วงจรรวม ( IC ) หรือที่รู้จักกันในชื่อไมโครชิปหรือชิปคือชุดประกอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ขนาดกะทัดรัด ที่สร้างขึ้นจากส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ ต่างๆ เช่นทรานซิสเตอร์ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุรวมถึงการเชื่อมต่อระหว่างกัน^{[ 1 ]} ส่วนประกอบเหล่านี้ถูกผลิตขึ้นบนแผ่นวัสดุ เซมิคอนดักเตอร์บางๆ แบนๆ ("ชิป") ซึ่งส่วนใหญ่เป็นซิลิคอน^{[ 1 ]}วงจรรวมเป็นส่วนสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลากหลายชนิด (รวมถึงคอมพิวเตอร์ สมา ร์ทโฟนและโทรทัศน์ ) ที่ทำหน้าที่ต่างๆ เช่น การประมวลผลข้อมูล การควบคุม และการจัดเก็บข้อมูล วงจรรวมได้เปลี่ยนแปลงวงการอิเล็กทรอนิกส์โดยทำให้สามารถย่อขนาดอุปกรณ์ ปรับปรุงประสิทธิภาพ และลดต้นทุนได้

เมื่อเปรียบเทียบกับวงจรประกอบที่สร้างจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แบบแยกชิ้น วงจรรวมมีขนาดเล็กกว่า เร็วกว่า ประหยัดพลังงานมากกว่า และราคาถูกกว่าหลายเท่า ทำให้สามารถใช้ทรานซิสเตอร์ จำนวนมากได้ ความสามารถในการผลิตจำนวนมากความน่าเชื่อถือสูง และวิธีการออกแบบแบบโมดูลาร์ที่เป็นมาตรฐานของวงจรรวมช่วยให้สามารถทดแทนการออกแบบที่ใช้ทรานซิสเตอร์แบบแยกชิ้นได้อย่างรวดเร็ว ปัจจุบัน วงจรรวมมีอยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เกือบทุกชนิด และได้ปฏิวัติเทคโนโลยีสมัยใหม่ ผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่นโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ไมโครคอนโทรลเลอร์โปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิทัลและชิปประมวลผลแบบฝังในเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านเป็นพื้นฐานของสังคมร่วมสมัยเนื่องจากมีขนาดเล็ก ราคาถูก และใช้งานได้หลากหลาย

การรวมวงจรขนาดใหญ่มาก (Very-large-scale integration)เป็นไปได้จริงด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์นับตั้งแต่เริ่มมีการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1960 ขนาด ความเร็ว และความจุของชิปได้ก้าวหน้าไปอย่างมาก โดยได้รับแรงผลักดันจากความก้าวหน้าทางเทคนิคที่ทำให้สามารถบรรจุทรานซิสเตอร์จำนวนมากขึ้นลงในชิปขนาดเท่าเดิมได้ – ชิปสมัยใหม่อาจมีทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัวในพื้นที่ขนาดเท่าเล็บมือมนุษย์ ความก้าวหน้าเหล่านี้ ซึ่งเป็นไปตามกฎของมัวร์ โดยประมาณ ทำให้ชิปคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันมีความจุมากกว่าชิปคอมพิวเตอร์ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 หลายล้านเท่า และมีความเร็วมากกว่าหลายพันเท่า

วงจรรวม (IC) มีข้อดีหลักๆ สามประการเหนือกว่าวงจรที่สร้างจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แบบแยกชิ้น ได้แก่ ขนาด ต้นทุน และประสิทธิภาพ ขนาดและต้นทุนต่ำเนื่องจากชิปพร้อมส่วนประกอบทั้งหมดถูกพิมพ์เป็นหน่วยเดียวโดยใช้กระบวนการโฟโตลิโทกราฟีแทนที่จะสร้างทรานซิสเตอร์ทีละตัว นอกจากนี้ วงจรรวมแบบบรรจุภัณฑ์ยังใช้วัสดุน้อยกว่าวงจรแบบแยกชิ้นมาก ประสิทธิภาพสูงเนื่องจากส่วนประกอบของวงจรรวมสลับการทำงานได้อย่างรวดเร็วและใช้พลังงานค่อนข้างน้อยเนื่องจากขนาดเล็กและอยู่ใกล้กัน ข้อเสียหลักของวงจรรวมคือต้นทุนเริ่มต้นในการออกแบบที่สูงและต้นทุนการลงทุนมหาศาลในการสร้างโรงงาน ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงนี้หมายความว่าวงจรรวมจะคุ้มค่าในเชิงพาณิชย์ก็ต่อเมื่อคาดการณ์ว่าจะ มี การผลิตในปริมาณมาก เท่านั้น

วงจรรวม (IC) ได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการดังนี้: ^{[ 2 ]}

วงจรที่องค์ประกอบวงจรทั้งหมดหรือบางส่วนเชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออกและเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้า จนถือได้ว่าไม่สามารถแบ่งแยกได้เพื่อวัตถุประสงค์ในการก่อสร้างและการค้า

ในความหมายที่เข้มงวด คำนี้หมายถึงโครงสร้างวงจรชิ้นเดียว – เดิมเรียกว่าวงจรรวมแบบโมโนลิธิก – ซึ่งประกอบด้วยวงจรทั้งหมดที่สร้าง ขึ้น บน ซิลิคอนชิ้นเดียว^{[ 3 ] [ 4 ]}ในการใช้งานทั่วไป คำว่า "วงจรรวม" ยังสามารถใช้กับวงจรที่ไม่ตรงตามคำจำกัดความที่เข้มงวดนี้ และอาจสร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีต่างๆ เช่น3D IC , 2.5D IC , MCM , ทรานซิสเตอร์ฟิล์มบาง , เทคโนโลยีฟิล์มหนาหรือวงจรรวมแบบไฮบริดความแตกต่างในคำศัพท์นี้มักมีความเกี่ยวข้องกับการถกเถียงว่ากฎของมัวร์ยังคงใช้ได้อยู่ หรือไม่

แนวคิดเบื้องต้นของICคือการพัฒนาแผ่นเซรามิกขนาดเล็กที่เรียกว่าไมโครโมดูล [ ^{5 ] แต่ละ}แผ่นประกอบด้วยส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กเพียงชิ้นเดียว จากนั้นโมดูลเหล่านี้สามารถประกอบและเชื่อมต่อกันเป็นตารางขนาดกะทัดรัดแบบสองมิติหรือสามมิติ แนวคิดนี้ได้รับการพิจารณาว่ามีศักยภาพสูงในปี 1957 และถูกเสนอต่อ^{กองทัพ}สหรัฐฯโดยJack Kilby [ ^{5 ]}ซึ่งนำไปสู่โครงการไมโครโมดูลที่มีอายุสั้น (คล้ายคลึงกับโครงการ Tinkertoy ในปี 1951) ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}อย่างไรก็ตาม เมื่อโครงการได้รับความสนใจมากขึ้น Kilby ก็ได้คิดค้นแนวทางใหม่โดยพื้นฐาน นั่นคือวงจรรวมนั่นเอง

เมื่อได้รับการว่าจ้างใหม่โดยTexas Instrumentsคิลบีได้บันทึกแนวคิดเบื้องต้นเกี่ยวกับวงจรรวมในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2491 และได้สาธิตตัวอย่างวงจรรวมที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 12 กันยายน พ.ศ. 2491 ^{[ 8 ]}ในคำขอสิทธิบัตรของเขาเมื่อวันที่ 6 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2492 ^{[ 9 ]}คิลบีได้อธิบายอุปกรณ์ใหม่ของเขาว่าเป็น "ตัววัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ... ซึ่งส่วนประกอบทั้งหมดของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ถูกรวมเข้าไว้ด้วยกันอย่างสมบูรณ์" ^{[ 10 ]}ลูกค้ารายแรกของสิ่งประดิษฐ์ใหม่นี้คือ กองทัพ อากาศสหรัฐฯ^{[ 11 ]} คิลบีได้รับ รางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ประจำปี พ.ศ. 2443 จากบทบาทของเขาในการประดิษฐ์วงจรรวม^{[ 12 ]}

อย่างไรก็ตาม สิ่งประดิษฐ์ของ Kilby ไม่ใช่ชิปวงจรรวมแบบโมโนลิธิกที่แท้จริง เนื่องจากต้องอาศัยการเชื่อมต่อสายทองคำภายนอก ทำให้การผลิตในปริมาณมากเป็นไปไม่ได้^{[ 13 ]}ประมาณหกเดือนต่อมาRobert Noyceที่Fairchild Semiconductorได้พัฒนาชิป IC แบบโมโนลิธิกที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรก^{[ 14 ] [ 13 ]}ชิปวงจรรวมแบบโมโนลิธิกเกิดขึ้นได้จากการประดิษฐ์กระบวนการระนาบโดยJean Hoerniและการแยกจุดเชื่อมต่อ p–nโดยKurt Lehovecสิ่งประดิษฐ์ของ Hoerni สร้างขึ้นจากงานของ Carl Frosch และ Lincoln Derick เกี่ยวกับการป้องกันพื้นผิวและการทำให้เฉื่อยโดยการปิดบังและการตกตะกอนล่วงหน้าของซิลิคอนไดออกไซด์^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}เช่นเดียวกับงานของ Fuller, Ditzenberger และคนอื่นๆ เกี่ยวกับการแพร่กระจายของสิ่งเจือปนเข้าไปในซิลิคอน^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

