휴대 전화, 노트북, 냉장고, 컴퓨터, 텔레비전 및 기타 모든 전기 및 전자 장치와 같이 일상 생활에서 사용하는 모든 전자 제품은 단순하거나 복잡한 회로로 제조됩니다. 전자 회로는 여러 전기 및 전자 부품 회로의 여러 구성 요소를 통해 전류가 흐르기 위해 와이어 또는 도선을 연결하여 서로 연결됩니다. 저항기 , 커패시터 , 인덕터, 다이오드, 트랜지스터 등. 회로는 회로의 크기 및 제조 공정에 따라 직렬 회로 및 병렬 회로 (집적 회로 및 이산 회로, 회로에 사용되는 신호에 따라)와 같은 다양한 기준에 따라 다양한 유형으로 분류 될 수 있습니다. : 아날로그 회로 및 디지털 회로. 이 기사에서는 다양한 유형의 집적 회로 및 해당 응용 분야에 대한 개요를 설명합니다.
집적 회로는 무엇입니까?
집적 회로 또는 IC 또는 마이크로 칩 또는 칩은 미세한 전자 회로 다양한 전기 및 전자 부품 (저항기, 커패시터, 트랜지스터 등)의 제조에 의해 형성된 어레이 반도체 재료 (실리콘) 웨이퍼, 개별 전자 부품으로 만들어진 대형 개별 전자 회로와 유사한 작업을 수행 할 수 있습니다.
집적 회로
이러한 모든 구성 요소 배열, 미세 회로 및 반도체 웨이퍼 재료베이스가 함께 통합되어 단일 칩을 형성하므로이를 집적 회로 또는 통합 칩 또는 마이크로 칩이라고합니다.
전자 회로는 크기가 다른 개별 또는 개별 전자 구성 요소를 사용하여 개발되므로 이러한 개별 회로의 비용과 크기는 회로에 사용되는 구성 요소의 수에 따라 증가합니다. 이러한 부정적인 측면을 극복하기 위해 집적 회로 기술이 개발되었습니다. Texas Instruments의 Jack Kilby는 1950 년대에 최초의 IC 또는 집적 회로를 개발했으며 그 후 Fairchild Semiconductor의 Robert Noyce가이 집적 회로의 몇 가지 실제 문제를 해결했습니다.
집적 회로의 역사
집적 회로의 역사는 솔리드 스테이트 장치에서 시작되었습니다. 최초의 진공관의 발명은 진공 다이오드라고 불리는 1897 년 John Ambrose (J.A) Fleming에 의해 이루어졌습니다. 모터의 경우 그는 왼손 규칙을 발명했습니다. 그 후 1906 년에 Triode라는 새로운 진공이 발명되어 증폭에 사용됩니다.
그 후 트랜지스터는 작동하는 데 적은 전력을 사용하는 작은 부품이기 때문에 1947 년에 Bell Labs에서 진공관을 부분적으로 대체하기 위해 발명되었습니다. 비 집적 회로로 알려진 손을 통해 제어함으로써 인쇄 회로 기판에 배열 된 것뿐만 아니라 서로를 분리하여 개별 부품을 사용하여 서로 다른 회로를 설계했습니다. 이러한 IC는 많은 전력과 공간을 소비하며 출력이 그렇게 부드럽 지 않습니다.
1959 년에 집적 회로가 개발되어 여러 전자 및 전기 부품이 단일 실리콘 웨이퍼 위에 제작되었습니다. 집적 회로는 저전력을 사용하여 작동하고 원활한 출력을 제공합니다. 또한, 집적 회로를 통한 트랜지스터의 향상도 증가 할 수 있습니다.
다양한 기술의 집적 회로 진화
IC의 분류는 칩의 크기와 통합 규모에 따라 수행 할 수 있습니다. 여기서 통합 척도는 일반적인 집적 회로에 배치되는 전자 부품의 수를 지정합니다.
1961 년부터 1965 년까지 SSI (Small-scale Integration) 기술을 사용하여 단일 칩에 10 ~ 100 개의 트랜지스터를 제작하여 플립 플롭과 로직 게이트를 만들었습니다.
1966 년부터 1970 년까지 중규모 통합 (MSI) 기술을 사용하여 멀티플렉서, 디코더 및 카운터를 만들기 위해 단일 칩에 100 ~ 1000 개의 트랜지스터를 제작했습니다.
