將許多電阻、二極管和三極管等元器件以電路的形式制作半導體硅片上,然后接出引腳并封裝起來,就構成了集成電路。集成電路簡稱為集成塊,下圖 (a)所示的LM380就是一種常見的音頻放大集成電路,其內部電路如圖(b)所示。

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圖 (a)

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圖(b)

對于大多數(shù)人來說,不用了解內部電路具體結構,只需知道集成電路的用途和各引腳的功能。

單獨集成電路是無法工作的,需要給它加接相應的外圍元件并提供電源才能工作。下圖中的集成電路LM380提供了電源并加接了外圍元件,它就可以對6腳輸入的音頻信號進行放大,然后從8腳輸出放大的音頻信號,再送入揚聲器使之發(fā)聲。

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有些時候,我們會把集成電路和芯片混為一談,比如在大家平常討論話題中,集成電路設計和芯片設計說的是一個意思,芯片行業(yè)、集成電路行業(yè)、IC行業(yè)往往也是一個意思。實際上,這兩個詞有聯(lián)系,也有區(qū)別。集成電路實體往往要以芯片的形式存在,因為狹義的集成電路,是強調電路本身,比如簡單到只有五個元件連接在一起形成的相移振蕩器,當它還在圖紙上呈現(xiàn)的時候,我們也可以叫它集成電路,當我們要拿這個小集成電路來應用的時候,那它必須以獨立的一塊實物,或者嵌入到更大的集成電路中,依托芯片來發(fā)揮他的作用;集成電路更著重電路的設計和布局布線,芯片更強調電路的集成、生產和封裝。而廣義的集成電路,當涉及到行業(yè)(區(qū)別于其他行業(yè))時,也可以包含芯片相關的各種含義。

芯片也有它獨特的地方,廣義上,只要是使用微細加工手段制造出來的半導體片子,都可以叫做芯片,里面并不一定有電路。比如半導體光源芯片;比如機械芯片,如MEMS陀螺儀;或者生物芯片如DNA芯片。在通訊與信息技術中,當把范圍局限到硅集成電路時,芯片和集成電路的交集就是在“硅晶片上的電路”上。

這算是一個大家比較容易混淆的概念吧!

一、集成電路的特點

①集成電路中多用晶體管,少用電感、電容和電阻,特別是大容量的電容器,因為制作這些元器件需要占用大面積硅片,導致成本提高。

②集成電路內的各個電路之間多采用直接連接(即用導線直接將兩個電路連接起來),少用電容連接,這樣可以減少集成電路的面積,又能使它適用各種頻率的電路。

③集成電路內多采用對稱電路(如差動電路),這樣可以糾正制造工藝上的偏差。

④集成電路一旦生產出來,內部的電路無法更改,不象分立元器件電路可以隨時改動,所以當集成電路內的某個元器件損壞時只能更換整個集成電路。

⑤集成電路一般不能單獨使用,需要與分立元器件組合才能構成實用的電路。對于集成電路,大多數(shù)電子技術人員只要知道它內部具有什么樣功能的電路,即了解內部結構方框圖和各腳功能就行了。

二、集成電路的種類

集成電路的種類很多,其分類方式也很多,這里介紹幾種主要分類方式:

1.按集成電路所體現(xiàn)的功能來分,可分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路、接口電路和特殊電路四類。

2.按有源器件類型不同,集成電路又可分為雙極型、單極型及雙極一單極混合型三種。雙極型集成電路內部主要采用二極管和三極管。單極型集成電路內部主要采用MOS場效應管。雙極一單極混合型集成電路內部采用 MOS 和雙極兼容工藝制成,因而兼有兩者的優(yōu)點。

3.按集成電路的集成度來分,可分為小規(guī)模集成電路 (SSI),中規(guī)模集成電路 (MSI),大規(guī)模集成電路 (LSI) 和超大規(guī)模集成電路 (VLSI)。

三、封裝形式

封裝就是指把硅片上的電路管腳用導線接引到外部引腳處,以便與其它器件連接。封裝形式是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼。

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四、引腳識別

集成電路的引腳很多,少則幾個,多則幾百個,各個引腳功能又不一樣,所以在使用時一定要對號入座,否則集成電路不工作甚至燒壞。因此一定要知道集成電路引腳的識別方法。

不管什么集成電路,它們都有一個標記指出第一腳,常見的標記有小圓點、小突起、缺口,缺角,找到該腳后,逆時針依次為2、3、4.....,如下圖(a)所示。對于單列或雙列引腳的集成電路,若表面標有文字,識別引腳時正對標注文字,文字左下角為第1引腳,然后逆時針依次為2、3、4.....,如下圖(b)所示。