ต่างจากการออกแบบของ Kilby ที่ใช้เจอร์มาเนียม เวอร์ชันของ Noyce ถูกสร้างขึ้นจากซิลิคอนโดยใช้กระบวนการระนาบโดย Jean Hoerni เพื่อนร่วมงานของเขา ซึ่งทำให้สามารถเชื่อมต่ออะลูมิเนียมบนชิปได้อย่างน่าเชื่อถือ ชิป IC สมัยใหม่ใช้การออกแบบแบบโมโนลิธิกของ Noyce ^{[ 14 ] [ 13 ]}แทนที่จะเป็นต้นแบบแรกของ Kilby

โครงการอพอลโลของ NASA เป็นผู้บริโภควงจรรวมรายใหญ่ที่สุดระหว่างปี 1961 ถึง 1965 ^{[ 23 ]}

ตรรกะทรานซิสเตอร์-ทรานซิสเตอร์ (TTL) ได้รับการพัฒนาโดยJames L. Buieในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ที่TRW Inc. TTL กลายเป็นเทคโนโลยีที่โดดเด่นสำหรับ วงจรรวม ดิจิทัลในช่วงทศวรรษ 1970 ถึงต้นทศวรรษ 1980 ^{[ 24 ]}

การใช้วงจรรวม TTL จำนวนมากเป็นวิธีการสร้างมาตรฐานสำหรับโปรเซสเซอร์ของมินิคอมพิวเตอร์และเมนเฟรมคอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์เช่นเมนเฟรมIBM 360 มินิ คอมพิวเตอร์PDP-11และเดสก์ท็อปDatapoint 2200สร้างขึ้นจากวงจรรวมแบบไบโพลาร์^{[ 25 ]}ไม่ว่าจะเป็น TTL หรือลอจิกแบบอีมิเตอร์คัปเปิล ที่เร็วกว่า (ECL)

วงจรรวมสมัยใหม่ (IC) ใช้ ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กโลหะออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ (MOSFET) เป็นพื้นฐาน ทำให้เกิดวงจร รวมMOS ^{[ 26 ]} MOSFET ได้รับการพัฒนาที่Bell Labsระหว่างปี 1955 ถึง 1960 ^{[ 15 ] [ 27 ] [ 16 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 17 ]}ทำให้สามารถสร้างวงจรรวม ที่ มีความหนาแน่นสูงได้^{[ 31 ]แตก}ต่างจากทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ซึ่งต้องใช้ขั้นตอนเพิ่มเติมสำหรับ^การแยก p–n junction MOSFET สามารถแยกออกจากกันได้ง่ายโดยไม่ต้องใช้มาตรการดัง^{กล่าว[ 32 ]}ข้อได้เปรียบนี้สำหรับวงจรรวมได้รับการเน้นย้ำเป็นครั้งแรกโดยDawon Kahngในปี 1961 ^{[ 33 ]}รายชื่อเหตุการณ์สำคัญของ IEEEประกอบด้วย IC ตัวแรกที่ Kilby ผลิตในปี 1958 ^{[ 34 ]}กระบวนการระนาบของ Hoerni และ IC ระนาบของ Noyce ในปี 1959 ^{[ 35 ]}

ไอซี MOS ทดลองรุ่นแรกสุดที่ถูกสร้างขึ้นคือชิป 16 ทรานซิสเตอร์ที่สร้างโดย Fred Heiman และ Steven Hofstein ที่RCAในปี 1962 ^{[ 36 ]} ต่อมา General Microelectronicsได้แนะนำวงจรรวม MOS เชิงพาณิชย์ตัวแรกในปี 1964 ^{[ 37 ]} ซึ่งเป็น รีจิสเตอร์เลื่อน 120 ทรานซิสเตอร์ที่พัฒนาโดย Robert Norman ^{[ 36 ]}ในปี 1964 ชิป MOS มีความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์ สูงขึ้น และต้นทุนการผลิตต่ำกว่า ชิปไบ โพลาร์ชิป MOS มีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นในอัตราที่คาดการณ์โดยกฎของมัวร์นำไปสู่การรวมขนาดใหญ่ (LSI) ที่มีทรานซิสเตอร์ หลายร้อยตัว บนชิป MOS เดียวในช่วงปลายทศวรรษ 1960 ^{[ 38 ]}

หลังจากการพัฒนา MOSFET แบบเกตที่จัดเรียงตัวเอง (เกตซิลิคอน) โดย Robert Kerwin, Donald Kleinและ John Sarace ที่ Bell Labs ในปี 1967 ^{[ 39 ]}เทคโนโลยี IC MOS เกตซิลิคอนตัวแรก ที่มี เกตที่จัดเรียงตัวเองซึ่งเป็นพื้นฐานของ วงจร CMOSแบบรวมสมัยใหม่ทั้งหมด ได้รับการพัฒนาที่ Fairchild Semiconductor โดยFederico Fagginในปี 1968 ^{[ 40 ]}การประยุกต์ใช้ชิป MOS LSI ในการคำนวณเป็นพื้นฐานสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ ตัวแรก เนื่องจากวิศวกรเริ่มตระหนักว่าโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ ที่สมบูรณ์ สามารถบรรจุอยู่ในชิป MOS LSI เพียงชิปเดียวได้ ซึ่งนำไปสู่การประดิษฐ์ไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ^{[ 38 ]}ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 เทคโนโลยีวงจรรวม MOS ทำให้สามารถรวมทรานซิสเตอร์มากกว่า 10,000 ตัวบนชิปเดียวได้ (VLSI) ^{[ 41 ]}

ในตอนแรก คอมพิวเตอร์ที่ใช้ MOS มีประโยชน์เฉพาะเมื่อต้องการความหนาแน่นสูง เช่น ในด้านการบินและ อวกาศและ เครื่องคิดเลขพกพาคอมพิวเตอร์ที่สร้างขึ้นจาก TTL ทั้งหมด เช่นDatapoint 2200 ในปี 1970 นั้นเร็วกว่าและทรงพลังกว่าไมโครโปรเซสเซอร์ MOS แบบชิปเดี่ยว เช่นIntel 8008 ในปี 1972 จนกระทั่งถึงช่วงต้นทศวรรษ 1980 ^{[ 25 ]}

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยี IC โดยเฉพาะคุณสมบัติที่เล็กลงและชิปที่ใหญ่ขึ้น ทำให้จำนวนทรานซิสเตอร์MOSในวงจรรวมเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกๆ สองปี ซึ่งเป็นแนวโน้มที่รู้จักกันในชื่อกฎของมัวร์ เดิมทีมัวร์กล่าวว่ามันจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกปี แต่เขาได้เปลี่ยนคำกล่าวอ้างเป็นทุกๆ สองปีในปี 1975 ^{[ 42 ]}ความจุที่เพิ่มขึ้นนี้ถูกนำมาใช้เพื่อลดต้นทุนและเพิ่มฟังก์ชันการทำงาน โดยทั่วไปแล้ว เมื่อขนาดของฟีเจอร์เล็ลง เกือบทุกแง่มุมของการทำงานของ IC ก็จะดีขึ้น ต้นทุนต่อทรานซิสเตอร์และการใช้พลังงานในการสวิตช์ต่อทรานซิสเตอร์ลดลง ในขณะที่ ความจุ และความเร็วของหน่วยความจำเพิ่มขึ้น ผ่านความสัมพันธ์ที่กำหนดโดยการปรับขนาดของเดนาร์ด ( การปรับขนาด MOSFET ) ^{[ 43 ]}เนื่องจากความเร็ว ความจุ และการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นนั้นเห็นได้ชัดเจนสำหรับผู้ใช้ปลายทาง จึงมีการแข่งขันกันอย่างดุเดือดระหว่างผู้ผลิตในการใช้รูปทรงเรขาคณิตที่ละเอียดขึ้น ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ขนาดของทรานซิสเตอร์ลดลงจากหลายสิบไมครอนในช่วงต้นทศวรรษ 1970 เหลือ 10 นาโนเมตรในปี 2017 ^{[ 44 ]}โดยมีจำนวนทรานซิสเตอร์ต่อหน่วยพื้นที่เพิ่มขึ้นเป็นล้านเท่า ณ ปี 2016 พื้นที่ชิปทั่วไปมีตั้งแต่ไม่กี่ตารางมิลลิเมตรไปจนถึงประมาณ 600 ตารางมิลลิเมตร^{โดย มี} ทรานซิสเตอร์มากถึง 25 ล้านตัวต่อตารางมิลลิเมตร^{[ 45 ]}

การคาดการณ์การลดขนาดของฟีเจอร์และความก้าวหน้าที่จำเป็นในด้านที่เกี่ยวข้องได้รับการคาดการณ์ไว้เป็นเวลาหลายปีโดยแผนงานเทคโนโลยีระหว่างประเทศสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ (ITRS) ITRS ฉบับสุดท้ายได้รับการเผยแพร่ในปี 2016 และกำลังถูกแทนที่ด้วยแผนงานระหว่างประเทศสำหรับอุปกรณ์และระบบ^{[ 46 ]}

เดิมที วงจรรวม (IC) เป็นเพียงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น ความสำเร็จของวงจรรวมนำไปสู่การบูรณาการเทคโนโลยีอื่นๆ โดยพยายามให้ได้ข้อดีเช่นเดียวกัน คือ ขนาดเล็กและต้นทุนต่ำ เทคโนโลยีเหล่านั้นได้แก่ อุปกรณ์เชิงกล อุปกรณ์ทางแสง และเซ็นเซอร์

