Geïntegreerde stroombane: wat is dit, verskille met gedrukte stroombane en meer

Die geïntegreerde stroombane, skyfies, mikroskyfies, IC (Integrated Circuit) of CI (Integrated Circuit), of wat jy hulle ook al wil noem, dit is 'n tipe elektroniese stroombane wat die bevordering van tegnologie tot huidige vlakke moontlik gemaak het. Sonder hierdie uitvinding sou rekenaars en telekommunikasie waarskynlik nie wees wat dit is nie, en elektroniese en elektriese toestelle sou baie anders wees.

Ten spyte van hul klein grootte, en dat hulle oral is, skuil hierdie geïntegreerde stroombane groot verrassings om te ontdek. Hier kan jy baie meer hieroor leer Elektroniese komponente...

Wat is geïntegreerde stroombane?

Die geïntegreerde stroombane is pads van 'n halfgeleier ingekapsuleer en 'n aangetekende elektroniese stroombaan bevat. Afhangende van die logikafamilie waaraan hulle behoort, sal hierdie stroombane uit verskillende geminiaturiseerde elektroniese komponente bestaan. Dit kan byvoorbeeld diodes, transistors, resistors, kapasitors, ens.

Danksy hulle was dit moontlik om te ontwikkel moderne elektronika en begin 'n nuwe era gegewe die groot integrasie wat hulle toelaat. Trouens, sommige van vandag se mees gevorderde skyfies kan tot miljarde transistors integreer in 'n matrys wat net 'n paar millimeter vierkant is.

Geskiedenis van skyfies

Aanvanklik het elektronika grof begin gebruik vakuumkleppe soortgelyk aan konvensionele gloeilampe. Hierdie kleppe was groot, baie ondoeltreffend, hulle het nogal warm geword, en hulle het maklik gebreek, so dit was nodig om die geblaasde te vervang sodat die rekenaars en ander toerusting wat hulle gehad het, aanhou werk het.

En 1947 sou die uitvinding van die transistor kom, 'n stuk wat die ou kleppe sou vervang en wat ook elektronika 'n rewolusie sou veroorsaak. Danksy hom was dit moontlik om 'n vastestoftoestel te hê, baie meer bestand, doeltreffend en vinniger as kleppe. Sommige het egter gedink dat hulle verskeie van hierdie elemente in 'n enkele silikonskyfie kan integreer. Dit is hoe die eerste geïntegreerde stroombane in die geskiedenis geskep is.

Met verloop van tyd het vastestof-elektronika ontwikkel en die grootte van komponente verminder, asook koste verlaag. In die laat 50's het 'n Texas Instruments-uitvinder genoem Jack Kilby, het dit by hom opgekom om 'n halfgeleierskyfie en 'n paar bedrading te skep wat die verskillende dele verweef het. Dit het die eerste skyfie in die geskiedenis geword, en hy sou voortgaan om die Nobelprys daarvoor te wen.

Byna parallel, robert noyceDestyds, 'n werknemer van Fairchild Semiconductor (later een van die stigters van Intel), het hy ook 'n soortgelyke toestel ontwikkel, maar met groot voordele bo Kilby's. Noyce het die idee geskep wat plek sou maak vir vandag se geïntegreerde stroombane. Hierdie tegnologie is planêr genoem, en dit het voordele bo Kilby se mesa-tegnologie gehad.

Sedertdien het dit nie opgehou nie die evolusie en verbetering van hierdie komponente. Koste het gedaal, asook brandstofverbruik en grootte, terwyl werkverrigting en werkverrigting dramaties verbeter het. Geen ander sektor het so ontwikkel nie, en geen ander sektor het so 'n groot impak op die mensdom gehad nie ...

Hoe word hulle gemaak?

Die prosedure van vervaardiging van geïntegreerde stroombane dit is uiters kompleks. Soos gesien in die video, kan dit egter in 'n paar eenvoudiger stappe opgesom word sodat mense kan verstaan ​​hoe dit gedoen word.

