integrated circuit là gì? Phân loại, cấu tạo và công dụng

Chắc hẳn bạn đã ít nhiều nghe đến thuật ngữ IC. Đây là từ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Integrated circuit. Tuy nhiên không phải ai cũng biết IC là gì. Hãy cùng tham khảo một số thông tin dưới đây để biết IC – Mạch tích hợp là gì? cũng như cấu tạo, công dụng và phân loại của thiết bị này.

Mạch tích hợp là gì?

IC là từ viết tắt của cụm từ tiếng Anh integration circuit. Đây là thành phần không thể thiếu trong bất kỳ mạch điện tử nào. Lúc này chúng ta cần biết mạch điện tử là gì? Trong đó, mạch điện tử là một mạch điện gồm các linh kiện điện tử riêng lẻ như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, bóng bán dẫn, vi mạch… được nối với nhau bằng dây dẫn và dây dẫn để nối dòng điện.

IC là gì?

Quay trở lại với IC, thành phần này được đọc là “ai xi”. Chúng còn được gọi là mạch điện tử, mạch tích hợp, chip, v.v. IC điện tử là tập hợp của nhiều linh kiện nhỏ bán dẫn và thụ động (như tranzito, điện trở). Chúng được liên kết với nhau để thực hiện các chức năng xác định nhất định. Tức là công dụng của IC là thực hiện chức năng tương tự như thiết bị tổ hợp.

IC được phát minh vào năm nào?

Bây giờ chúng ta đã biết mạch điện tử là gì, hãy xem ai là người đầu tiên tạo ra linh kiện này. IC được phát minh lần đầu tiên vào năm 1950 bởi Jack Kilby. Nhờ phát minh này, năm 2000, Kably đã được trao giải Nobel Vật lý.

Một năm rưỡi sau khi Kilby công bố thiết kế vi mạch của mình, Robert Noyce đã đưa ra mạch tích hợp của mình. Phát minh của ông đã giải quyết được nhiều vấn đề thực tế mà thiết bị của Kilby phải đối mặt. Nó bao gồm silicon trong khi Kilby bao gồm gecmani. Jack Kilby và Robert Noyce đều nhận được bằng sáng chế của Hoa Kỳ cho các mạch tích hợp.

IC làm gì?

Việc sử dụng IC trong mạch điện tử là rất quan trọng. Thiết bị này áp dụng cho hầu hết tất cả các thiết bị công nghệ. Mạch điện tử này giúp giảm kích thước của mạch xuống vài micromet. Không chỉ vậy, hiệu ứng IC còn tạo nên độ chính xác.

IC có mặt trong hầu hết các mạch điện tử

IC cũng là thành phần quan trọng nhất trong mạch điều khiển, logic.

Một số ví dụ cụ thể về việc sử dụng IC như sử dụng trên CPU của máy tính. IC được sử dụng làm bộ nhớ lưu trữ. Nó giúp giám sát khóa cửa điện tử với khả năng chống trộm. IC cũng có mặt trong điều khiển của lò nướng, máy giặt, ô tô, tivi, v.v.

Cấu trúc của vi mạch

Cấu tạo cơ bản của một vi mạch (chip) hay mạch điện tử thường gồm 3 phần chính:

• Vỏ: Đây là thành phần bao phủ bên ngoài dễ thấy nhất của bất kỳ IC nào. Nó có nhiệm vụ cố định lõi, dây dẫn cũng như các chân cắm. Vỏ thường làm bằng vật liệu cách điện như gốm sứ, nhựa, thủy tinh, v.v.
• Lõi/khuôn: Một mạch điện tử là một mạch điện bao gồm các thành phần thụ động hoặc tích cực hoặc cả hai. Các thành phần thụ động bao gồm tụ điện, điện trở và cuộn cảm. Các thành phần hoạt động bao gồm điốt, bóng bán dẫn, PMOS, NMOS, v.v. Lõi là phần quan trọng nhất của một mạch điện tử.
• Ghim (kim/chì): là vật liệu dẫn điện. Chúng được kết nối với lõi thông qua dây dẫn điện, được gọi là BOND WIRE. Những dây này thường được làm bằng vàng.