• อุปกรณ์ประจุคู่ (Charge-coupled devices)และเซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ (active-pixel sensors ) ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด เป็นชิปที่ไวต่อแสงโดยส่วนใหญ่ได้เข้ามาแทนที่ฟิล์มถ่ายภาพในแอปพลิเคชันทางวิทยาศาสตร์ การแพทย์ และผู้บริโภค ปัจจุบันมีการผลิตอุปกรณ์เหล่านี้หลายพันล้านชิ้นต่อปีสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น โทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และกล้องดิจิทัล สาขาย่อยของวงจรรวม (ICs) นี้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 2552 ^{[ 47 ]}
• อุปกรณ์เชิงกลขนาดเล็กมากที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าสามารถรวมเข้ากับชิปได้ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่เรียกว่าระบบไมโครอิเล็กโทรเมคานิกส์ (MEMS) อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการพัฒนาในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ^{[ 48 ]}และถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันเชิงพาณิชย์และทางทหารที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่นโปรเจ็กเตอร์ DLPเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทและมาตรวัดความเร่งและไจโรสโคป MEMSที่ใช้ในการปล่อยถุงลมนิรภัย ในรถยนต์
• ตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 2000 การบูรณาการฟังก์ชันการทำงานทางแสง ( การคำนวณด้วยแสง ) เข้ากับชิปซิลิคอนได้รับการดำเนินการอย่างจริงจังทั้งในงานวิจัยเชิงวิชาการและในอุตสาหกรรม ส่งผลให้มีการนำตัวรับส่งสัญญาณแสงแบบบูรณาการบนซิลิคอนมาใช้ในเชิงพาณิชย์ได้สำเร็จ โดยการรวมอุปกรณ์ทางแสง (ตัวปรับสัญญาณ ตัวตรวจจับ การกำหนดเส้นทาง) เข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบ CMOS ^{[ 49 ]}วงจรแบบบูรณา การโฟโตนิกส์ ที่ใช้แสง เช่น PACE (Photonic Arithmetic Computing Engine) ของ Lightelligenceก็กำลังได้รับการพัฒนาเช่นกัน โดยใช้สาขาฟิสิกส์ที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ที่เรียกว่าโฟโตนิกส์^{[ 50 ]}
• วงจรรวมกำลังได้รับการพัฒนาสำหรับ การใช้งาน เซ็นเซอร์ในอุปกรณ์ฝังทางการแพทย์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพ อื่นๆ ^{[ 51 ]}ต้องใช้เทคนิคการปิดผนึกพิเศษในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพดังกล่าวเพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนหรือการย่อยสลายทางชีวภาพของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่สัมผัส^{[ 52 ]}

ณ ปี 2018 ทรานซิสเตอร์ส่วนใหญ่เป็นMOSFETที่ผลิตขึ้นในชั้นเดียวบนด้านใดด้านหนึ่งของชิปซิลิคอนด้วยกระบวนการระนาบ สองมิติแบบเรียบ นักวิจัยได้สร้างต้นแบบของทางเลือกที่น่าสนใจหลายอย่าง เช่น:

• แนวทางต่างๆ ในการซ้อนทรานซิสเตอร์หลายชั้นเพื่อสร้างวงจรรวมสามมิติ (3DIC) เช่นvias ผ่านซิลิคอน "3D แบบโมโนลิธิก" ^{[ 53 ]}การเชื่อมต่อสายไฟแบบซ้อน^{[ 54 ]}และวิธีการอื่นๆ
• ทรานซิสเตอร์ที่สร้างจากวัสดุอื่นๆ: ทรานซิสเตอร์กราฟีน , ทรานซิสเตอร์โมลิบดีไนต์ , ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กนาโนทิวบ์คาร์บอน , ทรานซิสเตอร์ แกลเลียมไนไตรด์ , อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นาโนไวร์คล้ายทรานซิสเตอร์, ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กอินทรีย์เป็นต้น
• การสร้างทรานซิสเตอร์บนพื้นผิวทั้งหมดของทรงกลมซิลิคอนขนาดเล็ก^{[ 55 ] [ 56 ]}
• การดัดแปลงพื้นผิว โดยทั่วไปเพื่อสร้าง " ทรานซิสเตอร์แบบยืดหยุ่น " สำหรับจอแสดงผลแบบยืดหยุ่นหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น อื่นๆ ซึ่งอาจนำไปสู่ คอมพิวเตอร์ แบบเคลื่อนย้ายได้

เนื่องจากการผลิตทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ นั้นยากขึ้น บริษัทต่างๆ จึงใช้โมดูลหลายชิป / ชิปเล็ตวงจรรวมสามมิติ แพ็คเกจ บนแพ็คเกจหน่วยความจำแบนด์วิดท์สูงและvias ผ่านซิลิคอนพร้อมการวางซ้อนไดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดขนาด โดยไม่ต้องลดขนาดของทรานซิสเตอร์ เทคนิคเหล่านี้เรียกรวมกันว่าบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง^{[ 57 ]}บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นบรรจุภัณฑ์ 2.5D และ 3D บรรจุภัณฑ์ 2.5D อธิบายถึงวิธีการต่างๆ เช่น โมดูลหลายชิป ในขณะที่บรรจุภัณฑ์ 3D อธิบายถึงวิธีการที่ไดถูกวางซ้อนกันในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง เช่น แพ็คเกจบนแพ็คเกจและหน่วยความจำแบนด์วิดท์สูง วิธีการทั้งหมดเกี่ยวข้องกับได 2 ตัวขึ้นไปในแพ็คเกจเดียว^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}หรืออีกทางหนึ่ง วิธีการต่างๆ เช่น3D NANDจะวางซ้อนหลายชั้นบนไดเดียว มีการสาธิตเทคนิคที่รวมถึงการระบายความร้อนด้วยไมโครฟลูอิดิกบนวงจรรวม เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อน^{[ 63 ]}รวมถึงตัวระบายความร้อนเทอร์โมอิเล็กทริกเพลเทียร์บนบัมพ์บัดกรี หรือบัมพ์บัดกรีความร้อนที่ใช้เฉพาะสำหรับการกระจายความร้อน ซึ่งใช้ในฟลิปชิป^{[ 64 ] [ 65 ]}

ต้นทุนในการออกแบบและพัฒนาวงจรรวมที่ซับซ้อนนั้นค่อนข้างสูง โดยปกติแล้วจะมีมูลค่าหลายสิบล้านดอลลาร์^{[ 66 ] [ 67 ]}ดังนั้น การผลิตผลิตภัณฑ์วงจรรวมที่มีปริมาณการผลิตสูงจึงสมเหตุสมผลในเชิงเศรษฐกิจ เพื่อให้ ต้นทุน ด้านวิศวกรรมที่ไม่เกิดขึ้นซ้ำ (NRE) กระจายไปทั่วหน่วยการผลิตหลายล้านหน่วย

ชิปเซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่มีส่วนประกอบหลายพันล้านชิ้น และมีความซับซ้อนเกินกว่าจะออกแบบด้วยมือได้ เครื่องมือซอฟต์แวร์ที่ช่วยนักออกแบบจึงเป็นสิ่งจำเป็นระบบอัตโนมัติการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ (EDA) หรือที่เรียกว่าการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยทาง อิเล็กทรอนิกส์ (ECAD) ^{[ 68 ]}เป็นหมวดหมู่ของเครื่องมือซอฟต์แวร์สำหรับการออกแบบระบบอิเล็กทรอนิกส์รวมถึงวงจรรวม เครื่องมือเหล่านี้ทำงานร่วมกันในขั้นตอนการออกแบบที่วิศวกรใช้ในการออกแบบ ตรวจสอบ และวิเคราะห์ชิปเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด เครื่องมือ EDA รุ่นล่าสุดบางส่วนใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อช่วยวิศวกรประหยัดเวลาและปรับปรุงประสิทธิภาพของชิป

วงจรรวมสามารถจำแนกได้กว้างๆ เป็น^{อนาล็อก [} 69 ] ^{ดิจิทัล[} 70 ^{]และสัญญาณ}ผสม[ ^{71 ] ซึ่ง}ประกอบด้วยสัญญาณอนาล็อกและดิจิทัลบน IC เดียวกัน

วงจรรวมดิจิทัลสามารถบรรจุเกตตรรกะ ฟลิปฟลอป มัลติเพล็กเซอร์ และวงจรอื่นๆ ได้หลายพันล้าน[ 45 ] ตัวในพื้นที่เพียงไม่กี่ตารางมิลลิเมตร ขนาดเล็กของวงจรเหล่านี้ช่วยให้มีความเร็วสูง การใช้พลังงานต่ำ และต้นทุนการผลิตที่ลดลง^{เมื่อเทียบกับ}การรวมในระดับบอร์ด วงจรรวมดิจิทัลเหล่านี้ ซึ่งโดยทั่วไปคือไมโครโปรเซสเซอร์DSPและไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้พีชคณิตบูลีนในการประมวลผล สัญญาณ "หนึ่ง" และ "ศูนย์"

ในบรรดาวงจรรวมขั้นสูงที่สุดนั้น ได้แก่ไมโครโปรเซสเซอร์หรือ " แกนประมวลผล " ซึ่งใช้ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล โทรศัพท์มือถือ เป็นต้น แกนประมวลผลหลายตัวอาจถูกรวมเข้าด้วยกันในวงจรรวมหรือชิปเดียวชิปหน่วยความจำ ดิจิทัล และวงจรรวมเฉพาะงาน (ASIC) เป็นตัวอย่างของกลุ่มวงจรรวมอื่นๆ

