trong dòng chip logic bóng bán dẫn-bóng bán dẫn (TTL) 7400, theo thời gian, đã củng cố vị trí của mình như một tiêu chuẩn và vẫn đang được sản xuất liên tục.

Các loại chế tạo IC
Việc chế tạo các thiết bị bán dẫn bao gồm một quy trình phức tạp rất quan trọng để sản xuất mạch tích hợp (IC), đặc biệt là các thiết bị bán dẫn oxit kim loại (MOS) được nhúng trong các chip được sử dụng trên nhiều thiết bị điện và điện tử khác nhau. Vật liệu nền tảng để chế tạo vi mạch là tấm bán dẫn silicon đơn tinh thể và quy trình chế tạo bao gồm một số bước chính.

Phân lớp

Bước phân lớp bao gồm việc thêm các lớp mỏng lên bề mặt của tấm wafer silicon. Các lớp này có thể bao gồm các vật liệu khác nhau, có cấu trúc vi mô khác nhau hoặc có thành phần khác nhau. Các ví dụ bao gồm việc sử dụng silicon đa tinh thể và oxit silicon, góp phần tạo ra các chức năng đa dạng của mạch tích hợp.

Tạo mẫu

Tạo khuôn, hay in thạch bản, là một bước quan trọng trong chế tạo tấm bán dẫn. Nó bao gồm một loạt các quá trình như lắng đọng, pha tạp, ăn mòn và tạo khuôn, phối hợp với nhau để che giấu có chọn lọc hoặc để lộ các phần cụ thể của bề mặt tấm bán dẫn. Bước này xác định các kích thước quan trọng của thiết bị trên tấm bán dẫn, ảnh hưởng đến hiệu suất và chức năng tổng thể.

Doping

Doping là quá trình đưa một lượng cụ thể tạp chất có hoạt tính điện thông qua các lỗ trên bề mặt tấm bán dẫn. Những vật liệu pha tạp này thường bao gồm các tạp chất loại p hoặc loại n. Doping rất cần thiết cho việc hình thành các thiết bị khác nhau, bao gồm điốt, bóng bán dẫn, dây dẫn và các thành phần không thể thiếu khác của thiết bị IC.

Xử lý nhiệt (Lò luyện)

Xử lý nhiệt, còn được gọi là ủ lò, là một bước quan trọng trong sản xuất thiết bị bán dẫn. Nó liên quan đến việc làm nóng nhiều tấm bán dẫn để thay đổi tính chất điện của chúng. Các phương pháp xử lý nhiệt được thiết kế để tạo ra nhiều hiệu ứng khác nhau, chẳng hạn như cho phép các chất tạp chất như phốt pho chuyển giữa các màng hoặc từ màng sang các bề mặt tiếp xúc của chất nền bán dẫn, làm đậm đặc các màng lắng đọng, điều chỉnh các điều kiện của màng, sửa chữa hư hỏng của bộ cấy và dịch chuyển hoặc điều khiển các chất tạp chất trong cấu trúc.

Tóm lại, việc chế tạo các mạch tích hợp bao gồm một chuỗi các bước tỉ mỉ, từ phân lớp và tạo khuôn cho đến pha tạp và xử lý nhiệt. Mỗi giai đoạn góp phần xây dựng các thiết bị bán dẫn một cách chính xác và có kiểm soát, đảm bảo chức năng và hiệu suất của các mạch tích hợp cuối cùng được sử dụng trong các ứng dụng điện tử đa dạng.

Cuối cùng
Tóm lại, thế giới mạch tích hợp là một lĩnh vực năng động của sự đổi mới và chức năng. IC tương tự, kỹ thuật số và tín hiệu hỗn hợp cùng nhau tạo thành xương sống của các thiết bị điện tử, cho phép xử lý tín hiệu và dữ liệu liền mạch. Từ hiệu quả của bộ vi xử lý kỹ thuật số đến độ chính xác của bộ khuếch đại hoạt động tương tự, IC đã cách mạng hóa cách chúng ta tương tác với công nghệ. Khi công nghệ tiến bộ, chúng ta có thể dự đoán những đột phá tiếp theo trong thiết kế vi mạch, dẫn đến các hệ thống điện tử phức tạp hơn và có khả năng hoạt động cao hơn. Hành trình của mạch tích hợp là một câu chuyện đang diễn ra, thúc đẩy sự tiến bộ và định hình tương lai của ngành điện tử.

 

 
Tư vấn khác