Cấu trúc cơ bản của IC

Tùy từng loại iC mà ngoài 3 bộ phận chính trên chúng sẽ còn có các bộ phận khác. Ví dụ, cấu tạo của IC xe máy nhìn chung sẽ bao gồm bộ phận đánh lửa và nhiều loại dây điện khác, v.v. Do đó, không phải tất cả các IC đều có cấu trúc giống nhau.

Các loại vi mạch

Trên thực tế có rất nhiều loại IC khác nhau để phù hợp với từng thiết bị và lĩnh vực cụ thể. Không chỉ vậy, hiện nay có rất nhiều tiêu chí được sử dụng để phân loại IC. Cụ thể thành phần này được chia thành một số loại như sau.

Phân loại IC dựa trên khả năng xử lý tín hiệu.

Loại tín hiệu mà IC có thể xử lý là tín hiệu tương tự (analog) hoặc tín hiệu số (digital). Dựa trên tiêu chí này, IC được chia thành 3 nhóm:

• IC kỹ thuật số: Vi mạch này xử lý các tín hiệu rời rạc dựa trên các mức logic, 0 và 1, hoặc các cạnh tăng và giảm, cũng như các cạnh chuyển tiếp tín hiệu. Một số IC kỹ thuật số phổ biến là IC cổng logic như AND, đảo ngược, OR, bộ đếm, MUX, v.v. Các thành phần chính của mạch điện tử này là các cổng logic, Latch, Flip-Flop, v.v.
• IC tương tự (Analog IC): nó xử lý các tín hiệu liên tục dựa trên các tính chất tần số, dòng điện, điện áp, v.v. Các thành phần chính của IC này là bóng bán dẫn, tụ điện, điện trở, cuộn cảm, v.v. … IC tiêu biểu là chip ổn áp, Mạch khuếch đại thuật toán OP-AMP, v.v.
• IC tín hiệu hỗn hợp (Mixed-signal IC): là vi mạch tích hợp các thành phần xử lý tín hiệu số và tín hiệu tương tự.

Phân loại IC dựa trên số lượng bóng bán dẫn/CMOS/cổng có trong IC

Có nhiều loại IC khác nhau

Với tiêu chí phân loại này ta có các nhóm cụ thể như sau:

• SSI (Small Scale Integration) Low-density ICs: là mạch tích hợp chứa từ vài đến vài chục bóng bán dẫn.
• MSI (Medium Scale Integration) IC: là một vi mạch chứa vài trăm bóng bán dẫn
• IC tích hợp quy mô lớn (LSI) là những con chip chứa vài nghìn bóng bán dẫn.
• IC tích hợp quy mô rất lớn (VLSI): IC chứa vài chục nghìn bóng bán dẫn.
• IC ULSI (Tích hợp quy mô cực lớn): loại này chứa vài triệu bóng bán dẫn.
• IC tích hợp GSI (Giant Scale Integration) mật độ cực cao: IC loại này chứa tới vài trăm triệu bóng bán dẫn hoặc hơn.

Tuy nhiên, sự phân chia này khá mập mờ và mơ hồ.

Phân loại dựa trên mức độ tích hợp vi mạch

Dựa vào khả năng tích hợp, chip tổng hợp này được chia thành nhiều loại là SSI và MSI, LSI, ULSI, VLSI (CPU, ROM, RAM, GPU, PLA…).

Phân loại theo công nghệ sản xuất vi mạch

Theo tiêu chí công nghệ sản xuất, IC hiện được chia làm 3 loại như sau:

• Nguyên khối: Các phần tử IC được đặt trong cùng một vật liệu bán dẫn dưới dạng một tinh thể.
• Mạch màng mỏng: loại này thường thấy ở mạng điện trở. Yếu tố được tạo ra bằng cách lắng đọng trên thủy tinh. IC này được thiết kế bằng cách cân bằng điện tử. Chúng được sản xuất với chi tiết tinh xảo với độ chính xác cực cao. Đặc biệt, chúng được tráng phủ và bảo vệ tốt nên được ứng dụng trong sản xuất màn hình phẳng.
• Loại còn lại là mạch lai dày kết hợp với chip.

Trên đây là một số thông tin chung về IC – mạch tích hợp là gì?. Hi vọng những thông tin chia sẻ trên đây có thể giúp bạn phần nào hiểu rõ hơn về mạch điện tử này.