ในช่วงทศวรรษ 1980 มีการพัฒนา อุปกรณ์ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้อุปกรณ์เหล่านี้มีวงจรที่มีฟังก์ชันเชิงตรรกะและการเชื่อมต่อที่ผู้ใช้สามารถตั้งโปรแกรมได้ แทนที่จะถูกกำหนดตายตัวโดยผู้ผลิตวงจรรวม ซึ่งทำให้ชิปสามารถตั้งโปรแกรมให้ทำงานต่างๆ ของ LSI ได้ เช่นเกตลอจิกตัวบวกและรีจิสเตอร์การตั้งโปรแกรมมีหลายรูปแบบ ได้แก่ อุปกรณ์ที่สามารถตั้งโปรแกรมได้เพียงครั้งเดียวอุปกรณ์ที่สามารถลบและตั้งโปรแกรมใหม่ได้โดยใช้แสง UVอุปกรณ์ที่สามารถ (ตั้งโปรแกรมใหม่) ได้โดยใช้หน่วยความจำแฟลชและอาร์เรย์เกตที่ตั้งโปรแกรมได้แบบฟิลด์ (FPGA) ซึ่งสามารถตั้งโปรแกรมได้ตลอดเวลา รวมถึงระหว่างการทำงาน FPGA ในปัจจุบัน (ณ ปี 2016) สามารถใช้งานได้เทียบเท่ากับเกตนับล้านตัวและทำงานที่ความถี่สูงถึง 1 GHz ^{[ 72 ]}

ไอซีอนาล็อก เช่นเซ็นเซอร์วงจรจัดการพลังงานและตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการ (op-amp) ประมวลผลสัญญาณต่อเนื่องและทำหน้าที่อนาล็อกต่างๆ เช่นการขยายสัญญาณการกรองสัญญาณแบบ แอคที ฟการถอดรหัสสัญญาณและการผสมสัญญาณ

IC สามารถรวมวงจรอนาล็อกและดิจิทัลไว้ในชิปเดียวกันเพื่อสร้างฟังก์ชันต่างๆ เช่นตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัลและตัวแปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อกวงจรผสมสัญญาณดังกล่าวมีขนาดเล็กกว่าและต้นทุนต่ำกว่า แต่ต้องคำนึงถึงการรบกวนของสัญญาณด้วย ก่อนช่วงปลายทศวรรษ 1990 วิทยุ ไม่สามารถผลิตได้ด้วยกระบวนการ CMOSต้นทุนต่ำแบบเดียวกับไมโครโปรเซสเซอร์ แต่ตั้งแต่ปี 1998 เป็นต้นมา ชิปวิทยุได้รับการพัฒนาโดยใช้ กระบวนการ RF CMOSตัวอย่างเช่น โทรศัพท์ไร้สาย DECT ของ Intel หรือ ชิป 802.11 ( Wi-Fi ) ที่สร้างโดยAtherosและบริษัทอื่นๆ^{[ 73 ]}

ผู้จัดจำหน่ายชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่มักแบ่งประเภทวงจรรวมออกเป็นหมวดหมู่ย่อยเพิ่มเติมดังนี้:

• ไอซีดิจิทัลแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ได้แก่ ไอซีลอจิก (เช่นไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ ), ชิปหน่วยความจำ (เช่นหน่วยความจำ MOSและ หน่วยความจำ แบบฟล็อมมิ่งเกต ), ไอซีอินเทอร์เฟซ ( ตัวเปลี่ยนระดับแรงดัน , ตัวแปลงอนุกรม/ตัวแยกอนุกรมฯลฯ), ไอซีจัดการพลังงานและอุปกรณ์ที่ตั้งโปรแกรมได้
• ไอซีอนาล็อกแบ่งออกเป็นวงจรรวมเชิงเส้นและวงจร RF ( วงจร ความถี่วิทยุ )
• วงจรรวมสัญญาณผสม (Mixed-signal integrated circuits)แบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ได้แก่วงจรรับข้อมูล (รวมถึง ตัวแปลง A/D , ตัวแปลง D/A , โพเทนชิโอมิเตอร์ดิจิทัล ), วงจรนาฬิกา/กำหนดเวลา , วงจร ตัวเก็บประจุแบบสวิตช์ (SC) และวงจรRF CMOS
• วงจรรวมสามมิติ (3D ICs) แบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ วงจร รวมแบบทะลุผ่านซิลิคอน (TSV ICs) และวงจรรวมแบบเชื่อมต่อด้วยทองแดง-ทองแดง (Cu-Cu connection ICs)

สารกึ่งตัวนำในตารางธาตุถูกระบุว่าเป็นวัสดุที่มีความเป็นไปได้มากที่สุดสำหรับหลอดสุญญากาศแบบโซลิดสเตทโดยเริ่มจากคอปเปอร์ออกไซด์ต่อด้วยเจอร์มาเนียมและซิลิคอนวัสดุเหล่านี้ได้รับการศึกษาอย่างเป็นระบบในช่วงทศวรรษ 1940 และ 1950 ปัจจุบันซิลิคอนผลึกเดี่ยว เป็น วัสดุพื้นฐานหลักที่ใช้สำหรับวงจรรวม (IC) แม้ว่าสารประกอบ III-V บางชนิดในตารางธาตุเช่นแกลเลียมอาร์เซไนด์จะถูกนำไปใช้ในงานเฉพาะทาง เช่นLEDเลเซอร์เซลล์แสงอาทิตย์และ วงจรรวมความเร็วสูง การพัฒนาวิธีการสร้าง ผลึกที่ มี ข้อบกพร่องน้อยที่สุด ใน โครงสร้าง ผลึกของวัสดุกึ่งตัวนำนั้นต้องใช้เวลาหลายทศวรรษ

ไอซี เซมิคอนดักเตอร์ผลิตขึ้นในกระบวนการแบบระนาบซึ่งประกอบด้วยขั้นตอนกระบวนการหลัก 3 ขั้นตอน ได้แก่ โฟโตลิโทกราฟี การตกตะกอน (เช่นการตกตะกอนไอสารเคมี ) และการกัดขั้นตอนกระบวนการหลักเหล่านี้เสริมด้วยการโดปและการทำความสะอาด ไอซีรุ่นใหม่หรือไอซีประสิทธิภาพสูงอาจใช้ ทรานซิสเตอร์ แบบหลายเกตFinFETหรือGAAFETแทนทรานซิสเตอร์แบบระนาบ โดยเริ่มตั้งแต่โหนด 22 นาโนเมตร (Intel) หรือโหนด 16/14 นาโนเมตร^{[ 74 ]}

แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว ถูกใช้ในงานส่วนใหญ่ (หรือสำหรับงานพิเศษ อาจใช้สารกึ่งตัวนำอื่นๆ เช่นแกลเลียมอาร์เซไนด์ ) แผ่นเวเฟอร์ไม่จำเป็นต้องเป็นซิลิคอนทั้งหมด กระบวนการ โฟโตลิโทกราฟีถูกใช้เพื่อทำเครื่องหมายบริเวณต่างๆ บนพื้นผิวที่จะทำการเจือสารหรือเพื่อทำการเคลือบโพลีซิลิคอน ฉนวน หรือโลหะ (โดยทั่วไปคืออะลูมิเนียมหรือทองแดง) สารเจือปนคือสิ่งเจือปนที่ถูกเติมเข้าไปในสารกึ่งตัวนำโดยเจตนาเพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ การเจือสารคือกระบวนการเพิ่มสารเจือปนเข้าไปในวัสดุสารกึ่งตัวนำ

• วงจรรวมประกอบด้วยชั้นที่ซ้อนทับกันหลายชั้น โดยแต่ละชั้นถูกกำหนดด้วยกระบวนการโฟโตลิโทกราฟี และโดยปกติจะแสดงด้วยสีที่แตกต่างกัน บางชั้นระบุตำแหน่งที่สารเจือปนต่างๆ ถูกแพร่เข้าไปในพื้นผิว (เรียกว่าชั้นการแพร่) บางชั้นกำหนดตำแหน่งที่ไอออนเพิ่มเติมถูกฝัง (ชั้นการฝัง) บางชั้นกำหนดตัวนำ (ชั้นโพลีซิลิคอนเจือปนหรือโลหะ) และบางชั้นกำหนดการเชื่อมต่อระหว่างชั้นนำไฟฟ้า (ชั้นเวียหรือชั้นสัมผัส) ส่วนประกอบทั้งหมดถูกสร้างขึ้นจากส่วนผสมเฉพาะของชั้นเหล่านี้
• ในกระบวนการCMOS ที่จัดเรียงตัวเอง ทรานซิสเตอร์จะถูกสร้างขึ้นทุกที่ที่ชั้นเกต (โพลีซิลิคอนหรือโลหะ) ตัดกับชั้นการแพร่กระจาย (เรียกว่า"เกตที่จัดเรียงตัวเอง" ) ^{[ 75 ] : หน้า 1 (ดูรูปที่ 1.1)}
• โครงสร้างแบบคาปาซิทีฟมีรูปร่างคล้ายกับแผ่นตัวนำขนานของตัวเก็บ ประจุไฟฟ้าแบบดั้งเดิม โดยถูกสร้างขึ้นตามพื้นที่ของ "แผ่น" โดยมีวัสดุฉนวนอยู่ระหว่างแผ่น คาปาซิเตอร์ที่มีขนาดหลากหลายนั้นพบได้ทั่วไปในวงจรรวม (IC)
• บางครั้งมีการใช้แถบคดเคี้ยวที่มีความยาวแตกต่างกันเพื่อสร้าง ตัวต้านทานบนชิปแม้ว่าวงจรลอจิก ส่วนใหญ่ จะไม่ต้องการตัวต้านทานใดๆ ก็ตาม อัตราส่วนของความยาวของโครงสร้างต้านทานต่อความกว้างของมัน เมื่อรวมกับค่าความต้านทานจำเพาะของแผ่น จะเป็นตัวกำหนดค่าความต้านทาน
• ในบางกรณีที่พบได้น้อยโครงสร้างแบบเหนี่ยวนำสามารถสร้างขึ้นได้ในรูปของขดลวดขนาดเล็กบนชิป หรือจำลองโดยใช้ไจเรเตอร์