1971 년부터 1979 년까지 대규모 통합 기술 (LSI)을 사용하여 단일 칩에서 1000 ~ 20000 개의 트랜지스터를 제작하여 RAM, 마이크로 프로세서, ROM을 만들었습니다.
1980 년부터 1984 년까지 VLSI (초대 규모 통합) 기술은 RISC 마이크로 프로세서, DSP, mi16 비트 및 32 비트 마이크로 프로세서를 만들기 위해 단일 칩에서 20000 ~ 50000 개의 트랜지스터를 제작하는 데 사용되었습니다.
1985 년부터 현재까지 ULSI (Ultra Large Scale Integration) 기술은 64 비트 마이크로 프로세서를 만들기 위해 단일 칩에 50,000 ~ 10 억 개의 트랜지스터를 제작하는 데 사용되었습니다.
다양한 유형의 집적 회로의 한계
다양한 유형의 IC에 대한 제한 사항은 다음과 같습니다.
- 전력 등급이 제한됨
- 저전압에서 작동
- 작동 중 소음 발생
- 높은 등급의 PNP는 가능성이 없습니다.
- 그 구성 요소는 저항 및 커패시터와 같이 전압 의존적입니다.
- 섬세하다
- 저잡음으로 IC 제작이 어렵다
- 온도 계수를 얻기가 어렵습니다.
- 고급 PNP 조립은 불가능합니다.
- IC에서 모든 com
- IC에서는 다른 구성 요소를 교체하거나 제거 할 수 없으므로 IC 내의 구성 요소가 손상되면 전체 IC를 새 IC로 변경해야합니다.
- 정격 전력이 10W 이상인 IC는 제조 할 수 없기 때문에 전력 정격이 제한됩니다.
다양한 유형의 집적 회로
집적 회로의 분류는 다양한 기준에 따라 수행되는 다양한 유형의 IC가 있습니다. 시스템에있는 몇 가지 유형의 IC는 트리 형식의 이름과 함께 아래 그림에 나와 있습니다.
다양한 유형의 ICS
의도 된 애플리케이션에 따라 IC는 아날로그 집적 회로, 디지털 집적 회로 및 혼합 집적 회로로 분류됩니다.
디지털 집적 회로
신호 진폭의 전체 레벨을 작동하는 대신 몇 가지 정의 된 레벨에서만 작동하는 집적 회로를 디지털 IC라고하며, 이러한 IC는 여러 개의 디지털 로직 게이트 , 멀티플렉서, 플립 플롭 및 기타 회로의 전자 부품. 이러한 논리 게이트는 0 (낮음 또는 거짓 또는 논리 0) 및 1 (높음 또는 참 또는 논리 1)과 같은 이진 입력 데이터 또는 디지털 입력 데이터와 함께 작동합니다.
디지털 집적 회로
위의 그림은 일반적인 디지털 집적 회로 설계와 관련된 단계를 보여줍니다. 이 디지털 IC는 컴퓨터에서 자주 사용되며 마이크로 프로세서 , 디지털 신호 프로세서, 컴퓨터 네트워크 및 주파수 카운터. 프로그래밍 가능 IC, 메모리 칩, 로직 IC, 전력 관리 IC 및 인터페이스 IC와 같은 다양한 유형의 디지털 IC 또는 디지털 집적 회로 유형이 있습니다.
아날로그 집적 회로
연속적인 신호 범위에서 작동하는 집적 회로를 아날로그 IC라고합니다. 이들은 선형 집적 회로 (선형 IC)와 무선 주파수 집적 회로 (RF IC). 사실, 전압과 전류 사이의 관계는 경우에 따라 연속 아날로그 신호의 긴 범위에서 비선형적일 수 있습니다.
아날로그 집적 회로
자주 사용되는 아날로그 IC는 연산 증폭기이거나 단순히 연산 증폭기라고 불리며 차동 증폭기와 유사하지만 매우 높은 전압 이득을 가지고 있습니다. 디지털 IC에 비해 트랜지스터 수가 매우 적으며, 아날로그 애플리케이션 별 집적 회로 (아날로그 ASIC)를 개발하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 도구가 사용됩니다.
선형 집적 회로
아날로그 집적 회로에서 전압과 전류 간의 선형 관계가 존재하면 선형 IC라고합니다. 이 선형 IC의 가장 좋은 예는 .741 IC, 8 핀 DIP (Dual In-line Package) 연산 증폭기,
무선 주파수 집적 회로
아날로그 IC에서는 전압과 전류 사이에 비선형 관계가 존재하면이를 고주파 IC라고합니다. 이러한 종류의 IC는 무선 주파수 집적 회로라고도합니다.
