集成电路芯片的详细介绍

集成电路芯片是现代电子产品的基石。它们是大多数回路的心脏和大脑。它们是无处不在的小黑色"芯片"，你几乎可以在每块电路板上找到它们。除非你是某种疯狂的模拟电子巫师，否则在你构建的每个电子项目中，你很可能至少有一个IC，所以从内到外理解它们都很重要。

集成电路是黑色的小"芯片"，遍布嵌入式电子产品。

IC是电子元件的集合 -电阻器，晶体管，电容器等 - 全部塞入一个微小的芯片中，并连接在一起以实现共同的目标。它们有各种风格：单电路逻辑门、运算放大器、555定时器、稳压器、电机控制器、微控制器、微处理器、FPGA......这个清单只是不停地。

IC内部

当我们想到集成电路时，我想到了小黑芯片。但是那个黑匣子里有什么呢？

集成电路的内脏，取下顶部后可见 。

IC的真正"肉"是半导体晶圆，铜和其他材料的复杂分层，它们相互连接以形成电路中的晶体管，电阻器或其他组件。这些晶圆的切割和成型组合称为芯片。

IC芯片概述

虽然IC本身很小，但半导体的晶圆和它所包含的铜层非常薄。各层之间的连接非常复杂。这是上面骰子的放大部分：

IC芯片是尽可能小的电路，太小而无法焊接或连接。为了简化与 IC 的连接工作，我们对芯片进行了封装。IC封装将精致的小芯片变成我们都熟悉的黑色芯片。

集成电路封装

封装是封装集成电路芯片并将其散布到我们可以更容易连接的设备中的东西。芯片上的每个外部连接都通过一小块金线连接到封装上的焊盘或引脚。引脚是IC上的银色挤压端子，它们继续连接到电路的其他部分。这些对我们来说至关重要，因为它们将继续连接到电路中的其余组件和电线。

有许多不同类型的封装，每种封装都有独特的尺寸、安装类型和/或引脚数。

 

极性标记和引脚编号

所有的IC都是极化的，每个引脚在位置和功能上都是独一无二的。这意味着封装必须有某种方式来传达哪个引脚是哪个引脚。大多数IC将使用凹口或点来指示哪个引脚是第一个引脚。（有时两者兼而有之，有时是一个或另一个。

一旦您知道第一个引脚的位置，剩余的引脚数就会随着您在芯片上逆时针移动而依次增加。

安装方式

封装类型的主要区别特征之一是它们安装到电路板上的方式。所有封装均分为两种安装类型之一：通孔 （PTH） 或表面贴装（SMD 或 SMT）。通孔封装通常更大，并且更易于使用。它们被设计成卡在电路板的一侧，然后焊接到另一侧。

表面贴装封装的尺寸从小到小不等。它们都被设计成位于电路板的一侧，并被焊接到表面上。SMD封装的引脚要么从侧面挤出，垂直于芯片，要么有时排列在芯片底部的矩阵中。这种外形尺寸的IC不是很"适合手工组装"。他们通常需要特殊的工具来帮助这个过程。

DIP（双列直插式封装）

DIP是双列直插式封装的缩写，是您将遇到的最常见的通孔IC封装。这些小芯片具有两排平行的引脚，垂直伸出矩形黑色塑料外壳。

28引脚ATmega328是比较流行的DIP封装微控制器之一

DIP IC上的每个引脚间隔为0.1"（2.54mm），这是标准间距，非常适合安装到面包板和其他原型板上。DIP封装的整体尺寸取决于其引脚数，引脚数可能在4到64之间。

每排引脚之间的区域间隔完美，使 DIP IC 能够跨越试验板的中心区域。这为电路板中的每个引脚提供了自己的行，并确保它们不会彼此短路。

除了用于试验板外，DIP IC还可以焊接到PCB中。它们入电路板的一侧，并在另一侧焊接到位。有时，最好不要直接焊接到IC上，而是将芯片插座插入。使用插座允许将DIP IC移除并更换，如果它碰巧"让它的蓝色烟雾熄灭"。

常规DIP 插座（顶部）和带或不带 IC 的ZIF 插座。

表面贴装 （SMD/SMT） 封装

如今，表面贴装封装类型种类繁多。为了使用表面贴装封装的IC，您通常需要为它们定制的印刷电路板（PCB），该电路板具有匹配的铜图案，并将它们焊接在上面。

以下是一些更常见的SMD封装类型，从"可行"到"可行，但只能使用特殊工具"到"只能使用非常特殊的，通常是自动化工具"的手工焊接性。

小外形 （SOP）

小外形IC （SOIC） 封装是 DIP 的表面贴装表亲。这是如果你将DIP上的所有引脚向外弯曲，并将其缩小到尺寸，你会得到的。凭借稳定的手和密切的眼光，这些封装是最容易手工焊接的SMD部件之一。在SOIC封装上，每个引脚通常与下一个引脚间隔约0.05"（1.27mm）。