เนื่องจากอุปกรณ์ CMOS ดึงกระแสไฟฟ้าเฉพาะในช่วงการเปลี่ยนสถานะตรรกะ เท่านั้น อุปกรณ์ CMOS จึงใช้กระแสไฟฟ้าน้อยกว่าอุปกรณ์ ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ มาก

หน่วยความจำเข้าถึงแบบสุ่ม (RAM) เป็นวงจรรวมแบบทั่วไปที่สุด วงจรรวมที่มีความหนาแน่นสูงสุดจึงเป็นหน่วยความจำ แม้แต่ไมโครโปรเซสเซอร์โดยทั่วไปก็มักจะมีหน่วยความจำในตัว (ดูโครงสร้างอาร์เรย์ทั่วไปที่ด้านล่างของภาพแรก) แม้ว่าโครงสร้างของอุปกรณ์จะมีความซับซ้อนสูงมาก โดยมีขนาดความกว้างของส่วนประกอบที่เล็กลงเรื่อยๆ มานานหลายทศวรรษ แต่ชั้นวัสดุยังคงบางกว่าขนาดด้านข้างของอุปกรณ์มาก ชั้นเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้กระบวนการที่คล้ายคลึงกับโฟโตลิโทกราฟีแต่ไม่สามารถใช้ แสงใน สเปกตรัมที่มองเห็นได้ สำหรับการสร้างลวดลาย เนื่องจากความยาวคลื่นมากเกินไป ดังนั้นจึงใช้ โฟตอนอัลตราไวโอเลต (UV) ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าในการฉายแสงแต่ละชั้น เนื่องจากส่วนประกอบมีขนาดเล็กมากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงเป็นเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับวิศวกรกระบวนการที่ทำงานเกี่ยวกับการแก้ไขข้อบกพร่องในกระบวนการผลิต

อุปกรณ์แต่ละชิ้นจะได้รับการทดสอบก่อนบรรจุภัณฑ์โดยใช้เครื่องมือทดสอบอัตโนมัติ (ATE) ในขั้นตอนที่เรียกว่าการทดสอบเวเฟอร์หรือการตรวจสอบเวเฟอร์ จากนั้นเวเฟอร์จะถูกตัดเป็นบล็อกสี่เหลี่ยมผืนผ้า ซึ่งแต่ละบล็อกเรียกว่าได ไดที่ใช้งานได้แต่ละอัน (พหูพจน์dice , diesหรือdie ) จะถูกเชื่อมต่อเข้ากับบรรจุภัณฑ์โดยใช้สายเชื่อมต่ออะลูมิเนียม (หรือทองคำ) ซึ่งยึดติดด้วยการเชื่อมแบบเทอร์โมโซ นิ ก^{[ 76 ]}การเชื่อมแบบเทอร์โมโซนิ ก ซึ่งริเริ่มโดย A. Coucoulas เป็นวิธีการที่เชื่อถือได้ในการสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างไดกับโลกภายนอก หลังจากบรรจุภัณฑ์แล้ว อุปกรณ์จะได้รับการทดสอบขั้นสุดท้ายบน ATE เดียวกันหรือคล้ายกันกับที่ใช้ระหว่างการตรวจสอบเวเฟอร์ นอกจากนี้ยัง สามารถใช้ การสแกน CT ทางอุตสาหกรรมสำหรับการตรวจสอบได้ ต้นทุนการทดสอบอาจคิดเป็นมากกว่า 25% ของต้นทุนการผลิตทั้งหมดสำหรับผลิตภัณฑ์ราคาต่ำ แต่ค่อนข้างน้อยมากสำหรับอุปกรณ์ที่มีผลผลิตต่ำ ขนาดใหญ่ หรือราคาสูง

ณ ปี 2022 โรงงานผลิต (โดยทั่วไปเรียกว่าโรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ) อาจมีค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างสูงถึง 12 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ^{[ 77 ]}ต้นทุนของโรงงานผลิตจะเพิ่มขึ้นตามกาลเวลาเนื่องจากความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของผลิตภัณฑ์ใหม่ ซึ่งเรียกว่ากฎของ Rockโรงงานดังกล่าวมีคุณสมบัติดังนี้:

• แผ่นเวเฟอร์มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 300 มิลลิเมตร (กว้างกว่าจานอาหาร ทั่วไป )
• ณ ปี 2022 มีทรานซิสเตอร์ขนาด 5 นาโนเมตรแล้ว
• การเชื่อมต่อด้วยทองแดงซึ่งใช้สายไฟทองแดงแทนสายไฟอะลูมิเนียมในการเชื่อมต่อ
• ฉนวนได อิเล็กทริกที่มีค่าคง ที่ไดอิเล็กทริกต่ำ (Low-κ dielectric insulators )
• ซิลิคอนบนฉนวน (SOI)
• ซิลิคอนที่ถูกดัดแปลงโครงสร้างด้วยกระบวนการที่IBM ใช้ ซึ่งเรียกว่าซิลิคอนที่ถูกดัดแปลงโครงสร้างด้วยกระบวนการสร้างโดยตรงบนฉนวน (SSDOI)
• อุปกรณ์มัลติเกตเช่น ทรานซิสเตอร์ไตรเกต

วงจรรวม (IC) สามารถผลิตได้ทั้งภายในบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์แบบครบวงจร (IDM) หรือใช้โมเดลโรงหล่อ (foundry model ) IDM คือบริษัทที่บูรณาการในแนวดิ่ง (เช่นIntelและSamsung ) ที่ออกแบบ ผลิต และจำหน่าย IC ของตนเอง และอาจให้บริการออกแบบและ/หรือการผลิต (foundry) แก่บริษัทอื่นๆ (โดยส่วนใหญ่มักให้บริการแก่บริษัทที่ไม่มีโรงงานผลิตเป็นของตนเอง ) ในโมเดลโรงหล่อ บริษัทที่ไม่มีโรงงานผลิตเป็นของตนเอง (เช่นNvidia ) จะออกแบบและจำหน่าย IC เท่านั้น และว่าจ้างโรงหล่อเฉพาะทาง เช่น TSMC ให้ผลิต IC ทั้งหมดโรงหล่อเหล่านี้อาจให้บริการออกแบบ IC ด้วย

วงจรรวมรุ่นแรกๆ ถูกบรรจุในแพ็คเกจแบบแบนที่ ทำจากเซรามิก ซึ่ง กองทัพยังคงใช้ต่อไปอีกหลายปีเนื่องจากความน่าเชื่อถือและขนาดกะทัดรัด บรรจุภัณฑ์เชิงพาณิชย์เปลี่ยนไปใช้แพ็คเกจแบบสองแถวเรียง (DIP) อย่างรวดเร็ว โดยเริ่มแรกทำจากเซรามิก ต่อมาทำจากพลาสติกซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นเรซินครีซอล - ฟอร์มาลดีไฮด์ - โนโว แล ค

ในช่วงทศวรรษ 1980 จำนวนขาของ วงจร VLSIเกินขีดจำกัดที่ใช้งานได้จริงของบรรจุภัณฑ์ DIP ทำให้มีการนำบรรจุ ภัณฑ์ แบบ Pin Grid Array (PGA) และLeadless Chip Carrier (LCC) มาใช้ เทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว (SMT) เกิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1980 และได้รับความนิยมในช่วงปลายทศวรรษ 1980 โดยมีระยะห่างระหว่างขาที่ละเอียดกว่า และใช้ขาที่ขึ้นรูปเป็นแบบปีกนกหรือแบบ J-lead ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไปคือ บรรจุภัณฑ์ วงจรรวมแบบโครงร่างขนาดเล็ก (SOIC) ซึ่งใช้พื้นที่บนแผงวงจรน้อยกว่า DIP ที่เทียบเท่ากันประมาณ 30-50% และโดยทั่วไปจะบางกว่า 70% โดยมีขาแบบปีกนกยื่นออกมาจากด้านยาวทั้งสองด้านด้วยระยะห่างระหว่างขามาตรฐาน 0.050 นิ้ว

ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 แพ็คเกจพลาสติกแบบแบนสี่ขา (PQFP) และแพ็คเกจแบบบางพิเศษ (TSOP) กลายเป็นรูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับอุปกรณ์ที่มีจำนวนขามาก แม้ว่าแพ็คเกจ PGA ยังคงมีการใช้งานสำหรับ ไมโครโปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงอยู่ก็ตาม

