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解析国内外SMT贴片集成电路IC芯片中的模拟电路发展史！发表时间：2018-04-28 10:51 IC芯片(Integrated Circuit集成电路)是将大量的微电子元器件(晶体管、电阻、电容、二极管等)IC芯片形成的集成电路放在一块塑基上，做成一块芯片。而今几乎所有看到的芯片，都可以叫做IC芯片。 SMT贴片集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。
随着数字电路的迅猛发展,各种电子产品也都快速向数字化演进，再加上“数字家庭”、“数字社区”、“数字网络”等各种突出数字化特征的广告语,我们忽然发现人类生活已迈进了数字时代,模拟似乎已被遗忘甚至成了落后的代名词。其实,在数字化产品中,模拟电路和器件往往扮演着数字信号与真实世界信号之间的转换角色,是电子设备中不可或缺的组件。 但是，由于模拟技术在一定程度上要依靠经验和时间的积累，相对数字技术门槛较高，所以业界普遍认为一个公司在数字技术方面占有优势往往比较容易被超越,而在模拟技术方面的优势才是最大的核心竞争力。这也是虽然模拟器件种类繁多、应用无处不在,但真正在模拟领域做得出色的公司并不多的主要原因。驰骋DSP市场的德州仪器(TI)公司在模拟器件领域也是领头羊。 1947年 1947年美国物理学家肖克利和两位同事沃尔特·布兰坦和约翰·巴丁制作了一个简单的器件，实现电流的控制与放大，这就是后来引发电子革命的“晶体管”。
第一代电子产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。 1959年 1959年2月，美国德州仪器公司的工程师基尔比将四个晶体管通过金属线连接在了一起，这就是集成电路的雏形。 它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。 1964年 1964年，摩尔指出集成电路的集成度每18月翻一番，这就是著名的摩尔定律。在过去的几十年里，集成电路惊人地按照摩尔定律指数发展，经历了从小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、甚大规模集成电路到目前片上系统芯片的发展过程。 2000年 2000年基尔比因发明世界上第一块集成电路，而获诺贝尔奖。 杰克·基尔比 由于，电子计算机发展经历的四个阶段恰好能够充分说明电子技术发展的四个阶段的特性，所以下面就从电子计算机发展的四个时代来说明电子技术发展的四个阶段的特点。 世界上第一台电子计算机于1946年在美国研制成功，取名ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）。这台计算机使用了18800个电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电140千瓦，价格40多万美元，是一个昂贵耗电的"庞然大物"。由于它采用了电子线路来执行算术运算、逻辑运算和存储信息，从而就大大提高了运算速度。ENIAC每秒可进行5000次加法和减法运算，把计算一条弹道的时间短为30秒。它最初被专门用于弹道运算，后来经过多次改进而成为能进行各种科学计算的通用电子计算机。从1946年2月交付使用，到1955年10月最后切断电源，ENIAC服役长达9年。 尽管ENIAC还有许多弱点，但是在人类计算工具发展史上，它仍然是一座不朽的里程碑。它的成功，开辟了提高运算速度的极其广阔的可能性。它的问世，表明电子计算机时代的到来。从此，电子计算机在解放人类智力的道路上，突飞猛进的发展。电子计算机在人类社会所起的作用，与第一次工业革命中蒸汽机相比，是有过之而无不及的。 ENIAC问世以来的短短的四十多年中，电子计算机的发展异常迅速。迄今为止，它的发展大致已经了下列四代： 第一代（1946~1957年）是电子计算机，它的基本电子元件是电子管，内存储器采用水银延迟线，外存储器主要采用磁鼓、纸带、卡片、磁带等。由于当时电子技术的限制，运算速度只是每秒几千次~几万次基本运算，内存容量仅几千个字。程序语言处于最低阶段，主要使用二进制表示的机器语言编程，后阶段采用汇编语言进行程序设计。因此，第一代计算机体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便；主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。 