SSOP（收缩小外形封装）是 SOIC 封装的更小版本。其他类似的IC封装包括TSOP（薄型小外形封装）和TSSOP（薄缩小外形封装）。

16通道多路复用器（CD74HC4067）采用24引脚SSOP封装。安装在中间的电路板上（增加了四分之一用于尺寸比较）。

许多更简单、面向单任务的IC，如MAX232或多路复用器，都有SOIC或SSOP形式。

四扁平封装

在所有四个方向上播放IC引脚，可以为您提供看起来像四扁平封装（QFP）的东西。QFP IC 可能具有从每侧 8 个引脚（总共 32 个）到 70 个以上的引脚（总共 300 多个引脚）不等。QFP IC上的引脚通常间隔0.4mm至1mm。标准 QFP 封装的较小变体包括薄型 （TQFP）、超薄型 （VQFP） 封装和薄型 （LQFP） 封装。

ATmega32U4采用 44 引脚（每侧 11 个）TQFP 封装。

如果您打磨QFP IC的支腿，则可能看起来像四扁平无引线（QFN）封装。QFN封装上的连接是IC底角边缘的微型裸露焊盘。有时它们会缠绕在一起，并且暴露在侧面和底部，而其他封装仅暴露芯片底部的焊盘。

多功能MPU-6050 IMU 传感器采用相对纤巧的 QFN 封装，IC 的底部边缘总共有 24 个引脚。

薄型 （TQFN）、超薄型 （VQFN） 封装和微引线 （MLF） 封装是标准 QFN 封装的较小变体。甚至还有双无引线 （DFN） 和薄双无引线 （TDFN） 封装，其中两侧只有引脚。

许多微处理器、传感器和其他现代IC均采用 QFP 或 QFN 封装。流行的ATmega328微控制器采用 TQFP 封装和 QFN 型 （MLF） 两种形式，而MPU-6050等微型加速度计/陀螺仪则采用微型 QFN 形式。

球栅阵列

最后，对于真正先进的IC，有球栅阵列（BGA）封装。这些是非常复杂的小封装，其中小焊球排列在IC底部的2-D网格中。有时焊球直接连接到模具上！

BGA封装通常保留给高级微处理器，例如pcDuino或Raspberry Pi上的微处理器。

如果您可以手工焊接BGA封装的IC，请将自己视为主焊料。通常，要将这些包装放到PCB上，需要一个涉及拾取和放置机器和回流焊炉的自动化程序。

通用集成电路
集成电路在电子产品中以多种形式普遍存在，很难涵盖所有内容。以下是您在教育电子产品中可能遇到的一些更常见的IC。

逻辑门、定时器、移位寄存器等
逻辑门是更多IC本身的构建模块，可以封装到自己的集成电路中。一些逻辑门IC可能在一个封装中包含几个门，例如这个四输入和门：

逻辑门可以连接在IC内部，以创建定时器、计数器、锁存器、移位寄存器和其他基本逻辑电路。这些简单电路中的大多数都可以在DIP封装以及SOIC和SSOP中找到。

微控制器、微处理器、FPGA等

微控制器、微处理器和FPGA，都将数千、数百万甚至数十亿个晶体管封装到一个微小的芯片中，都是集成电路。这些组件在功能，复杂性和大小方面存在广泛的范围;从Arduino中的ATmega328等8位微控制器，到计算机中复杂的64位多核微处理器组织活动。

这些元件通常是电路中最大的IC。简单的微控制器可以在从DIP到QFN/QFP的封装中找到，引脚数在8到100之间。随着这些组件的复杂性增加，软件包也变得同样复杂。FPGA和复杂的微处理器可以有一千个以上的引脚，并且仅提供QFN、LGA或BGA等高级封装。

传感器

现代数字传感器，如温度传感器、加速度计和陀螺仪，都集成在一个集成电路中。

这些IC通常比微控制器或电路板上的其他IC小，引脚数在3到20个范围内。DIP传感器IC正在变得罕见，因为现代组件通常存在于QFP，QFN甚至BGA封装中。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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