บรรจุภัณฑ์ แบบ Ball Grid Array (BGA) มีมาตั้งแต่ทศวรรษ 1970 ส่วน Flip-Chip BGA (FCBGA) ที่พัฒนาขึ้นในทศวรรษ 1990 นั้น ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อได้จำนวนขามากกว่าบรรจุภัณฑ์ประเภทอื่นๆ ใน FCBGA นั้น ตัวชิปจะถูกติดตั้งแบบกลับหัว และเชื่อมต่อกับลูกบอลของบรรจุภัณฑ์ผ่านแผ่นรองรับคล้ายกับแผ่นวงจรพิมพ์แทนที่จะใช้สายเชื่อมต่อ การออกแบบนี้ช่วยให้สามารถ กระจายการเชื่อมต่อ อินพุต/เอาต์พุต (I/O) ที่เรียกว่า Area-I/O ไปทั่วทั้งตัวชิป แทนที่จะจำกัดอยู่เฉพาะขอบ แม้ว่าอุปกรณ์ BGA จะไม่จำเป็นต้องใช้ซ็อกเก็ตเฉพาะ แต่ก็ยากต่อการเปลี่ยนหากเกิดความเสียหาย

Intel เปลี่ยนจาก PGA ไปเป็นland grid array (LGA) และ BGA ตั้งแต่ปี 2004 โดยซ็อกเก็ต PGA รุ่นสุดท้ายวางจำหน่ายในปี 2014 สำหรับแพลตฟอร์มมือถือ ณ ปี 2018 AMD ใช้แพ็คเกจ PGA ในโปรเซสเซอร์เดสก์ท็อปทั่วไป^{[ 79 ]}แพ็คเกจ BGA ในโปรเซสเซอร์มือถือ^{[ 80 ]}และไมโครโปรเซสเซอร์เดสก์ท็อปและเซิร์ฟเวอร์ระดับไฮเอนด์ใช้แพ็คเกจ LGA ^{[ 81 ]}

สัญญาณไฟฟ้าที่ออกจากชิปจะต้องผ่านวัสดุที่เชื่อมต่อชิปกับตัวบรรจุภัณฑ์ ผ่านเส้นทาง นำไฟฟ้า ในตัวบรรจุภัณฑ์ และผ่านขั้วต่อที่เชื่อมต่อตัวบรรจุภัณฑ์กับเส้นทางนำไฟฟ้าบนแผ่นวงจรพิมพ์วัสดุและโครงสร้างที่ใช้ในเส้นทางที่สัญญาณไฟฟ้าเหล่านี้ต้องเดินทางนั้นมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่แตกต่างกันมาก เมื่อเทียบกับวัสดุและโครงสร้างที่เดินทางไปยังส่วนต่างๆ ของชิปเดียวกัน ดังนั้นจึงต้องใช้เทคนิคการออกแบบพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณจะไม่ถูกรบกวน และต้องใช้พลังงานไฟฟ้ามากกว่าสัญญาณที่จำกัดอยู่ภายในชิปเองมาก

เมื่อนำชิปหลายตัวมาบรรจุไว้ในแพ็คเกจเดียวกัน ผลลัพธ์ที่ได้คือระบบในแพ็คเกจหรือย่อว่าSiP โมดูลหลายชิป (MCM) ถูกสร้างขึ้นโดยการรวมชิปหลายตัวไว้บนแผ่นรองพื้นขนาดเล็ก ซึ่งมักทำจากเซรามิก ความแตกต่างระหว่าง MCM ขนาดใหญ่กับแผงวงจรพิมพ์ขนาดเล็กนั้นบางครั้งก็ไม่ชัดเจน

วงจรไอซีแบบบรรจุภัณฑ์มักมีขนาดใหญ่พอที่จะมีข้อมูลระบุตัวตนอยู่ด้วย โดยทั่วไปจะมีสี่ส่วนหลัก ได้แก่ ชื่อหรือโลโก้ของผู้ผลิต หมายเลขชิ้นส่วน หมายเลขชุดการผลิตและหมายเลขซีเรียลและรหัสวันที่สี่หลักเพื่อระบุวันที่ผลิตชิป สำหรับชิ้น ส่วน เทคโนโลยีติดตั้งบนพื้นผิว ขนาดเล็กมาก มักจะมีเพียงหมายเลขที่ใช้ในตารางค้นหา ของผู้ผลิต เพื่อค้นหาคุณลักษณะของวงจรไอซีเท่านั้น

โดยทั่วไป วันที่ผลิตจะแสดงเป็นตัวเลขสองหลักของปี ตามด้วยตัวเลขสองหลักรหัสสัปดาห์ เช่น ชิ้นส่วนที่มีรหัส 8341 ผลิตในสัปดาห์ที่ 41 ของปี 1983 หรือประมาณเดือนตุลาคม ปี 1983

ความเป็นไปได้ในการคัดลอกโดยการถ่ายภาพแต่ละชั้นของวงจรรวมและเตรียมโฟโตมาสก์สำหรับการผลิตโดยอาศัยภาพถ่ายที่ได้รับนั้นเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้มีการออกกฎหมายเพื่อคุ้มครองการออกแบบเลย์เอาต์พระราชบัญญัติคุ้มครองชิปเซมิคอนดักเตอร์ของสหรัฐอเมริกาปี 1984ได้กำหนดให้มีการคุ้มครองทรัพย์สินทางปัญญาสำหรับโฟโตมาสก์ที่ใช้ในการผลิตวงจรรวม^{[ 82 ]}

การประชุมทางการทูตที่จัดขึ้นที่วอชิงตัน ดี.ซี. ในปี พ.ศ. 2532 ได้รับรองสนธิสัญญาว่าด้วยทรัพย์สินทางปัญญาเกี่ยวกับวงจรรวม^{[ 83 ]}ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าสนธิสัญญาวอชิงตันหรือสนธิสัญญา IPIC ปัจจุบันสนธิสัญญานี้ไม่มีผลบังคับใช้ แต่ได้รับการบูรณาการบางส่วนเข้ากับข้อตกลงTRIPS ^{[ 84 ]}

มีสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาหลายฉบับที่เกี่ยวข้องกับวงจรรวม ซึ่งรวมถึงสิทธิบัตรของJS Kilby ( US3,138,743 , US3,261,081 , US3,434,015 ) และของ RF Stewart ( US3,138,747 )

กฎหมายระดับชาติที่คุ้มครอง การออกแบบเค้าโครง IC ได้รับการนำมาใช้ในหลายประเทศ รวมถึงญี่ปุ่น^{[ 85 ]} EC [ ^{86 ]}สหราชอาณาจักร ออสเตรเลีย และเกาหลี สหราชอาณาจักรได้ออกกฎหมายลิขสิทธิ์ การออกแบบ และสิทธิบัตร พ.ศ. 2531 มาตรา 48 ข้อ 213 หลังจากที่ในตอนแรกได้ยึดถือจุดยืนว่ากฎหมายลิขสิทธิ์ของตนคุ้มครองโทโพกราฟีของชิปอย่างเต็มที่ ดู^British Leyland Motor Corp v Armstrong Patents Co.

คำวิจารณ์เกี่ยวกับความไม่เพียงพอของแนวทางลิขสิทธิ์ของสหราชอาณาจักรตามที่ อุตสาหกรรมชิปของสหรัฐอเมริการับรู้นั้นสรุปได้เป็นการพัฒนาเพิ่มเติมเกี่ยวกับสิทธิ์ในชิป^{[ 87 ]}

ออสเตรเลียได้ผ่านกฎหมาย Circuit Layouts Act 1989 ในรูปแบบการคุ้มครองชิปแบบsui generis ^{[ 88 ]}เกาหลีได้ผ่านกฎหมาย Act Concerning the Layout-Design of Semiconductor Integrated Circuitsในปี 1992 ^{[ 89 ]}

ในยุคแรกเริ่มของวงจรรวมแบบง่าย เทคโนโลยีขนาดใหญ่จำกัดให้แต่ละชิปมีทรานซิสเตอร์ เพียงไม่กี่ตัว และระดับการรวมวงจรที่ต่ำทำให้กระบวนการออกแบบค่อนข้างง่ายผลผลิตจากการผลิตก็ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับมาตรฐานในปัจจุบัน เมื่อ เทคโนโลยี โลหะออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ (MOS) พัฒนาขึ้น ขนาดของทรานซิสเตอร์แต่ละตัวก็เล็กลงอย่างรวดเร็ว ในช่วงทศวรรษ 1980 สามารถวางทรานซิสเตอร์ MOS ได้หลายล้านตัวบนชิปเดียว ^{[ 90 ]}และการออกแบบที่ดีต้องอาศัยการวางแผนอย่างละเอียดถี่ถ้วน ทำให้เกิดสาขาการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์อัตโนมัติหรือ EDA ชิป SSI และ MSI บางชนิด เช่นทรานซิสเตอร์แบบแยกชิ้นยังคงผลิตในปริมาณมาก ทั้งเพื่อบำรุงรักษาอุปกรณ์เก่าและสร้างอุปกรณ์ใหม่ที่ต้องการเกตเพียงไม่กี่ตัว ตัวอย่างเช่น ชิป TTL ซีรี ส์7400ได้กลายเป็นมาตรฐานโดยพฤตินัยและยังคงผลิตอยู่

วงจรรวมรุ่นแรกๆ ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์เพียงไม่กี่ตัว วงจรดิจิทัลยุคแรกๆ ที่มีทรานซิสเตอร์หลายสิบตัวให้เกตตรรกะเพียงไม่กี่ตัว และวงจรรวมเชิงเส้นยุคแรกๆ เช่นPlessey SL201 หรือPhilips TAA320 มีทรานซิสเตอร์เพียงสองตัวเท่านั้น จำนวนทรานซิสเตอร์ในวงจรรวมเพิ่มขึ้นอย่างมากนับตั้งแต่นั้นมา คำว่า "การรวมขนาดใหญ่" (LSI) ถูกใช้ครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ของ IBM ชื่อ Rolf Landauerเมื่ออธิบายแนวคิดทางทฤษฎี^{[ 93 ]}คำนี้ก่อให้เกิดคำว่า "การรวมขนาดเล็ก" (SSI) "การรวมขนาดกลาง" (MSI) "การรวมขนาดใหญ่มาก" (VLSI) และ "การรวมขนาดใหญ่พิเศษ" (ULSI) วงจรรวมยุคแรกๆ เป็น SSI