혼합 집적 회로
단일 칩에서 아날로그 및 디지털 IC의 조합으로 얻은 집적 회로를 혼합 IC라고합니다. 이 IC는 디지털-아날로그 변환기로 작동합니다. 아날로그-디지털 변환기 (D / A 및 A / D 컨버터) 및 클록 / 타이밍 IC. 위 그림에 표시된 회로는 8 ~ 18GHz자가 치유 레이더 수신기의 사진 인 혼합 집적 회로의 예입니다.
혼합 집적 회로
이 혼합 신호 Systems-on-a-chip은 통합 기술의 발전으로 단일 칩에 디지털, 다중 아날로그 및 RF 기능을 통합 할 수 있습니다.
일반적인 유형의 집적 회로 (IC)는 다음과 같습니다.
논리 회로
이 IC는 이진 입력 및 출력 (0 또는 1)과 함께 작동하는 논리 게이트를 사용하여 설계되었습니다. 이들은 대부분 의사 결정자로 사용됩니다. 로직 게이트의 로직 또는 진리표를 기반으로 IC에 연결된 모든 로직 게이트는 IC 내부에 연결된 회로를 기반으로 출력을 제공하므로이 출력은 특정 의도 된 작업을 수행하는 데 사용됩니다. 몇 가지 논리 IC가 아래에 나와 있습니다.
논리 회로
비교기
비교기 IC는 입력을 비교 한 다음 IC의 비교를 기반으로 출력을 생성하기위한 비교기로 사용됩니다.
비교기
스위칭 IC
스위치 또는 스위칭 IC는 트랜지스터를 사용하여 설계되었으며 스위칭 작업 . 위 그림은 SPDT IC 스위치를 보여주는 예입니다.
스위칭 IC
오디오 증폭기
오디오 증폭기 오디오 증폭에 사용되는 많은 유형의 IC 중 하나입니다. 이들은 일반적으로 오디오 스피커, 텔레비전 회로 등에 사용됩니다. 위의 회로는 저전압 오디오 증폭기 IC를 보여줍니다.
오디오 증폭기
CMOS 집적 회로
CMOS 집적 회로는 낮은 임계 전압, 저전력 소비와 같은 기능으로 인해 FET와 비교하여 다양한 응용 분야에서 매우 많이 사용됩니다. CMOS IC에는 유사한 칩에서 공동으로 제조되는 P-MOS 및 N-MOS 장치가 포함됩니다. 이 IC의 구조는 장치의 임계 전압을 낮추는 데 도움이되는 폴리 실리콘 게이트이므로 저전압 레벨에서 처리 할 수 있습니다.
전압 조정기 IC
이러한 종류의 집적 회로는 DC 입력 내의 변화에도 불구하고 안정적인 DC 출력을 제공합니다. 일반적으로 사용되는 유형 조정기는 LM309, uA723, LM105 및 78XX IC입니다.
연산 증폭기
그만큼 연산 증폭기 오디오 증폭에 사용되는 오디오 증폭기와 유사하게 자주 사용되는 IC입니다. 이 연산 증폭기는 증폭 목적으로 사용되며 이러한 IC는 트랜지스터 증폭기 회로. 741 연산 증폭기 IC의 핀 구성은 위 그림에 나와 있습니다.
연산 증폭기
타이머 IC
타이머 의도 된 애플리케이션에서 시간을 계산하고 추적하기 위해 사용되는 특수 목적의 집적 회로입니다. 내부 회로의 블록 다이어그램 LM555 타이머 IC 위의 회로에 나와 있습니다. 사용 된 구성 요소 수 (일반적으로 사용 된 트랜지스터 수를 기반으로 함)에 따라 다음과 같습니다.
타이머 IC
소규모 통합 몇 개의 트랜지스터 (칩에 수십 개의 트랜지스터)로만 구성되는이 IC는 초기 항공 우주 프로젝트에서 중요한 역할을했습니다.
중간 규모 통합 1960 년대에 개발 된 IC 칩에 수백 개의 트랜지스터로 구성되어 있으며 SSI IC에 비해 더 나은 경제성과 장점을 달성했습니다.