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圖 (a)

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圖 (b)

五、好壞檢測

下面介紹一些常用的集成電路好壞檢測方法:

1.開路測量電阻法

開路測量電阻法是指在集成電路未與其它電路連接時,通過測量集成電路各引腳與接地引腳之間的電阻來判別好壞的方法。

集成電路都有一個接地引腳(GND),其它各引腳與接地引腳之間都有一定的電阻,由于同型號的集成電路內部電路相同,因此同型號的正常集成電路的各引腳與接地引腳之間的電阻均是相同的。根據(jù)這一點,可使用開路測量電阻的方法來判別集成電路的好壞。

在檢測時,萬用表撥至R×100Ω擋,紅表筆固定接被測集成電路的接地引腳,黑表筆依次接其他各引腳,如下圖所示,測出并記下各引腳與接地引腳之間的電阻,然后用同樣的方法測出同型號的正常集成電路的各引腳對地電阻,再將兩個集成電路各引腳對地電阻一一對照,如果兩者完全相同,則被測集成電路正常,如果有引腳電阻差距很大,則被測集成電路損壞。在測量各引腳電阻最好用同一擋位,如果因某引腳電阻過大或過小難以觀察而需要更換擋位時,則測量正常集成電路的該引腳電阻時也要換到該擋位。這是因為集成電路內部大部分是半導體元件,不同的歐姆擋提供的電流不同,對于同一引腳,使用不同歐姆擋測量時內部元件導通程度有所不同,故不同的歐姆擋測同一引腳得到的阻值可能有一定的差距。

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采用開路測電阻法判別集成電路好壞比較準備,并且對大多數(shù)集成電路都適用,其缺點是檢測時需要找一個同型號的正常集成電路作為對照,解決這個問題的方法是平時多測量一些常用集成電路的開路電阻數(shù)據(jù),以便以后檢測同型號集成電路時作為參考,另外也可查閱一些資料來獲得這這方面的數(shù)據(jù),下圖是一種常用的內部有四個運算放大器的集成電路LM324,下表中列出其開路電阻數(shù)據(jù),測量使用數(shù)字萬用表200kΩ擋,表中有兩組數(shù)據(jù),一組為紅表筆接11腳(接地腳)、黑表筆接其他各腳測得的數(shù)據(jù),另一組為黑表筆接11腳、紅表筆接其他各腳測得的數(shù)據(jù),在檢測LM324好壞時,也應使用數(shù)字萬用表的200kΩ,再將實測的各腳數(shù)據(jù)與表中數(shù)據(jù)進行對照來判別所測集成電路的好壞。

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2.在路檢測法

在路檢測法是指在集成電路與其它電路連接時檢測集成電路的方法。

(1)在路直流電壓測量法

在路直流電壓測量法是在通電的情況下,用萬用表直流電壓擋測量集成電路各引腳對地電壓,再與參考電壓進行比較來判斷故障的方法。

在路直流電壓測量法使用要點如下:

①為了減小測量時萬用表內阻的影響,盡量使用內阻高的萬用表。例如MF47型萬用表直流電壓擋的內阻為20kΩ/V,當選擇10V擋測量時,萬用表的內阻為200kΩ,在測量時,萬用表內阻會對被測電壓有一定的分流,從而使被測電壓較實際電壓略低,內阻越大,對被測電路的電壓影響越小,MF50型萬用表直流電壓擋的內阻較小,為10kΩ/V,使用它測量時對電路電壓影響較MF47型萬用表更大。

②在檢測時,首先測量電源腳電壓是否正常,如果電源腳電壓不正常,可檢查供電電路,如果供電電路正常,則可能是集成電路內部損壞,或者集成電路某些引腳外圍元件損壞,進而通過內部電路使電源腳電壓不正常。

③在確定集成電路的電源腳電壓正常后,才可進一步測量其它引腳電壓是否正常。如果個別引腳電壓不正常,先檢測該腳外圍元件,若外圍元件正常,則為集成電路損壞,如果多個引腳電壓不正常,可通過集成電路內部大致結構和外圍電路工作原理,分析這些引腳電壓是否因某個或某些引腳電壓變化引起,著重檢查這些引腳外圍元件,若外圍元件正常,則為集成電路損壞。

