很多讀者會認為我是一個對電子產品有特別癖好的收藏者,也是一個專門從舊電路板上收集元件的清道夫。有時候我會從舊的電路板上收集積體電路(IC),雖然不會用它們,但因為其外觀奇特,會把它們保留下來,偶爾還會進一步拆開它們(如果能拆的話)。本文是我搜集這些美麗而不尋常的IC元件的一段簡短經歷,這或許可以喚起那些曾經接觸過甚至設計過這類IC的讀者的美好回憶,並且打動那些沒有見過這些老式通孔元件的年輕讀者。

我們先來看一下這個怪物吧。這個電路的側面有一個接近3英吋的方形陶瓷基座,上面貼裝了3個獨立的大尺寸SMD IC,以及幾個SMD電容和一個電阻。從技術的角度來看,這是一個混合電路,而不是嚴格意義上的IC。其中一個IC上有一個圓形散熱片,就像一個直升機停機坪。

這是一個舊伺服器的線路板,上面貼了一個紙標籤,印有CYM7232S40HGC,我在網路上搜索,知道它是一個DRAM加速器模組,具有64位元資料匯流排和32位元糾錯功能。它還有一個兄弟模組,代號為CYM7264,用於64位元糾錯。我數了數,它有371個接腳,帶有一個巨大的介面插座。資料表的日期為1995年,標籤上的代碼 3993可能表示日期1993年第39周。

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更多陶瓷IC

當然,以前很多通孔型大型積體電路(LSI)IC是貼裝在陶瓷載體上,這樣的IC現在你再也看不到了。以前許多微處理器都用了陶瓷,一看到這個我就會心動。我認為陶瓷封裝的溫度性能更穩定,適用於要求更大溫度範圍的元件。這裡有一個舊的非約束邏輯陣列(ULA),它是FPGA的前身。我收集到一些這樣的IC,適當加熱,我設法打開了其中一個的金屬蓋,露出其內部的晶片和連線。

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標準的40接腳類型,內部晶片佈局很好,IC頂部有可愛的綁定條。雖然我的USB顯微鏡只有130萬畫素,也可以清晰顯示晶片結構:

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那不是IC,這才是IC!

另一個龐然大物是來自日立(Hitachi)的HD68450,它是用於摩托羅拉(Motorola)68000系列微型電腦的DMA IC。 64接腳——每側32個,長約3.2英吋,又是一個可愛的陶瓷IC。為了比較,我在照片中加入了幾個標準的74系列IC,一個20接腳和幾個16接腳。

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這是一個在舊的語音留言系統中使用的處理器線路板,它也有一個68010處理器,採用塑膠DIP 64腳封裝。像68450一樣,其寬度約為0.9英寸,是標準40腳晶片的一半:

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我們將它與尺規上方的28接腳EPROM做個比較。這些64接腳晶片可能是在處理器採用PGA封裝之前尺寸最大的IC,老式PC的晶片採用的就是這種PGA封裝,從286到486和Pentium,現今很多大尺寸(甚至一些小尺寸)IC仍在使用球柵陣列(BGA)封裝。

為68000系列生產的所有週邊IC都很大,就以這個48接腳的68901為例,其寬度為標準的0.6英寸,但長度比標準40接腳封裝IC長得多。它是一個多功能外設元件,帶有I/O、中斷控制、計時器和USART。所有這些IC的接腳間距都是標準的0.1英吋。後來的IC接腳間距縮小很多,可以在相同封裝尺寸下擠進去更多接腳,但在過去的那個時代,0.1英寸接腳間距可是一個神聖的標準。

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這個語音留言系統還有兩個希捷(Seagate)2.5GB的50接腳SCSI硬碟驅動器(「什麼是SCSI?Gigabyte又是什麼,老爹?」我經常聽到年輕的讀者這樣哀怨地問...)。離題了,我們還是回到IC這個主題吧。

Windows...不是作業系統...

現今所有微控制器都在使用快閃記憶體。在快閃記憶體出現之前,我們使用EPROM做記憶體(年輕人又要問了,「什麼是EPROM,老爹??」)。EPROM的一個好處是,因為必須暴露在紫外線下才能抹去保存的資料,所以它有一個視窗,透過這個視窗可以看到實際的晶片。不僅紫外線可以透過,可見光也可以照進去,這樣就可以把它們照下來了。如果光線合適,就會看到五顏六色,漂亮極了,我認為這是由於晶片上單個儲存單元的重複特性產成的干擾圖案。隨著晶片容量的增加,晶片的尺寸似乎變得越來越小,但當容量達到200萬位元和400萬位元時,晶片的尺寸又變大了。下圖中容量最大的是中間的27C512。(沒人發現那些數位單位是千位元(kbit)而不是千位元組(kbyte)嗎?其實27256只能儲存256/8 = 32KB?)不管怎麼樣,我們先看看下面的EPROM晶片長什麼樣:

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EPROM晶片。請注意光線照射到晶片上反射的顏色。容量從左至右分別為:2716(2K位元組)、27256(32K)、27C512(64K)、27C4001(512K),以及MC68HC705——一個帶有CPU、EPROM、RAM、I/O和計時器的早期6800微控制器。某些型號的微控制器是「一次性程式設計(OTP)」類型的,即相同的EPROM,但是窗口被密封了。這可不怎麼好,因為必須確保程式設計正確無誤,程式一旦編好就無法更改。大多數EPROM都封裝在陶瓷載體中,因為這樣易於與玻璃窗連接,而且不易受溫度影響。

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陽光照在EPROM晶片上——27C4001顯示出不太真實的色彩。容量更大的EPROM不多,如今快閃記憶體技術占主導地位了,我們又退回到陳舊乏味的塑膠IC封裝。下圖是這個晶片的近距離寫真:

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接腳更多

為了在更小的區域佈置更多接腳,IC製造商使用了四列直插式封裝,接腳在晶片兩側各占兩排。這樣引線可以更為緊密地排放在一起,而不必在PCB上放置小焊盤。下圖是一個大尺寸IC的接腳佈局:

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這種技巧甚至可以用於小尺寸IC。摩托羅拉的MFC6040是一款只有6個接腳的電子衰減器IC,我以前做一個設計專案時買了一些,現在還剩幾個。這是網際網路時代之前的事啦,幾年前我試圖搜尋其資料表,結果到處都找不到,幸虧有人發佈出來了,真是心有靈犀啊(謝謝Jim)。該晶片的接腳間距為0.75英吋,寬度從0.3~0.6英寸,它可提供0~90分貝的衰減,但是THD在高衰減時達到3%。我想近期內我不大可能用它。

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圓形封裝

當然,在DIL IC出現之前,運算放大器一般採用圓形的TO-99封裝,甚至一些舊的數位IC也採用這種封裝。早期的709和741運算放大器通常都採用這種封裝形式。如果有8或10個接腳,就稱為TO-99(我曾經見過用於10接腳類型的TO-74)。若只是3接腳電晶體,則稱之為TO-5或TO-39。在這些老式圓形封裝中,你可以發現奇奇怪怪的東西,我曾經就發現了一些555計時器。以下是這些早期IC的通用封裝形式。

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上排從左至右依次為:MC1455(摩托羅拉555)、TAA 300 1W音訊放大器、AD517精密運算放大器、CA3053差分放大器,以及National LM565 PLL。下排:MC1550寬頻放大器、SL630C VOGAD(AGC)、CA3085電壓調節器、LM709和741運算放大器。老的723電壓調節器IC也是採用這種封裝。這裡有兩個,其中一個頭腳顛倒,可能是在設計PCB時弄錯了方向,10腳朝天可不怎麼美觀。

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醜小鴨

當然,並非所有的IC都很優雅,即使它們是正確放置的。以前英格蘭的Plessey和其他製造商生產的音訊放大器IC甚至可以將散熱片固定在上面,現在看起來那樣子真醜。Sinclair Radionics是上世紀60和70年代的一家公司,曾經委託Plessey生產一款稱為IC-10的IC,並附帶PCB。我的一個朋友就有一個,儘管有散熱片,它們似乎也很嬌氣,使用壽命不長。最近,我的一個供應商提供了之後的一款IC,TAA621,就帶有這種散熱片,衝著它是過去那個時代的IC,我很想買幾個,但它沒有明確的失真指標,也許2~3%左右....還是算了吧...

這裡有兩張照片可以欣賞一下,TAA621具有四列直插接腳,下面是僅有10個接腳的Plessey SL403D的俯視圖,與Sinclair IC-10非常相似。我認為TAA621只是將散熱片黏貼在普通晶片的頂部,而SL403D實際上封裝了散熱片,晶片直接貼裝在金屬上,但這並不能解釋它們為何如此不可靠...

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上面介紹了幾款我曾遇到的不同尋常的IC,相信還有更多我沒見過的。俄羅斯曾經製造過一些外觀很奇怪的晶片。我也見過其他一些奇異的晶片,大多年代久遠不記得了,不過我想起了一個10接腳TO-3外殼(通常用於大電晶體)的電壓調節器。

親愛的讀者,你有沒有遇到過令你印象深刻的奇特IC?如果有,請與我們分享。

(參考原文: The beauty of ICs,by David Ashton,EDN China Jenny Liao編譯整理)