Hier sal ek probeer som die ontwerpstappe op die beste moontlike, sonder om te diep te gaan, aangesien dit vir duisende artikels sou gee:

1. Wees deel van 'n behoefte, 'n toepassing waarvoor jy 'n elektroniese stroombaan moet skep.
2. 'n Ontwerpspan is in beheer daarvan om die eienskappe en spesifikasies wat die skyfie moet hê, uiteen te sit.
3. Dan sal die ontwerp logiese hekke en ander geheue-elemente, ens. begin gebruik totdat 'n logiese ontwerp bereik word wat die funksie ontwikkel waarvoor hierdie skyfie ontwerp is.
4. Hierna sal dit deur 'n reeks stappe gaan waartussen toetse en simulasies uitgevoer word om te bepaal dat dit op 'n logiese vlak reg werk, en selfs toetsskyfies word vervaardig om te sien of hulle dit fisies doen.
5. Sodra die ontwerpfase voltooi is, word 'n reeks maskers vir vervaardiging geskep uit die uitleg van die ontwerpte stroombaan. ’n Patroon is daarop gegraveer sodat dit op die silikon gegraveer kan word.
6. Hierdie patroon word deur die gietery of fabriek gebruik om die geïntegreerde stroombane in 'n halfgeleierwafer te skep. Hierdie wafers bevat gewoonlik tot 200 of 300 skyfies in sommige gevalle.

Dit is so ver as die ontwerp stadium, vanaf die vervaardigingskant, ons het:

1. Die silikonmineraal word uit sand of kwarts verkry.
2. Sodra dit verfyn is om ultra-suiwer te wees, of EGS (Electronic-Grade Silicon), met 'n vlak van suiwerheid hoër as die silikon wat in ander industrieë gebruik word.
3. Hierdie EGS kom in die vorm van stukke by die gietery aan, waar dit in 'n smeltkroes gesmelt word en deur 'n saadkristal dit laat groei volgens die Czochralski-metode. Sodat dit maklik is om te verstaan, is dit soortgelyk aan hoe die tipiese suikerspin by kermisse gemaak word, stel jy die stok (saadkristal) voor en die katoen (gesmelte silikon) plak en vermeerder in volume.
4. Aan die einde van daardie stap is die resultaat 'n ingot, 'n groot stuk monokristallyne silikonkristal in die vorm van 'n silinder. Hierdie staaf word in baie dun skyfies gesny.
5. Hierdie wafels gaan deur 'n reeks prosesse om die oppervlak te poets sodat dit onbesoedel bly vir die begin van produksie.
6. Daarna sal hierdie wafers deur verskeie herhalende prosesse gaan om die skyfies daarop te skep. Hierdie prosesse is van 'n fisies-chemiese tipe, soos fotolitografie, ets of ets, epitaksiale groei, oksidasie, ioon-inplanting, ens.
7. Die finale idee is om elektroniese komponente, gewoonlik transistors, op die wafelsubstraat te skep, en dan lae by te voeg om die komponente met mekaar te verbind om logiese hekke in die onderste laag te vorm, dan in die volgende lae word hierdie hekke verbind om elementêre eenhede te vorm (optellers, registers, ...), in die volgende lae funksionele eenhede (geheue, ALU, FPU, ...), en uiteindelik is almal onderling verbind om die volledige stroombaan te skep, byvoorbeeld 'n SVE. Op 'n gevorderde skyfie kan daar tot 20 lae wees.
8. Na al hierdie prosesse, wat 'n paar maande kan neem om te voltooi, sal honderde gelyke stroombane vir elke wafer verkry word. Die volgende ding is om hulle te toets en te sny, dit wil sê, verdeel hulle in individuele silikonskyfies.
9. Noudat hulle los matryse is, gaan ons voort om in te kap (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...) waar die skyfie beskerm word en die pads is verbind, wat geleidende spore op die oppervlak is, met die penne van die geïntegreerde stroombaan. .

Klaarblyklik, nie alle geïntegreerde stroombane is dieselfde nie. Hier het ek gepraat oor funksionele eenhede en meer komplekse dinge soos 'n SVE, maar daar is ook baie eenvoudige stroombane soos 'n 555 timer of 'n IC met 4 logiese hekke wat uiters eenvoudig is. Hulle sal slegs 'n paar dosyn komponente hê en sal gekoppel word aan een of 'n paar lae metaalverbindings ...