④有些集成電路在有信號輸入(動態(tài))和無信號輸入(靜態(tài))時某些引腳電壓可能不同,在將實測電壓與該集成電路的參考電壓對照時,要注意其測量條件,實測電壓也應在該條件下測得。例如彩色電視機圖紙上標注出來的參考電壓通常是在接收彩條信號時測得的,實測時也應盡量讓電視機接收彩條信號。

⑤有些電子產品有多種工作方式,在不同的工作方式下和工作方式切換過程中,有關集成電路的某些引腳電壓會發(fā)生變化,對于這種集成電路,需要了解電路工作原理才能作出準確的測量與判斷。例如DVD機在光盤出、光盤入、光盤搜索和讀盤時,有關集成電路某些引腳電壓會發(fā)生變化。

集成電路各引腳的直流電壓參考值可以參看有關圖紙或查閱有關資料來獲得。下表列出了彩電常用的場掃描輸出集成電路LA7837各引腳功能、直流電壓和在路電阻參考值。

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(2)在路電阻測量法

在路電路測量法是在切斷電源的情況下,用萬用表歐姆擋測量集成電路各引腳及外圍元件的正反向電阻值,再與參考數(shù)據(jù)相比較來判斷故障的方法。

在路電阻測量法使用要點如下:

①測量前一定要斷開被測電路的電源,以免損壞元件和儀表,并避免測得的電阻值不準確。

②萬用表R×10kΩ擋內部使用9V電池,有些集成電路工作電壓較低,如3.3V、5V,為了防止高電壓損壞被測集成電路,測量時萬用表最好選擇R×100Ω擋或R×1kΩ擋。

③在測量集成電路各引腳電阻時,一根表筆接地,另一根表筆接集成電路各引腳,如下圖所示,測得的阻值是該腳外圍元件(R1、C)與集成電路內部電路及有關外圍元件的并聯(lián)值,如果發(fā)現(xiàn)個別引腳電阻與參考電阻差距較大,先檢測該引腳外圍元件,如果外圍元件正常,通常為集成電路內部損壞,如果多數(shù)引腳電阻不正常,集成電路損壞的可能性很大,但也不能完全排除這些引腳外圍元件損壞。

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集成電路各引腳的電阻參考值可以參看有關圖紙或查閱有關資料來獲得。

(3)在路總電流測量法

在路總電流測量法是指測量集成電路的總電流來判斷故障的方法。

集成電路內部元件大多采用直接連接方式組成電路,當某個元件被擊穿或開路時,通常對后級電路有一定的影響,從而使得整個集成電路的總工作電流減小或增大,測得集成電路的總電流后再與參考電流比較,過大、過小均說明集成電路或外圍元件存在故障。電子產品的圖紙和有關資料一般不提供集成電路總電流參考數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)可在正常電子產品的電路中實測獲得。

在路測量集成電路的總電流如下圖所示,在測量時,既可以斷開集成電路的電源引腳直接測量電流,也可以測量電源引腳的供電電阻兩端電壓,然后利用I=U/R來計算出電流值。

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3.排除法和代換法

不管是開路測量電阻法,還是在路檢測法,都需要知道相應的參考數(shù)據(jù)。如果無法獲得參考數(shù)據(jù),可使用排除法和代換法。

(1)排除法

在使用集成電路時,需要給它外接一些元件,如果集成電路不工作,可能是集成電路本身損壞,也可能是外圍元件損壞。排除法是指先檢查集成電路各引腳外圍元件,當外圍元件均正常時,外圍元件損壞導致集成電路工作不正常的原因則可排除,故障應為集成電路本身損壞。

排除法使用要點如下:

①在檢測時,最好在測得集成電路供電正常后再使用排除法,如果電源腳電壓不正常,先檢查修復供電電路。

②有些集成電路只需本身和外圍元件正常就能正常工作,也有些集成電路(數(shù)字集成電路較多)還要求其它電路送有關控制信號(或反饋信號)才能正常工作,對于這樣的集成電路,除了要檢查外圍元件是否正常外,還要檢查集成電路是否接收到相關的控制信號。

