Интегральная схема (ИС, микросхема, англ. Integrated Circuit, IC) — это микроэлектронное устройство, в котором все или большинство элементов (транзисторы (transistor), диоды (diode), резисторы (resistor), конденсаторы (capacitor), межсоединения (interconnect)) неразделимо сформированы в объёме и на поверхности монокристаллической полупроводниковой подложки (monocrystalline semiconductor substrate), обычно кремния (Si), и электрически соединены для выполнения определённой функции схемы (circuit function). Это фундаментальное изобретение, основанное на планарной технологии (planar technology), позволившее реализовать закон Мура (Moore's Law) об экспоненциальном росте плотности компонентов. ИС независимое друг от друга изобрели Джек Килби (Jack Kilby, Texas Instruments, 1958, гибридная ИС) и Роберт Нойс (Robert Noyce, Fairchild Semiconductor, 1959, монолитная кремниевая ИС), что произвело революцию в электронике.
Классификация
Интегральные схемы классифицируются по нескольким ключевым признакам, что отражено в стандартах, включая ГОСТ Р МЭК 60748-1-2013.
-
По степени интеграции (scale of integration)
-
Малые интегральные схемы (МИС, SSI) — до 100 элементов (простые логические элементы (logic gates), триггеры (flip-flops)).
-
Средние интегральные схемы (СИС, MSI) — от 100 до 1000 элементов (регистры (registers), счётчики (counter)).
-
Большие интегральные схемы (БИС, LSI) — от 1000 до 10⁵ элементов (микропроцессоры (microprocessors), память (memory)).
-
Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС, VLSI) — от 10⁵ до 10⁶ элементов (сложные микропроцессоры, программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС, FPGA)).
-
Ультрабольшие интегральные схемы (УБИС, ULSI) — свыше 10⁶ элементов (многоядерные процессоры (multi-core processors), графические процессоры (GPU)).
-
-
По технологии изготовления (fabrication technology)
-
Монолитные интегральные схемы (monolithic IC) — все элементы формируются в едином кристалле полупроводника.
-
Гибридные интегральные схемы (ГИС, hybrid IC) — активные (active) и пассивные (passive) элементы создаются на диэлектрической подложке (Dielectric substrate) разными методами.
-
-
По типу обрабатываемого сигнала и функции (signal processing and function)
-
Аналоговые ИС (analog IC) — обрабатывают непрерывные сигналы (операционные усилители (operational amplifier), стабилизаторы напряжения (voltage regulator)).
-
Цифровые ИС (digital IC) — обрабатывают дискретные сигналы (микропроцессоры, микроконтроллеры (microcontroller), память).
-
Смешанные сигнальные ИС (mixed-signal IC) — сочетают аналоговые и цифровые блоки на одном кристалле (системы-на-кристалле (SoC), радиомодули).
-
Конструкция и применение
Современная монолитная ИС создаётся на пластине кремния (silicon Wafer) диаметром 200–300 мм с помощью последовательности процессов фотолитографии (photolithography), ионного легирования (ion implantation), химического осаждения из газовой фазы (CVD) и металлизации (metallization). Готовые кристаллы (die) монтируются в корпус (package) и соединяются с его выводами методом проволочной разварки (wire bonding) или монтажа перевёрнутого кристалла (flip-chip). ИС являются основными компонентами, устанавливаемыми на печатные платы (printed circuit board) во всех областях электроники: от бытовой техники и средств связи до аэрокосмической аппаратуры и медицинских приборов. Их выбор, применение и контроль надёжности в производстве регламентируются стандартами, включая IPC/JEDEC J-STD-020 и ГОСТ 20.57.406-81.
Источники: ГОСТ Р МЭК 60748-1-2013 «Полупроводниковые приборы. Интегральные микросхемы. Часть 1. Общие положения», IPC/JEDEC J-STD-020 «Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices», ГОСТ 20.57.406-81 «Комплексная система испытаний изделий электронной техники. Методы испытаний на надёжность».