Phân loại mạch tích hợp

Phân loại mạch tích hợp

Tất cả các IC đều có các thiết bị rời rạc được kết nối với nhau bên trong vi mạch và các chân kết nối bên ngoài tương ứng. Mỗi chân có thể có một chức năng riêng và có thể thay đổi tùy theo thiết kế của nhà sản xuất. Để làm cho mạch hoạt động đầy đủ, các chân trong IC phải được sử dụng cho điện áp cung cấp, kết nối vào và ra, và cũng một số linh kiện bên ngoài theo nhu cầu của nhà sản xuất.

IC có thể được phân loại dựa trên kích thước của vi mạch của chúng như sau:

Tích hợp Quy mô Nhỏ (SSI): Từ 3 đến 30 cổng/chip.
Tích hợp Quy mô Trung Bình (MSI): Từ 30 đến 300 cổng/chip.
Tích hợp Quy mô Lớn (LSI): Từ 300 đến 3,000 cổng/chip.
Tích hợp Quy mô Rất Lớn (VLSI): Hơn 3,000 cổng/chip.

Các phân loại này dựa trên số lượng cổng hoặc linh kiện được tích hợp trên mỗi vi mạch của IC. Càng lớn quy mô, IC có thể thực hiện các chức năng và tính năng phức tạp hơn.

Các loại vi mạch

Dựa trên ứng dụng, các IC được chia thành hai loại chính là Mạch Tích Hợp Tuyến Tính và Mạch Tích Hợp Số.

Mạch Tích Hợp Tuyến Tính (Linear Integrated Circuits): Được sử dụng khi mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của một mạch là tuyến tính. Một ứng dụng quan trọng của IC tuyến tính là bộ khuếch đại hoạt động thường được gọi là op-amp (operational amplifier).

Mạch Tích Hợp Số (Digital Integrated Circuits): Sử dụng trong trường hợp mạch chỉ có thể ở trạng thái bật hoặc tắt, và không ở giữa hai trạng thái này. IC được sử dụng trong các mạch số được gọi là IC số. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong máy tính và mạch logic.

Dưới đây là một số phân loại khác của mạch tích hợp dựa trên các kỹ thuật chế tạo được sử dụng.

Mạch Tích Hợp Đơn Thể (Monolithic Integrated Circuits):

Thuật ngữ "đơn thể" xuất phát từ các từ tiếng Hy Lạp 'monos' và 'lithos,' có nghĩa là 'đơn' và 'đá.' Mạch tích hợp đơn thể liên quan đến một tinh thể đơn, thường là một vi mạch silic, trên đó tất cả các thành phần hoạt động và thụ động cần thiết được kết nối với nhau. Phương pháp sản xuất này đảm bảo sự đồng nhất trong sản xuất, độ tin cậy cao, chi phí thấp và sản xuất hàng loạt hiệu quả. Mạch tích hợp đơn thể được ứng dụng trong các bộ thu sóng AM, mạch TV, máy tính, bộ ổn áp điện, bộ khuếch đại, và nhiều ứng dụng khác.

Tuy nhiên, mạch tích hợp đơn thể có nhược điểm:

Công suất thấp, thường không vượt quá 1 watt.
Tính cách ly kém giữa các thành phần bên trong IC.
Không thể chế tạo cuộn cảm trong IC.
Các thành phần thụ động bên trong IC giới hạn ở giá trị nhỏ; giá trị cao đòi hỏi kết nối bên ngoài.

Mạch Tích Hợp Film Mỏng và Dày (Thin and Thick Film Integrated Circuit):

Mạch tích hợp film mỏng và dày lớn hơn so với mạch tích hợp đơn thể nhưng nhỏ hơn so với mạch rời, phù hợp cho các ứng dụng công suất cao. Chúng có thể tích hợp các trở và tụ, nhưng cần kết nối bên ngoài cho transistor và đoạn.

Mạch Tích Hợp Film Mỏng (Thin Film Integrated Circuits):
- Sử dụng phương pháp phủ màng chất dẫn trên bề mặt của một cơ sở thủy tinh hoặc gốm.
- Resistor được tạo ra bằng cách kiểm soát chiều rộng và độ dày của màng và sử dụng các vật liệu khác nhau được chọn dựa trên điện trở của chúng.
- Đối với tụ, một màng chất cách điện được đặt giữa hai màng chất dẫn. Một màng hình xoắn được phủ lên IC để tạo ra cuộn cảm.
- Hai phương pháp chủ yếu được sử dụng để sản xuất màng mỏng: phương pháp bay hơi trong chân không được sử dụng để phủ chất bay hơi lên một chất đặt trong chân không. Phương pháp khác được gọi là phương pháp phóng tia katot, trong đó nguyên tử từ một cực được làm từ chất liệu màng mong muốn được phủ lên một chất đặt nằm giữa một cực và một cực âm.
Mạch Tích Hợp Film Dày (Thick Film Integrated Circuits):
- Còn được gọi là mạch tích hợp film mỏng in. Mô hình mạch mong muốn được đặt lên một chất liệu gốm bằng phương pháp in màng màn.
- Mực được sử dụng để in thường là các vật liệu có tính chất điện trở, dẫn điện hoặc cách điện. Chúng được chọn phù hợp bởi nhà sản xuất.
- Sau khi in, màng được nung trong lò nhiệt độ cao.

So với mạch tích hợp đơn thể, mạch tích hợp film mỏng và dày mang lại những lợi ích như độ chịu đựng tốt hơn, cách ly giữa các thành phần cải thiện và tính linh hoạt cao trong thiết kế mạch, hỗ trợ hiệu suất tần số cao.

Mạch Tích Hợp Hybrid hoặc Đa Chip (Hybrid or Multi-chip Integrated Circuits):

Như tên gọi, mạch được chế tạo bằng cách kết nối nhiều vi chip cá nhân. Mạch tích hợp hybrid thường được sử dụng cho các ứng dụng khuếch đại âm thanh công suất lớn từ 5 watt trở lên đến hơn 50 watt. Các thành phần hoạt động thường là các transistor hoặc đoạn được khuếch đại. Các thành phần thụ động có thể là nhóm các trở hoặc tụ được khuếch đại trên một chip duy nhất hoặc có thể là các thành phần màng mỏng. Kết nối giữa các vi chip được thực hiện thông qua quy trình kết dây hoặc một mô hình chất kim loại.

Sơ đồ của một mạch tích hợp hybrid hoặc đa chip được hiển thị trong hình ảnh ở trên. Mạch tích hợp hybrid cũng được biết đến với việc cung cấp hiệu suất tốt hơn so với mạch tích hợp đơn thể. Mặc dù quy trình này quá đắt để sản xuất hàng loạt, nhưng kỹ thuật đa chip khá kinh tế cho việc sản xuất số lượng nhỏ và thường được sử dụng như mô hình cho mạch tích hợp đơn thể.