集成电路基片制造与封装方式探析

集成电路是指采用半导体工艺或厚膜工艺（或者这些工艺的结合）将电路的无源元件（电阻、电容、电感等）和有源器件（如二极管、晶体管、场效应晶体管等）及其互连线一起制作在半导体或绝缘基片上，成为具有特定功能的电路。

集成电路与分立元器件电路相比，大大减小了体积、重量、引出线和焊点的数目，提高了电路性能和可靠性，同时降低了成本，便于批量生产。

1.集成电路的类型

集成电路按功能可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类；按工艺结构或制作方法不同可分为半导体集成电路、薄膜集成电路、厚膜集成电路、混合集成电路等；按其集成度可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。所谓集成度，是指一块集成电路芯片中所包含的电子元器件的数量。

集成电路的集成度少于10个门电路或者少于100个元器件者，称为小规模集成电路；集成度在10～100个门电路之间或者集成元器件在100～1000个之间者称为中规模集成电路；集成度在100个门电路以上或者1000个元器件以上者，称为大规模集成电路；集成度达1万个门电路或10万个元器件以上，称为超大规模集成电路。

四-二输入与非门74LS00的实物图及内部结构如图2-20所示。由图看出，这个集成芯片中包含四个与非门。

图2-20 四-二输入与非门74LS00实物图及内部结构

（1）半导体集成电路 以半导体单晶硅为基础材料，使用外延氧化、光刻、扩散等半导体工艺来制作晶体管、二极管、电阻、电容等元器件及实施隔离，并用蒸发工艺互连，这样构成的集成电路称为半导体集成电路。采用半导体工艺难以制作高精度、高阻值的电阻，大电容量的电容和大电感量电感，因此半导体集成电路广泛用于数字电路和线性电路。

（2）膜集成电路 根据工艺方法和膜厚的不同，可分为厚膜集成电路和薄膜集成电路。

厚度为几微米至几十微米的膜称为厚膜。在陶瓷等绝缘基片上，利用电镀、丝网漏印、烧结等厚膜工艺制作厚膜无源网络，然后装接二极管、晶体管或半导体集成芯片，构成的具有一定功能的电路即为厚膜集成电路。

一般厚度在1μm以下的金属或介质膜称为薄膜。以微晶玻璃片或陶瓷片为基片，采用真空镀膜或溅射工艺方法，在基片表面形成有源元件、无源器件和互连布线而构成的电路称为薄膜集成电路。

（3）混合集成电路 混合集成电路是利用半导体集成电路、膜集成电路、分立元器件这三种工艺方法中的任意两种或三种，混合制造而成的微型结构电路。这种电路不论在电路形式或元器件选择上都比较灵活，克服了半导体集成电路和膜集成电路的不足，充分利用它们各自的优点进行补偿，故混合集成电路比较多地用来构成大功率集成电路、微波集成电路和大规模集成电路。

2.集成电路的封装和识别

（1）集成电路的封装 集成电路的半导体芯片，一般是封装在适当的外壳里，然后用导线连接芯片作为引出线。集成电路的封装，按材料基本分为金属、陶瓷、塑料三类，按电极引脚形式分为通孔插装式和表面安装式两种。

1）金属封装。金属封装散热性能好、可靠性高，但安装和使用不方便、成本高，一般高精度集成电路或大功率集成电路均以此形式封装。根据国家标准规定，金属封装有金属圆形和菱形两种。

2）陶瓷封装。陶瓷封装散热性差，但体积小、成本低，一般分为扁平型和双列直插两种。

3）塑料封装。塑料封装工艺简单、成本低、应用最广，但散热性能较差，适用于小功率器件，分为扁平和双列直插两种。中功率器件有时也采用塑料封装，但为了限制温升，有利散热，通常都在塑料封装的同时加装金属板，以利于固定散热片。

集成电路的外形结构有圆形金属外壳封装、扁平型陶瓷或塑料外壳封装、双列直插式陶瓷或塑料封装等。圆形金属外壳封装，其引出线根据内部结构不同有8根、10根、12根、14根等多种，此种封装的集成电路一般都是线性电路。扁平型陶瓷或塑料外壳封装，其引出线有14根、16根、18根、24根、36根等多种，数字集成电路大多是这种封装。双列直插式封装，其引出线有14根、16根、18根、24根等多种，它可以直接焊在印制电路板上，也可以用相应的引脚插座焊装在印制电路板上，然后将集成电路插入插座中，便于试验和维修。集成电路的引脚数目虽然很多，但引脚的排列顺序具有一定的规律。在使用集成电路时，可按排列规律正确识别集成电路的引出脚。