วงจร SSI มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อ โครงการ ด้านอวกาศ ในช่วงแรก และโครงการด้านอวกาศก็ช่วยกระตุ้นการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ ทั้งขีปนาวุธ Minutemanและโครงการ Apollo ต่าง ก็ต้องการคอมพิวเตอร์ดิจิทัลน้ำหนักเบาสำหรับระบบนำทางเฉื่อย แม้ว่าคอมพิวเตอร์นำทาง Apolloจะเป็นผู้นำและกระตุ้นเทคโนโลยีวงจรรวม^{[ 94 ]}แต่ขีปนาวุธ Minuteman ต่างหากที่บังคับให้มีการผลิตในปริมาณมาก โครงการขีปนาวุธ Minuteman และโครงการอื่นๆ ของ กองทัพเรือสหรัฐฯคิดเป็นมูลค่าตลาดวงจรรวมทั้งหมด 4 ล้านดอลลาร์ในปี 1962 และในปี 1968 การใช้จ่ายของรัฐบาลสหรัฐฯ ในด้านอวกาศและการป้องกันประเทศยังคงคิดเป็น 37% ของการผลิตทั้งหมด 312 ล้านดอลลาร์

ความต้องการของรัฐบาลสหรัฐฯ สนับสนุนตลาดวงจรรวมที่เพิ่งเริ่มต้น จนกระทั่งต้นทุนลดลงมากพอที่จะทำให้บริษัท IC สามารถเจาะ ตลาด อุตสาหกรรมและในที่สุดก็ เข้าสู่ตลาด ผู้บริโภคได้ราคาเฉลี่ยต่อวงจรรวมลดลงจาก 50 ดอลลาร์ในปี 1962 เหลือ 2.33 ดอลลาร์ในปี 1968 ^{[ 95 ]}วงจรรวมเริ่มปรากฏในผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคในช่วงต้นทศวรรษ 1970 การใช้งานทั่วไปอย่างหนึ่งคือ การประมวลผลเสียง FMระหว่างคลื่นพาหะในเครื่องรับโทรทัศน์

ชิป MOSรุ่นแรกถูกนำไปใช้เป็นชิปแบบรวมวงจรขนาดเล็ก (SSI) ^{[ 96 ]}หลังจากที่Mohamed M. Atallaเสนอ ชิป วงจรรวม MOSในปี 1960 ^{[ 97 ]}ชิป MOS ทดลองรุ่นแรกที่ถูกผลิตขึ้นคือชิป 16 ทรานซิสเตอร์ที่สร้างโดย Fred Heiman และ Steven Hofstein ที่RCAในปี 1962 ^{[ 36 ]}การใช้งานจริงครั้งแรกของชิป MOS SSI คือสำหรับดาวเทียม^ของ NASA [ ^{96 ]}

ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาวงจรรวมได้นำมาซึ่งอุปกรณ์ที่มีทรานซิสเตอร์หลายร้อยตัวบนชิปเดียว ซึ่งเรียกว่า "วงจรรวมขนาดกลาง" (MSI)

เทคโนโลยี การปรับขนาด MOSFETทำให้สามารถสร้างชิปที่มีความหนาแน่นสูงได้^{[ 31 ]}ภายในปี พ.ศ. 2507 ชิป MOS มีความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์ สูงกว่า และมีต้นทุนการผลิตต่ำกว่าชิปไบโพลาร์^{[ 38 ]}

ในปี พ.ศ. 2507 แฟรงค์ แวนลาส ได้ สาธิตรีจิสเตอร์เลื่อน 16 บิตแบบชิปเดียวที่เขาออกแบบ โดยใช้ทรานซิสเตอร์ MOS จำนวน 120 ตัว บนชิปเดียว ซึ่งนับว่าน่าทึ่งมากในขณะนั้น ^{[ 96 ] [ 98 ]}ในปีเดียวกันนั้นเจเนอรัล ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ได้เปิดตัวชิป วงจรรวม MOSเชิงพาณิชย์ตัวแรกซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์MOS แบบ p-channel จำนวน 120 ตัว ^{[ 37 ]} มันคือ รีจิสเตอร์เลื่อน 20 บิตที่พัฒนาโดยโรเบิร์ต นอร์แมน^{[ 36 ]}และแฟรงค์ แวนลาส^{[ 99 ] [ 100 ]}ชิป MOS มีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในอัตราที่คาดการณ์โดยกฎของมัวร์ ส่งผลให้ชิปมี MOSFETหลายร้อยตัวบนชิปเดียวในช่วงปลายทศวรรษ พ.ศ. 2503 ^{[ 38 ]}

การพัฒนาเพิ่มเติมซึ่งขับเคลื่อนโดยเทคโนโลยีการปรับขนาด MOSFET และปัจจัยทางเศรษฐกิจเดียวกัน นำไปสู่ ​​"การรวมวงจรขนาดใหญ่" (LSI) ในช่วงกลางทศวรรษ 1970 โดยมีทรานซิสเตอร์หลายหมื่นตัวต่อชิป^{[ 101 ]}

หน้ากากที่ใช้ในการประมวลผลและผลิตอุปกรณ์ SSI, MSI และ LSI และ VLSI รุ่นแรกๆ (เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์ในช่วงต้นทศวรรษ 1970) ส่วนใหญ่สร้างขึ้นด้วยมือ โดยมักใช้เทปRubylith หรือวัสดุที่คล้ายกัน ^{[ 102 ]}สำหรับ IC ขนาดใหญ่หรือซับซ้อน (เช่นหน่วยความจำหรือโปรเซสเซอร์ ) มักจะดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญที่ได้รับการว่าจ้างเป็นพิเศษซึ่งรับผิดชอบด้านการจัดวางวงจร โดยอยู่ภายใต้การดูแลของทีมวิศวกร ซึ่งจะร่วมกับนักออกแบบวงจรตรวจสอบและ ยืนยันความถูกต้องและความสมบูรณ์ของหน้ากากแต่ละอัน ด้วย

วงจรรวม เช่น แรม 1 กิโลบิต ชิปเครื่องคิดเลข และไมโครโปรเซสเซอร์รุ่นแรกๆ ที่เริ่มผลิตในปริมาณปานกลางในช่วงต้นทศวรรษ 1970 มีทรานซิสเตอร์ไม่ถึง 4,000 ตัว ส่วนวงจร LSI ที่แท้จริง ซึ่งมีทรานซิสเตอร์เกือบ 10,000 ตัว เริ่มผลิตขึ้นประมาณปี 1974 สำหรับหน่วยความจำหลักของคอมพิวเตอร์และไมโครโปรเซสเซอร์รุ่นที่สอง

"วงจรรวมขนาดใหญ่มาก" ( VLSI ) เป็นเทคโนโลยีที่เริ่มต้นด้วยทรานซิสเตอร์หลายแสนตัวในช่วงต้นทศวรรษ 1980 และในปี 2023 จำนวนทรานซิสเตอร์ สูงสุด ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนเกิน 5.3 ล้านล้านตัวต่อชิป

จำเป็นต้องมีการพัฒนาหลายอย่างเพื่อให้ได้ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นนี้ ผู้ผลิตได้เปลี่ยนไปใช้กฎการออกแบบMOSFET ที่มีขนาดเล็กลงและ โรงงานผลิตที่สะอาดขึ้นเส้นทางการปรับปรุงกระบวนการได้รับการสรุปโดยแผนงานเทคโนโลยีระหว่างประเทศสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ (ITRS) ซึ่งต่อมาได้ถูกแทนที่ด้วยแผนงานระหว่างประเทศสำหรับอุปกรณ์และระบบ (IRDS) เครื่องมือออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ ได้รับการปรับปรุง ทำให้สามารถออกแบบให้เสร็จได้ในเวลาที่เหมาะสม CMOSที่ประหยัดพลังงานมากกว่าได้เข้ามาแทนที่NMOSและPMOSเพื่อหลีกเลี่ยงการเพิ่มขึ้นของการใช้พลังงาน ที่สูงเกินไป ความซับซ้อนและความหนาแน่นของอุปกรณ์ VLSI สมัยใหม่ทำให้ไม่สามารถตรวจสอบมาสก์หรือออกแบบดั้งเดิมด้วยมือได้อีกต่อไป วิศวกรจึงใช้เครื่องมือEDA เพื่อทำการ ตรวจสอบการทำงาน ส่วนใหญ่แทน ^{[ 103 ]}

ในปี พ.ศ. 2529 ชิป หน่วยความจำเข้าถึงแบบสุ่ม (RAM) ขนาด 1 เมกะบิตได้รับการแนะนำ ซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์มากกว่าหนึ่งล้านตัว ชิปไมโครโปรเซสเซอร์มีจำนวนทรานซิสเตอร์เกินหนึ่งล้านตัวในปี พ.ศ. 2532 และเกินหนึ่งพันล้านตัวในปี พ.ศ. 2548 ^{[ 104 ]}แนวโน้มนี้ยังคงดำเนินต่อไปอย่างไม่หยุดยั้ง โดยชิปที่เปิดตัวในปี พ.ศ. 2550 มีจำนวนทรานซิสเตอร์หน่วยความจำหลายหมื่นล้านตัว^{[ 105 ]}