대규모 통합 중규모 통합 IC와 거의 동일한 경제성을 지닌 칩에있는 수천 개의 트랜지스터로 구성됩니다. 1970 년대에 개발 된 최초의 마이크로 프로세서, 계산기 칩 및 1Kbit RAM은 4 천개 미만의 트랜지스터를 가지고있었습니다.
대규모 통합 수백에서 수십억 개의 트랜지스터로 구성됨 (개발 기간 : 1980 ~ 2009)
초대형 통합 100 만 개가 넘는 트랜지스터로 구성되어 있으며 나중에 WSI (wafer-scale integration), SoC (system on a chip) 및 3D-IC (3 차원 집적 회로)가 개발되었습니다.
이 모든 것은 통합 기술의 세대로 취급 될 수 있습니다. IC는 또한 제조 공정 및 포장 기술에 따라 분류됩니다. IC에는 타이머, 카운터, 레지스터 , 증폭기, 발진기, 논리 게이트, 가산기, 마이크로 프로세서 등.
클래스에 따른 집적 회로의 유형
집적 회로는 제조 과정에서 사용되는 기술에 따라 세 가지 등급으로 제공됩니다.
- 박막 및 후막 IC
- 모 놀리 식 IC
- 하이브리드 또는 멀티 칩 IC
얇고 두꺼운 IC
이러한 유형의 집적 회로에서는 커패시터 및 저항과 같은 수동 부품이 사용되지만 트랜지스터와 다이오드는 회로를 설계하기 위해 별도의 부품처럼 연결됩니다. 이러한 IC는 단순히 통합 된 구성 요소와 분리 된 구성 요소의 조합이며 이러한 IC는 성막 방식과는 별개로 관련 특성과 외관을 가지고 있습니다. ICS에서 박막 IC 박막 증착을 결정할 수 있습니다.
이 IC는 세라믹 스탠드의 유리 표면에 전도성 물질을 증착하는 필름을 통해 설계되었습니다. 재료의 필름 두께를 변경하면 저항률이 달라지며 수동 전자 부품의 제조가 가능합니다.
이러한 유형의 집적 회로에서 실크 인쇄 방법은 세라믹 기판에 필요한 회로 모델을 만드는 데 사용됩니다. 때때로 이러한 종류의 IC를 인쇄 박막 IC라고합니다.
모 놀리 식 IC
이러한 종류의 집적 회로에서 실리콘 칩의 능동, 수동 및 개별 구성 요소의 상호 연결이 형성 될 수 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이, 모노는 단 하나 인 반면 Lithos는 돌을 의미하는 그리스어 단어에서 파생되었습니다. 현재 이러한 IC는 낮은 비용과 신뢰성으로 인해 가장 일반적으로 사용됩니다. 상업적으로 제조되는 IC는 전압 조정기, 증폭기, 컴퓨터 회로 및 AM 수신기처럼 사용됩니다. 그러나 모 놀리 식 IC 구성 요소 간의 절연은 열악하지만 전력 등급도 낮습니다.
듀얼 인라인 패키지 (DIP) IC
DIP (듀얼 인라인 패키지) 또는 DIPP (듀얼 인라인 핀 패키지)는 직사각형 보드와 전기 연결 핀이있는 두 개의 병렬 행이있는 마이크로 일렉트로닉스 또는 전자 장치 측면에서 전자 부품 패키지입니다.
하이브리드 또는 다중 칩 IC
이름에서 알 수 있듯이 멀티는 상호 연결된 하나의 개별 칩 위에 있음을 의미합니다. 다이오드 또는 확산 트랜지스터와 같은 능동 구성 요소에는 이러한 IC가 포함되는 반면 수동 구성 요소는 단일 칩의 확산 커패시터 또는 저항입니다. 이러한 구성 요소의 연결은 금속 화 된 프로토 타입을 통해 수행 할 수 있습니다. 다중 칩 집적 회로는 5W ~ 50W의 고전력 증폭기 애플리케이션에 광범위하게 사용됩니다. 모 놀리 식 집적 회로에 비해 하이브리드 IC 성능이 우수합니다.
IC 패키지 유형
IC 패키지는 스루 홀 실장 및 표면 실장 패키징과 같은 두 가지 유형으로 분류됩니다.
