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晶元(chip),就是半導體元件產品的統稱。是集成電路(IC, integrated circut)的載體,由晶圓分割而成。晶元經過封裝可以製成通用的電子元器件,也可以通過flip chip等技術應用在電路板表面以及IC卡,發送應答機中。這個詞最早產生於1944年。在基礎學科里,一個晶元是一個微小的記憶不異常變化的集成電路塊的代稱,記憶不異常變化的意思是這種記憶類型是不需要不斷保持能量。

1 晶元 -定義

晶元晶元

晶元就是半導體元件產品的統稱。 包括:集成電路(integratedcircuit,縮寫:IC);二,三極體;特殊電子元件。再廣義些講還涉及所有的電子元件,象電阻,電容,電路版/PCB版,等許多相關產品。

2 晶元 -分類

晶元可以從不同的角度分類。低級的分類從材料開始,中級的分類從電路集成著手,中高級分類著眼晶元功能,最高的分類應該是晶元設計方式。

半導體材料

晶元的兩大材料為 Silicon 與 Germanium。Si晶元最廣泛,它具有很好的高溫工作性能。Ge晶元在理想溫度下具有更好的導電性。

集成電路工作原理

晶元上的集成電路可以是CMOS(Complementary Metal-Oxide),或者是TTL (Transistor Logic)。兩者的差異在於工作原理。一般來說,CMOS耗電低,TTL速度快。

晶元加工技術

 進入了Sub-Micron 「次微米」時代的半導體工業突飛猛進,越過了半微米,四分一微米,等等門檻,到達了"深次微米"的意境。然後,0.18微米晶元,0.13微米晶元,又迅速被拋到後面了。以0.13微米晶元為基礎的電子產品甚至還沒傳到消費者手裡,90納米,或,0.09微米技術已經如火如荼了。最新一代的INTEL,XILINX,NATIONAL等公司的晶元就是建立在0.09微米技術上的。

工作方式

晶元的工作方式有兩種:Analog和Digital。處理聲,光,無線信號等物理現象的是Analog 晶元。用半導體來控制電壓高低用以代表1和0,並以此進行邏輯計算的是Digital 晶元。

功能

晶元功能種類:處理器,記憶,特定功能。

設計方式

現在的晶元設計有兩大陣營:FPGA和ASIC。FPGA是「軟」方式。ASIC是「硬」方式。FPAG晶元商大佬為XILINX和ALTERA。ASIC晶元商多如牛毛:LSI LOGIC,NATIONAL,QUACOMM,TI,SAMSUNG,PHILIPS,等等。FPGA是「用戶配置邏輯門陣」。ASIC是「專用集成電路」。

「軟」陣營自稱晶元的前途必然在他們一邊。因為「深次微米」技術成為現實,也因為越來越多的IP模塊免費贈送,一塊FPGA可以讓用戶把整個系統,包括處理器,主線,記憶,多個特定功能,和用戶設計邏輯,全部快速地集成到單一晶元。而且,該FPGA單一晶元可以隨時重新配置,設計更新永遠不是問題。對中、低生產量廠家來說,FPGA還節省了一次性晶元設計費用。

3 晶元 -應用

計算機晶元
晶元智能晶元

如果把中央處理器CPU比喻為整個電腦系統的心臟,那麼主板上的晶元組就是整個身體的軀幹。對於主板而言,晶元組幾乎決定了這塊主板的功能,進而影響到整個電腦系統性能的發揮,晶元組是主板的靈魂。

晶元組(Chipset)是主板的核心組成部分,按照在主板上的排列位置的不同,通常分為北橋晶元和南橋晶元。北橋晶元提供對CPU的類型和主頻、內存的類型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯等支持。南橋晶元則提供對KBC(鍵盤控制器)、RTC(實時時鐘控制器)、USB(通用串列匯流排)、Ultra DMA/33(66)EIDE數據傳輸方式和ACPI(高級能源管理)等的支持。其中北橋晶元起著主導性的作用,也稱為主橋(Host Bridge)。

生物晶元

與PCR技術一樣,晶元技術已經開展和將要開展的應用領域非常的廣泛。生物晶元的第一個應用領域是檢測基因表達。但是將生物分子有序地放在晶元上檢測生化標本的策略是具有廣泛的應用領域,除了基因表達分析外,雜交為基礎的分析已用於基因突變的檢測、多態性分析、基因作圖、進化研究和其它方面的應用,微陣列分析還可用於檢測蛋白質與核酸、小分子物質及與其它蛋白質的結合,但這些領域的應用仍待發展。對基因組DNA進行雜交分析可以檢測DNA編碼區和非編碼區單個鹼基改變、確失和插入,DNA雜交分析還可用於對DNA進行定量,這對檢測基因拷貝數和染色體的倍性是很重要的。

4 晶元 -封裝

1.BGA 球柵陣列封裝
2.CSP 晶元縮放式封裝
3.COB 板上晶元貼裝
4.COC 瓷質基板上晶元貼裝
5.MCM 多晶元模型貼裝
6.LCC 無引線片式載體
7.CFP 陶瓷扁平封裝
8.PQFP 塑料四邊引線封裝
9.SOJ 塑料J形線封裝
10.SOP 小外形外殼封裝
11.TQFP 扁平簿片方形封裝
12.TSOP 微型簿片式封裝
13.CBGA 陶瓷焊球陣列封裝
14.CPGA 陶瓷針柵陣列封裝
15.CQFP 陶瓷四邊引線扁平
16.Cerdip 陶瓷熔封雙列
17.PBGA 塑料焊球陣列封裝
18.SSOP 窄間距小外型塑封
19.WLCSP 晶圓片級晶元規模封裝
20.FCOB 板上倒裝片

5 晶元 -晶元內容的拓展

基於ATT7022晶元在線寬量程電能測量儀的設計

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