（2）集成电路引脚识别 各种不同的集成电路引脚排列有不同的识别标志和不同的识别方法，不论是哪种集成电路，外壳上都有供识别引脚排列顺序定位的标志，集成电路引脚排列如图2-21所示。

1）圆形封装集成电路。对于圆顶封装的集成电路（一般为圆形和菱形金属外壳封装），在识别引脚时，应先将集成电路的引脚朝上，找出其标记。常见的定位标记有锁口突耳、定位孔及引脚不均匀排列等。确定引脚的顺序时，将引脚对准自己，由定位标记对应的引脚开始，按顺时针方向依次读引脚序号，依次为1、2、3、4等。

2）单列直插式封装集成电路。判断此类集成电路的引脚顺序，是以正面（标志面）朝向自己，引脚朝下，以缺口、凹槽或色点作为引脚参考标记，引脚序号从左到右排列，依次为1、2、3、4等。此类集成电路上的定位标记一般为色点、凹坑、小孔、线条、色带、缺角等。

图2-21 集成电路引脚排列

3）双列封装集成电路。判断此类集成电路的引脚顺序，是以正面（标志面）朝向自己，以缺口、凹槽或色点作为引脚参考标记，引脚序号按逆时针排列。

识别双列直插式集成电路的引脚时，若引脚向下，即其型号、商标向上，定位标志在左边，则从左下角第1只引脚开始，按逆时针方向，依次为1、2、3、4等；若引脚朝上，即其型号、商标朝下，定位标志位于左边，则应从左上角第1只引脚开始，按顺时针方向，依次为1、2、3、4等。另外，也有个别型号的集成电路引脚，在其对应位置上有缺角（即无此输出脚），对这种型号的集成电路，其引脚编号顺序不受影响。

4）三脚封装集成电路。它是以正面（标志面）朝向自己，引脚向下，引脚序号从左到右排列。(www.xing528.com)

3.集成电路的故障判断

要对集成电路的故障做出正确判断，首先要掌握该集成电路的用途、内部结构原理、主要电特性，及各引脚对地直流电压、波形、对地正反向电阻等，必要时还要分析内部电原理图。然后按故障现象判断其部位，再按部位查找有故障的元器件，有时需要利用多种判断方法去证明该元器件是否损坏。

检查判断集成电路的方法有两种：一是离线判断，即在集成电路未焊入印制电路板的状态下判断。一般情况下可用直流电阻法测量各引脚相对于接地脚间的正、反向电阻值，并和好的集成电路进行比较，也可以采用替换法把怀疑有故障的集成电路插到正常仪器设备中同型号集成电路的电路位置上来确定其好坏。有条件时可利用集成电路测试仪对主要参数进行定量检验。二是在线检查判断，即集成电路连接在印制电路板上时的判断方法，可在通电的状态下测一下各引脚对接地脚的电压，正确的电压值可从有关的资料、图样获得或从同型号的正确电路中获得。

项目器材

万用表，各种不同标志的二极管、晶体管，各种不同标志的集成芯片，相关元器件手册以及带有半导体元器件的废旧电路板。

项目内容和步骤

1.二极管好坏和极性的判别

通过测量正、反向电阻判断二极管的好坏和极性。

2.晶体管管脚的识别

根据不同的封装、管脚排列的方式识别晶体管的管脚。

3.晶体管的基极和管型的判断

一般可用万用表的R×100档和R×1k档来进行判别，将黑表笔任接一极，红表笔分别依次接另外两极。若在两次测量中指针均偏转很大（说明管子的PN结已通，电阻较小），则黑笔接的电极为B极，同时该管为NPN型；反之，将表笔对调（红表笔任接一极），重复以上操作，则也可确定管子的B极，其管型为PNP型，把判断结果填入表2-9中。

表2-9 晶体管基极及管型判别表

4.集成电路的识别

根据所学知识和集成电路的外形，对所给集成电路进行分类，按照表面标志判断其类型、功能，判断该集成电路的引脚排列规律，查阅相关手册，并填写表2-10。

表2-10 集成电路的识别

项目评分标准

半导体元器件的检测项目评分标准见表2-11。

表2-11 半导体元器件的检测项目评分标准

项目实训报告

1）设计封面，包括项目名称、班级、姓名、指导老师、时间等。

2）实训报告内容包括项目目标、器材、步骤，填写好各记录表格，写出测量半导体元器件的心得体会、注意事项。