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半导体集成电路的优越性

半导体集成电路的优越性
浏览量:126 上传更新:2019-04-08

半导体集成电路从诞生到现在只有十几年的历史,除了已经在导弹、卫星、大型电子计算机等尖端科学技术部门采用外,在通信设备、仪器仪表、工业企业自动化、甚至民用的收音机、电视机中都得到了应用。半导体集成电路的品种和产量都得到很大发展。为什么半导体集成电路具有这么大的“生命力”呢?这是因为它具有很多突出的优点,半导体集成电路主要优越性表现在:体积小,重量轻;技术指标先进,可靠性高;便于大批量生产,成本低等几个方面。

体积小,重量轻由于半导体集成电路中的电路元器件是直接制作在硅单晶片上,它们的几何尺寸成百倍地缩小,又省去了原来作为单个元器件时的封装外壳,省去了采用分立元器件组装成单元电路时的印刷电路板、插接件等。这就使得同样功能电子电路的体积和重量缩小很多倍。集成电路制造技术的不断改进提高,也使得在单位硅片面积上制造元器件的数目不断增加,即集成度不断提高。这样就有可能将具有更多元件的电子电路,集成在一个很小的硅片之上。元件集成度的提高也就进一步缩小了电子设备的体积和重量。

技术指标先进,可靠性高半导体集成电路不但可以代替用分立元器件构成的电子电路,而且根据集成电路的工艺特点,还制作出了很多用分立元器件无法实现的电路。例如,双极型数字集成电路的开关速度很容易做到10毫微秒以下。又如,集成电路运算放大器和晶体管组装的运算放大器比较具有高增益、低温度漂移调整简单和低功耗的优点。

可靠性也是重要的技术指标之一,它用来表明电路设备能否可靠地工作。电路设备的焊接点是影响它可靠性的重要因素之一,由于电子线路的集成化,使得电子线路焊接点的数目大为减少,这就使集成电路具有很高的可靠性。随着半导体集成电路的集成度不断提高,可靠性水平将进一步提高。可靠性高的意义不仅在于使用器件不发生故障的时间加长,也使大型电子设备(例如大容量电子计算机)的正常工作成为可能。例如利用国产集成电路制造的每秒100万次大型电子计算机已投入正常运行。如果用分立元器件来做这样复杂的机器,由于元器件及接点数目极多,有一个发生故障即会使机器停止工作。因而可靠性太差,实际上是不能够正常运用的。

便于大量生产,成本低半导体集成电路采用硅平面工艺技术,这种工艺本身适合于大批量和自动化生产。由于电路设计上充分考虑到工艺差别对电路性能的影响,所以集成电路的合格率并不是电路中各个元器件合格率的乘积,而是比这个乘积更高。例如硅小片数字集成电路芯片合格率已和单个晶体管芯片的合格率相当了。这样集成电路的价格就比用分立元件组装电路更为便宜半导体集成电路的出现和发展,是在电子线路小型化及元件电路统一规格化方面的重大突破,这种突破深刻影响到电子设备、仪表等的设计应用和生产。首先,随着集成电路的采用,逐步改变着由元件组装、焊接到单元电路调试这样的电子线路的传统生产方式。采用了集成电路不仅使电路焊点数目大大减少,也使得大量单元电路的组装、调试工作已在集成电路生产中得到了解决,这就减轻了繁琐的人工劳动,促进了电子工业的自动化和大规模生产。其次,在维修时,已不必要也不可能检查和更换集成电路中的单个元件,而是把集成电路看作一个整体,再加上集成电路可靠性高,这就大大减轻了维修工作。

最后,半导体集成电路的应用(特别是中、大规模集成电路的发展和应用)促进了电子设备整机逐步走向积木化生产,从事整机设计和生产的人们,将把主要精力用于解决整机体制方案和选用集成电路方面,而不必再进行单个电路的设计与调整工作,从而大大加速了整机的发展和生产。这些都向我们提出:要更多的了解集成电路,促进集成电路设计和生产相结合,搞元件的和搞整机的相结合,从而进一步推动整机和集成电路的发展。

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