Tipes IC's

Daar is nie net een tipe nie, maar verskeie tipes geïntegreerde stroombane. Die mees prominente wat jy kan vind is:

• Digitale geïntegreerde stroombane: hulle is baie gewild en word in baie moderne toestelle gebruik, van rekenaars tot mobiele toestelle, slim-TV's, ens. Hulle word gekenmerk deur werk gebaseer op die digitale stelsel, dit wil sê, met 0 en 1, met 0 wat 'n lae spanning sein en 1 is 'n hoë sein. Dit is hoe hulle inligting kodeer en werk. Voorbeelde kan PLC's, FPGA's, herinneringe, SVE, GPU, MCU, ens.
• Analoog: in plaas daarvan om op binêre seine gebaseer te wees, is dit in hierdie geval deurlopende seine veranderlikes in spanning. Danksy dit kan hulle take soos filtering, seinuitbreiding, demodulasie, modulasie, ens. Natuurlik werk baie stelsels met beide analoog en digitale stroombane, wat gebruik maak van AD / DA-omskakelaars. Hulle kan in twee groot groepe verdeel word, lineêre geïntegreerde stroombane en radiofrekwensie (RF). Voorbeelde kan 'n skyfie vir oudiofiltrering, klankversterkers, emissie- of ontvangstelsels vir elektromagnetiese golwe, sensors, ens.
• Gemengde sein IC's: soos die naam aandui, is hulle 'n mengsel van beide. Sommige voorbeelde kan die analoog-digitale of digitaal-analoog-omsetters self wees, sekere skyfies vir horlosies, timers, enkodeerders/dekodeerders, ens.

Verskille met gedrukte stroombane

Geïntegreerde stroombane moet nie met gedrukte stroombane verwar word nie. Hulle is albei verskillende dinge. Terwyl eersgenoemde na mikroskyfies verwys, soos jy gesien het, gedrukte stroombane, of PCBHulle is 'n ander soort elektroniese stroombane wat op groter plate gedruk word.

die verskille mees noemenswaardige is:

• Gedrukte stroombane: hulle bestaan ​​uit 'n plaat wat 'n patroon van geleidende lyne het, soos koperspore om die verskillende ingevoegde komponente (kapasitors, transistors, resistors, mikroskyfies, ...) te verbind, gesoldeer deur tinsoldeer, benewens 'n diëlektrikum materiaal (substraat) wat die lae van verbindingsverbindings skei. Hulle het ook tipies deurgate, of vias, vir nie-oppervlakte-montering (SMD) komponente. Aan die ander kant het hulle gewoonlik 'n legende, 'n reeks merke, letters en syfers om die komponente te identifiseer en instandhouding te vergemaklik. Om koper, wat maklik oksideer, te beskerm, het hulle gewoonlik 'n oppervlakbehandeling. En, anders as geïntegreerde stroombane, kan hulle herstel word, deur beskadigde komponente te vervang of tussenverbindings te herstel.
• Geïntegreerde stroombaneHulle is baie klein in grootte, vaste toestand, en het lae koste van massaproduksie. Anders as 'n PCB, kan dit nie herstel word nie, aangesien hul komponente en verbindings so uiters klein is dat dit onmoontlik is.

Nie geïntegreerde stroombane is plaasvervangers vir gedrukte stroombane nie en ook nie omgekeerd nie. Albei het hul gebruike en in die meeste gevalle gaan dit saam in praktiese toepassings ...

Mees gewilde geïntegreerde stroombane

 

Ten slotte is daar 'n menigte van baie gewilde geïntegreerde stroombane werknemers vir elektroniese projekte, soos dié van logiese hekke. Hulle is goedkoop en kan maklik gevind word in winkels soos Amazon of gespesialiseerde elektronika. Hier is byvoorbeeld 'n paar van die gewildste:

• 75 gewilde IC's-stel van Interstellar Electronics
• DealMux-stel met 40 NAND-tipe logiese hek TTL-skyfies.
• 10 IC's van die gewilde NE555 timer.
• Shift register kit.