스루 홀 마운트 패키지
이들의 설계는 리드 핀이 보드의 한면을 통해 고정되고 다른면에 연기가 나는 곳에서 수행 될 수 있습니다. 다른 유형에 비해 이러한 패키지의 크기가 더 큽니다. 이들은 주로 보드 공간과 비용 제한의 균형을 맞추기 위해 전자 장치 내에서 사용됩니다. 스루 홀 마운트 패키지의 가장 좋은 예는 이중 인라인 패키지입니다. 가장 많이 사용되는 패키지이기 때문입니다. 이 패키지는 세라믹 및 플라스틱과 같은 두 가지 유형으로 제공됩니다.
ATmega328에서 28 핀은 수직으로 확장되고 검은 색 플라스틱 직사각형 모양의 보드에 배치되어 서로 평행하게 배치됩니다. 핀 사이의 간격은 0.1 인치로 유지됩니다. 또한, 패키지의 크기는 번호 내의 차이로 인해 변경됩니다. 다른 패키지의 핀 수. 이러한 핀의 배열은 단락이 발생하지 않도록 브레드 보드 중앙에 조절 될 수있는 방식으로 수행 될 수 있습니다.
다른 스루 홀 마운트 IC 패키지는 PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03입니다.
표면 실장 포장
이러한 종류의 패키징은 주로 부품을 PCB에 똑바로 배치하는 장착 기술을 따릅니다. 그의 제조 방법은 작업을 신속하게 수행하는 데 도움이 될 것이지만 작은 구성 요소로 인한 결함 가능성을 높이고 서로 매우 가깝게 배치됩니다. 이러한 종류의 포장은 플라스틱 또는 세라믹 몰딩을 사용합니다. 플라스틱 몰드를 사용하는 다양한 종류의 표면 실장 패키징은 작은 외곽선 L 리드 패키지와 BGA (Ball Grid Array)입니다.
다양한 표면 실장 IC 패키지는 SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN 및 BGA입니다.
장점
집적 회로 유형의 장점은 아래에 설명되어 있습니다.
전력 소비가 낮음
집적 회로는 크기와 구조가 적기 때문에 제대로 작동하는 데 전력을 덜 사용합니다.
크기는 콤팩트
IC를 사용하는 작은 회로는 개별 회로와 비교하여 주어진 기능에 대해 얻을 수 있습니다.
적은 비용
개별 회로에 비해 집적 회로는 제조 기술과 재료 사용량이 적기 때문에 저렴한 비용으로 사용할 수 있습니다.
적은 무게
집적 회로를 사용하는 회로는 개별 회로에 비해 무게가 적습니다.
작동 속도가 향상됩니다.
집적 회로는 스위칭 속도와 낮은 전력 소비로 인해 고속으로 작동합니다.
높은 신뢰성
회로가 낮은 연결을 사용하면 집적 회로는 디지털 회로에 비해 높은 신뢰성을 제공합니다.
- IC의 크기는 작지만이 칩에서 수천 개의 부품을 제작할 수 있습니다.
- 단일 칩을 사용하여 서로 다른 복잡한 전자 회로를 설계합니다.
- 대량 생산으로 인해 더 적은 비용으로 사용할 수 있습니다.
- 기생 커패시턴스 효과가 없기 때문에 작동 속도가 빠릅니다.
- 마더 회로에서 쉽게 변경할 수 있습니다.
단점
다양한 유형의 집적 회로의 단점은 다음과 같습니다.
- 크기가 작기 때문에 열이 필요한 속도로 소산되지 않고 전류가 넘치면 IC 손상이 발생할 수 있습니다.
- 집적 회로에서는 인덕터와 변압기를 통합 할 수 없습니다.
- 제한된 범위의 전력을 처리합니다.
- 고급 PNP 조립은 불가능합니다.
- 저온 계수를 얻을 수 없습니다
- 전력 손실 범위는 최대 10 와트입니다.
- 고전압 및 저소음 작동을 얻을 수 없습니다.
따라서 이것은 다양한 유형의 집적 회로에 대한 개요에 관한 것입니다. 나노 전자의 발명과 이에 따라 IC의 소형화가 계속되고 있기 때문에 기존의 집적 회로는 실제 사용이 감소한다. 나노 전자 기술 . 그러나 기존 IC는 아직 나노 전자로 대체되지 않았지만 기존 IC의 사용은 부분적으로 줄어들고있다. 이 기사를 기술적으로 개선하려면 아래 섹션에 의견으로 질문, 아이디어 및 제안을 게시하십시오.
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