เพื่อสะท้อนถึงความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จึงมีการนำคำว่าULSI ("ultra-large-scale integration") มาใช้สำหรับชิปที่มีทรานซิสเตอร์มากกว่าหนึ่งล้านตัว^{[ 106 ]}การรวมวงจรระดับเวเฟอร์ (WSI) เป็นเทคนิคสำหรับการสร้างวงจรรวมขนาดใหญ่มากโดยใช้เวเฟอร์ซิลิคอนทั้งแผ่นเพื่อสร้าง "ซูเปอร์ชิป" เพียงชิ้นเดียว การรวมขนาดใหญ่เข้ากับบรรจุภัณฑ์ที่ลดลง ทำให้ WSI มีศักยภาพที่จะลดต้นทุนได้อย่างมากในบางแอปพลิเคชัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบขนานขนาดใหญ่ คำนี้มาจากVery-Large-Scale Integration (VLSI) ซึ่งแสดงถึงสถานะของเทคโนโลยีในขณะที่ WSI กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา^{[ 107 ] [ 108 ]}

ระบบบนชิป (SoC หรือ SOC) คือวงจรรวมที่ส่วนประกอบทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับคอมพิวเตอร์หรือระบบอื่นๆ ถูกรวมไว้ในชิปเดียว การออกแบบอุปกรณ์ดังกล่าวอาจซับซ้อนและมีราคาแพง และถึงแม้ว่าจะได้รับประโยชน์ด้านประสิทธิภาพจากการรวมส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมดไว้บนชิปเดียว แต่ต้นทุนในการขออนุญาตและการพัฒนาเครื่องจักรแบบชิปเดียวยังคงสูงกว่าการมีอุปกรณ์แยกต่างหาก ด้วยการขออนุญาตที่เหมาะสม ข้อเสียเหล่านี้จะถูกชดเชยด้วยต้นทุนการผลิตและการประกอบที่ต่ำลง และงบประมาณด้านพลังงานที่ลดลงอย่างมาก เนื่องจากสัญญาณระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ถูกเก็บไว้บนชิป จึงต้องการพลังงานน้อยลงมาก (ดู§ บรรจุภัณฑ์ ) ^{[ 109 ]}นอกจากนี้ แหล่งกำเนิดและปลายทางของสัญญาณยังอยู่ใกล้กันมากขึ้น บนชิป ทำให้ลดความยาวของสายไฟและ ลด ความหน่วงต้นทุนพลังงานในการส่งและความร้อนที่เกิดจากการสื่อสารระหว่างโมดูลบนชิปเดียวกัน สิ่งนี้ได้นำไปสู่การสำรวจอุปกรณ์ที่เรียกว่าเครือข่ายบนชิป (NoC) ซึ่งใช้ระเบียบวิธีออกแบบระบบบนชิปกับเครือข่ายการสื่อสารดิจิทัล แทนที่จะใช้สถาปัตยกรรม บัส แบบดั้งเดิม

วงจรรวมสามมิติ (3D-IC) มีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แอคทีฟสองชั้นขึ้นไปที่รวมเข้าด้วยกันทั้งในแนวตั้งและแนวนอนในวงจรเดียว การสื่อสารระหว่างชั้นต่างๆ ใช้การส่งสัญญาณบนชิป ดังนั้นการใช้พลังงานจึงต่ำกว่าวงจรแยกที่เทียบเท่ากันมาก การใช้สายไฟแนวตั้งสั้นๆ อย่างชาญฉลาดสามารถลดความยาวสายไฟโดยรวมลงได้อย่างมากเพื่อการทำงานที่เร็วขึ้น^{[ 110 ]}

เพื่อให้สามารถระบุตัวตนได้ในระหว่างการผลิตชิปซิลิคอน ส่วนใหญ่ จะมีหมายเลขประจำเครื่องอยู่ที่มุมใดมุมหนึ่ง นอกจากนี้ยังนิยมเพิ่มโลโก้ของผู้ผลิตด้วย นับตั้งแต่มีการสร้าง IC ขึ้นมา นักออกแบบชิปบางรายได้ใช้พื้นที่ผิวของซิลิคอนสำหรับภาพหรือคำพูดที่ไม่เกี่ยวข้องกับการทำงานโดยแอบแฝง การเพิ่มเติมเชิงศิลปะเหล่านี้ ซึ่งมักสร้างขึ้นด้วยความใส่ใจในรายละเอียดอย่างมาก แสดงให้เห็นถึงความคิดสร้างสรรค์ของนักออกแบบและเพิ่มบุคลิกให้กับส่วนประกอบที่มีประโยชน์ใช้สอยโดยทั่วไป บางครั้งสิ่งเหล่านี้เรียกว่าศิลปะบนชิปศิลปะบนซิลิคอน กราฟฟิตีบนซิลิคอน หรือการวาดเล่นบนซิลิคอน^{[ 111 ]}

• ไอซีตัวจับเวลา 555
• แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ
• วงจรรวมซีรีส์ 7400
• วงจรรวมแบบ CMOS ซีรีส์ 4000ซึ่งเป็นวงจรรวมแบบ CMOS ที่เทียบเท่ากับซีรีส์ 7400 (ดูเพิ่มเติม: ซีรีส์ 74HC00 )
• Intel 4004 ซึ่งโดยทั่วไปถือว่าเป็น ไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์เป็นต้นกำเนิดของ 8008, ซีพียู8080 ที่มีชื่อเสียง, 8086, 8088 (ที่ใช้ในIBM PC รุ่นแรก) และ 80286 , 80386/i386, i486เป็นต้นซึ่งสามารถใช้งานร่วมกับ 8088/8086 ได้อย่างสมบูรณ์
• ไมโครโปรเซสเซอร์ MOS Technology 6502และZilog Z80ซึ่งใช้ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล จำนวนมาก ในช่วงต้นทศวรรษ 1980
• ชิปประมวลผลคอมพิวเตอร์ตระกูล Motorola 6800 ซึ่งพัฒนาต่อยอดเป็นตระกูล68000 และ 88000 (ตระกูล 68000 ประสบความสำเร็จอย่างมากและถูกนำไปใช้ในคอมพิวเตอร์ตระกูล Apple Lisa และ Macintosh ก่อนยุค PowerPC, Commodore Amiga , Atari ST/TT/Falcon030 และ NeXT รวมถึงเวิร์กสเตชันและเซิร์ฟเวอร์หลายรุ่นจากผู้ผลิตหลายรายในยุค 80 ตลอดจนระบบและอุปกรณ์อื่นๆ อีกมากมาย)
• วงจรรวมอนาล็อกซีรีส์ LM

• หน่วยประมวลผลกลาง
• ตัวนำชิป
• CHIPS และกฎหมายวิทยาศาสตร์
• ชิปเซ็ต
• วิธี Czochralski
• ซิลิคอนสีเข้ม
• การฝังไอออน
• ตรรกะการฉีดแบบบูรณาการ
• อุปกรณ์พาสซีฟแบบบูรณาการ
• ปัญหาคอขวดของการเชื่อมต่อ
• การเกิดความร้อนในวงจรรวม
• อายุการใช้งานในอุณหภูมิสูง
• ไมโครอิเล็กทรอนิกส์
• วงจรรวมไมโครเวฟแบบโมโนลิธิก
• CMOS หลายเกณฑ์
• ซิลิคอน-เจอร์มาเนียม
• ชิปเสียง
• เครื่องเทศ
• การจำลองความร้อนสำหรับวงจรรวม
• ไฮบร็อต

• Veendrick, HJM (2025). วงจร CMOS ระดับนาโนเมตร ตั้งแต่พื้นฐานจนถึง ASIC . Springer. ISBN 978-3-031-64248-7. OCLC  1463505655 .
• Baker, R.bJ. (2010). CMOS: การออกแบบวงจร การจัดวาง และการจำลอง (ฉบับที่ 3). Wiley-IEEE. ISBN 978-0-470-88132-3. OCLC  699889340 .
• มาร์ช, สตีเฟน พี. (2006). การออกแบบ MMIC เชิงปฏิบัติ . อาร์เทค เฮาส์. ISBN 978-1-59693-036-0. OCLC  1261968369 .
• Camenzind, Hans (2005). การออกแบบชิปอนาล็อก (PDF) . Virtual Bookworm. ISBN 978-1-58939-718-7. OCLC  926613209 . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 12 มิถุนายน 2017 ฮันส์ คาเมนซินด์เป็นผู้ประดิษฐ์นาฬิกาจับเวลา 555
• Hodges, David; Jackson, Horace; Saleh, Resve (2003). การวิเคราะห์และการออกแบบวงจรรวมดิจิทัล . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-228365-5. OCLC  840380650 .
• Rabaey, JM; Chandrakasan, A.; Nikolic, B. (2003). วงจรรวมดิจิทัล (ฉบับที่ 2). Pearson. ISBN 978-0-13-090996-1. OCLC  893541089 .
• Mead, Carver; Conway, Lynn (1991). บทนำสู่ระบบ VLSI . Addison Wesley. ISBN 978-0-201-04358-7. OCLC  634332043 .

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับวงจรรวม (Integrated circuits )

• วงจรรวมแบบโมโนลิธิกตัวแรก
• แผนภูมิขนาดใหญ่ที่แสดงรายการไอซีตามหมายเลขทั่วไปรวมถึงการเข้าถึงเอกสารข้อมูลทางเทคนิคของชิ้นส่วนส่วนใหญ่
• ประวัติความเป็นมาของวงจรรวม