第二代（1958~1970年）是晶体管计算机。1948年，美国贝尔实验室发明了晶体管，10年后晶体管取代了计算机中的电子管，诞生了晶体管计算机。晶体管计算机的基本电子元件是晶体管，内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯存储器。与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，耗电少，成本低，逻辑功能强，使用方便，可靠性高。 第三代（1963~1970年）是集成电路计算机。随着半导体技术的发展，1958年夏，美国德克萨斯公司制成了第一个半导体集成电路。集成电路是在几平方毫米的基片，集中了几十个或上百个电子元件组成的逻辑电路。第三代集成电路计算机的基本电子元件是小规模集成电路和中规模集成电路，磁芯存储器进一步发展，并开始采用性能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。 第四代（1971年~日前）是大规模集成电路计算机。随着集成了上千甚至上万个电子元件的大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，电子计算机发展进入了第四代。第四代计算机的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。 集成电路的发展主要体 现在三个方面：第一是集成电路集成度的不断增加，第二是集成电路工作频率的不断提高，第三是集成电路中晶体管尺寸的不断缩小。 电子电路元器件的历史 当代，是包括计算机在内的电子学繁荣昌盛的时代，其背景与电子电路元器件由电子管---晶体管---集成电路的不断发展有着密切的关系。 （1）电子管 电子管是沿着二极管-三极管-四极管-五极管的顺序发明出来的。
二极管：前面曾经讲过，爱迪生发现了电灯泡灯丝发射电子的“爱迪生效应”。1904年，英国人弗莱明受到“爱迪生效应”的启发，发明了二极管。 三极管：1907年，美国的福雷斯特发明了三极管。当时，真空技术尚不成熟，三极管的制造水平也不高。但在反复改进的过程中，人们懂得了三极管具有放大作用，终于拉开了电子学的帷幕。 振荡器也从上面所讲过的马可尼火花装置发展为三极管振荡器。三极管有三个电极，阳极，阴极和设置在二者之间的控制栅极，这个控制栅极是用来控制阴极所发射的电子流的。 四极管：1915年，英国的朗德在三极管的控制栅极与阳极之间又加了一个电极，称为帘栅极，其作用是解决三极管中流向阳极的电子流中有一部分会流到控制栅极上去的问题。 五极管：1927年，德国的约布斯特在阳极与帘栅极之间又加了一个电极，发明了五极管。新加的电极被称为抑制栅。加入这个电极的原因是：在四极管中，电子流撞到阳极上时阳极会产生二次电子发射，抑制栅就是为抑制这种二次电子发射而设置的。
此外，1934年美国的汤绿森通过对电子管进行小型化改进，发明了适用于超短波的橡实管。 管壳不用玻璃而采用金属的ST管发明于1937年，经小型化后的MT管发明于1939年。 （2）晶体管 半导体器件大致分为晶体管和集成电路（IC）两大部分。第二次世界大战后，由于半导体技术的进步，电子学得到了令人瞩目的发展。 晶体管是美国贝尔实验室的肖克莱，巴丁，布拉特在1948年发明的。 这种晶体管的结构是使两根金属丝与低掺杂锗半导体表面接触，称为接触型晶体管。
1949年，开发出了结型晶体管，在实用化方面前进了一大步。 1956年开发出了制造P型和N型半导体的扩散法。它是在高温下将杂质原子渗透到半导体表层的一种方法。1960年开发出了外延生长法并制成了外延平面型晶体管。外延生长法是把硅晶体放在氢气和卤化物气体中来制造半导体的一种方法。
有了半导体技术的这些发展，随之就诞生了SMT贴片集成电路。 （3）集成电路 大约在1956年，英国的达马就从晶体管原理预想到了集成电路的出现。 1958年美国提出了用半导体制造全部电路元器件，实现集成电路化的方案。 1961年，得克萨斯仪器公司开始批量生产集成电路。
SMT贴片集成电路并不是用一个一个电路元器件连接成的电路，而是把具有某种功能的电路“埋”在半导体晶体里的一个器件。它易于小型化和减少引线端，所以具有可靠性高的优点。 SMT贴片集成电路的集成度在逐年增加。元件数在100个以下的小规模集成电路，100~1000个的中规模集成电路，1000~100000个大规模集成电路，以及100000个以上的超大规模集成电路，都已依次开发出来，并在各种装置中获得了广泛应用。 |