③對外圍元件集成電路,使用排除法更為快捷。對外圍元件很多的集成電路,通常先檢查一些重要引腳的外圍元件和易損壞的元件。

(2)代換法

代換法是指當懷疑集成電路可能損壞時,直接用同型號正常的集成電路代換,如果故障消失,則為原集成電路損壞,如果故障依舊,則可能是集成電路外圍元件損壞、更換的集成電路不良,也可能是外圍元件故障未排除導致更換的集成電路又被損壞,還有些集成電路可能是未接收到其它電路送來的控制信號。

代換法使用要點如下:

①由于在未排除外圍元件故障時直接更換集成電路,可能會使集成電路再次損壞,因此,對于工作在高電壓、大電流下的集成電路,最好在檢查外圍元件正常的情況下才更換集成電路,對于工作在低電壓下的集成電路,也盡量在確定一些關鍵引腳的外圍元件正常的情況下再更換集成電路。

②有些數(shù)字集成電路內部含有程序,如果程序發(fā)生錯誤,即使集成電路外圍元件和有關控制信號都正常,集成電路也不能正常工作,對于這種情況,可使用一些設備重新給集成電路寫入程序,或更換已寫入程序的集成電路。

六、直插式集成電路的拆卸

在檢修電路時,經(jīng)常需要從印刷電路板上拆卸集成電路,由于集成電路引腳多,拆卸起來比較困難,拆卸不當可能會損害集成電路及電路板。下面介紹幾種常用的拆卸集成電路的方法。

1.用注射器針頭拆卸

在拆卸集成電路時,可借助圖(a)所示不銹鋼空芯套管或注射器針頭(電子市場有售)來拆卸,拆卸方法如圖(b)所示,用烙鐵頭接觸集成電路的某一引腳焊點,當該引腳焊點的焊錫熔化后,將大小合適的注射器針頭套在該引腳上并旋轉,讓集成電路的引腳與印刷電路板焊錫銅箔脫離,然后將烙鐵頭移開,稍后拔出注射器針頭,這樣集成電路的一個引腳就與印刷電路板銅箔脫離開來,再用同樣的方法將集成電路其它引腳與電路板銅箔脫離,最后就能將該集成電路從電路板上拔下來。

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圖(a)

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圖(b)

2.用吸錫器拆卸

吸錫器是一種利用手動或電動方式產生吸力,將焊錫吸離電路板銅箔的維修工具。吸錫器如下圖所示,圖中下方吸錫器具有加熱功能,又稱吸錫電烙鐵。

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利用吸錫器拆卸集成電路的操作如下圖所示,具體過程如下:

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①將吸錫器活塞向下壓至卡住。

②用電烙鐵加熱焊點至焊料熔化。

③移開電烙鐵,同時迅速把吸錫器吸嘴貼上焊點,并按下吸錫器按鈕,讓活塞彈起產生的吸力將焊錫吸入吸錫器。

④如果一次吸不干凈,可重復操作多次。

當所有引腳的焊錫被吸走后,就可以從電路板上取下集成電路。

3.用毛刷配合電烙鐵拆卸

這種拆卸方法比較簡單,拆卸時只需一把電烙鐵和一把小毛刷即可。在使用該方法拆卸集成塊時,先用電烙鐵加熱集成電路引腳處的焊錫,待引腳上的焊錫融化后,馬上用毛刷將熔化的焊錫掃掉,再用這種方法清除其它引腳的焊錫,當所有引腳焊錫被清除后,用鑷子或小型一字螺絲刀撬下集成電路。

4.用多股銅絲吸錫拆卸

在使用這種方法拆卸時,需要用到多股銅芯導線,如下圖所示。

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用多股銅絲吸錫拆卸集成電路的操作過程如下:

①去除多股銅芯導線的塑膠外皮,將導線放在松香中用電烙鐵加熱,使導線沾上松香。

②將多股銅芯絲放到集成塊引腳上用電烙鐵加熱,這樣引腳上的焊錫就會被沾有松香的銅絲吸附,吸上焊錫的部分可剪去,重復操作幾次就可將集成電路引腳上的焊錫全部吸走,然后用鑷子或小型一字螺絲刀輕輕將集成電路撬下。

5.增加引腳焊錫融化拆卸

這種拆卸方法無需借助其它工具材料,特別適合拆卸單列或雙列且引腳數(shù)量不是很多的集成電路。

用增加引腳焊錫融化拆卸集成電路的操作過程如下:

在拆卸時,先給集成塊電路一列引腳上增加一些焊錫,讓焊錫將該列引腳所有的焊點連接起來,然后用電烙鐵加熱該列的中間引腳,并往兩端移動,利用焊錫的熱傳導將該列所有引腳上的焊錫融化,再用鑷子或小型一字螺絲刀偏向該列位置輕輕將集成電路往上撬一點,再用同樣的方法對另一列引腳加熱、撬動,對兩列引腳輪換加熱,直到拆下為止。一般情況下,每列引腳加熱兩次即可拆下。

6.用熱風拆焊臺或熱風槍拆卸

熱風拆焊臺或熱風槍外形如下圖所示,其噴頭可以噴出溫度達幾百度的熱風,利用熱風將集成電路各引腳上的焊錫熔化,然后就可拆下集成電路。

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在拆卸時要注意,用單噴頭拆卸時,應讓噴頭和所拆的集成電路保持垂直,并沿集成電路周圍引腳移動噴頭,對各引腳焊錫均勻加熱,噴頭不要觸及集成電路及周圍的外圍元件,吹焊的位置要準確,盡量不要吹到集成電路周圍的元件。

七、貼片集成電路的拆卸與焊接

1.拆卸

貼片集成電路的引腳多且排列緊密,有的還四面都有引腳,在拆卸時若方法不當,輕則無法拆下,重則損壞集成電路引腳和電路板上的銅箔。貼片集成電路的拆卸通常使用熱風拆焊臺或熱風槍拆卸。

貼片集成電路的拆卸操作過程如下:

①在拆卸前,仔細觀察待拆集成電路在電路板的位置和方位,并做好標記,以便焊接時按對應標記安裝集成電路,避免安裝出錯。

②用小刷子將貼片集成電路周圍的雜質清理干凈,再給貼片集成電路引腳上涂少許松香粉末或松香水。

③調好熱風槍的溫度和風速。溫度開關一般調至3~5檔,風速開關調至2~3檔。

④用單噴頭拆卸時,應注意使噴頭和所拆集成電路保持垂直,并沿集成電路周圍引腳移動,對各引腳均勻加熱,噴頭不可觸及集成電路及周圍的外圍元件,吹焊的位置要準確,且不可吹到集成電路周圍的元件。

⑤待集成電路的各引腳的焊錫全部熔化后,用鑷子將集成電路掀起或夾走,且不可用力,否則極易損壞與集成電路連接的銅箔。

對于沒有熱風拆焊臺或熱風槍的維修的人員,可采用以下方法拆卸帖片集成電路:

先給集成電路某列引腳涂上松香,并用焊錫將該列引腳全部連接起來,然后用電烙鐵對焊錫加熱,待該列引腳上的焊錫熔化后,用薄刀片(如刮須刀片)從電路板和引腳之間推進去,移開電烙鐵等待幾秒鐘后拿出刀片,這樣集成電路該列引腳就和電路板脫離了,再用同樣的方法將集成電路其他引腳與電路板分離開,最后就能取下整個集成電路。

2.焊接

貼片集成電路的焊接過程如下:

①將電路板上的焊點用電烙鐵整理平整,如有必要,可對焊錫較少焊點應進行補錫,然后用酒精清潔干凈焊點周圍的雜質。

②將待焊接的集成電路與電路板上的焊接位置對好,再用電烙鐵焊好集成電路對角線的四個引腳,將集成電路固定,并在引腳上涂上松香水或撒些松香粉末。

③如果用熱風槍焊接,可用熱風槍吹焊集成電路四周引腳,待電路板焊點上的焊錫熔化后,移開熱風槍,引腳就與電路板焊點粘在一起。如果使用電烙鐵焊接,可在烙鐵頭上沾上少量焊錫,然后在一列引腳上拖動,焊錫會將各引腳與電路板焊點沾粘好。如果集成電路的某些引腳被焊錫連接短路,可先用多股銅線將多余的焊錫吸走,再在該處涂上松香水,用電烙鐵在該處加熱,引腳之間的剩余焊錫會自動斷開,回到引腳上。

④焊接完成后,檢查集成電路各引腳之間有無短路或漏焊,檢查時可借助放大鏡或萬用表檢測,若有漏焊,應用尖頭烙鐵進行補焊,最后用無水酒精將集成電路周圍的松香清理干凈。

八、集成電路型號命名方法

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