Інтэгральныя схемы: якія яны, адрозненні ад друкаваных і многае іншае

Л інтэгральныя схемы, чыпы, мікрачыпы, IC (Integrated Circuit) або CI (Integrated Circuit), ці як вы хочаце іх назваць, яны з'яўляюцца тыпам электронных схем, якія зрабілі магчымым прасоўванне тэхналогій да сучаснага ўзроўню. Без гэтага вынаходніцтва вылічальная тэхніка і тэлекамунікацыі, верагодна, не былі б тым, што яны ёсць, а электронныя і электрычныя прылады былі б вельмі іншымі.

Нягледзячы на ​​​​маленькі памер і тое, што яны ёсць паўсюль, гэтыя інтэгральныя схемы хаваюцца вялікія сюрпрызы, каб адкрыць. Тут вы можаце даведацца пра іх значна больш Электронныя кампаненты...

Што такое інтэгральныя схемы?

Л інтэгральныя схемы ўяўляюць сабой пракладкі з паўправадніка інкапсуляваны і змяшчае запісаную электронную схему. У залежнасці ад лагічнага сямейства, да якога яны належаць, гэтыя схемы будуць складацца з розных мініяцюрных электронных кампанентаў. Напрыклад, гэта могуць быць дыёды, транзістары, рэзістары, кандэнсатары і г.д.

Дзякуючы ім атрымалася развівацца сучасная электроніка і пачаць новую эру, улічваючы вялікую інтэграцыю, якую яны дазваляюць. На самай справе, некаторыя з самых сучасных чыпаў могуць аб'ядноўваць да мільярдаў транзістараў у кристале плошчай усяго некалькі квадратных міліметраў.

Гісторыя чыпсаў

Спачатку электроніку пачалі выкарыстоўваць грубыя вакуумныя клапаны падобныя на звычайныя лямпачкі. Гэтыя клапаны былі вялікімі, вельмі неэфектыўнымі, яны моцна награваліся, і яны лёгка ламаліся, таму прыйшлося замяніць падарваныя, каб кампутары і іншае абсталяванне, на якім яны былі, працавалі.

En У 1947 годзе прыйдзе вынаходства транзістара, кавалак, які заменіць старыя клапаны, а таксама здзейсніць рэвалюцыю ў электроніцы. Дзякуючы яму можна было мець цвёрдацельны апарат, значна больш устойлівы, эфектыўны і хутчэйшы, чым клапаны. Аднак некаторыя думалі, што яны могуць аб'яднаць некалькі з гэтых элементаў у адзін крэмніевы чып. Так былі створаны першыя ў гісторыі інтэгральныя схемы.

З часам цвёрдацельная электроніка развівалася і памяншала памер кампанентаў, а таксама зніжала выдаткі. У канцы 50-х гадоў вынаходнік Texas Instruments наз Джэк Кілбі, яму прыйшло ў галаву стварыць паўправадніковы чып і некалькі праводак, якія перапляталі розныя часткі. Гэта стала першай фішкай у гісторыі, і ён атрымае за яе Нобелеўскую прэмію.

Амаль паралельна, Роберт НойсУ той час, супрацоўнік Fairchild Semiconductor (пазней адзін з заснавальнікаў Intel), ён таксама распрацаваў падобную прыладу, але з вялікімі перавагамі перад Kilby's. Нойс стварыў ідэю, якая саступіла б месца сучасным інтэгральным схемам. Гэтая тэхналогія называлася планарнай, і яна мела перавагі перад тэхналогіяй меза Кілбі.

З таго часу гэта не спыняецца эвалюцыя і паляпшэнне гэтых кампанентаў. Выдаткі ўпалі, як і эканомія паліва і памер, а прадукцыйнасць і прадукцыйнасць рэзка палепшыліся. Ні адзін іншы сектар не развіваўся так моцна, і ні адзін іншы сектар не меў такога вялікага ўплыву на чалавецтва ...

Як яны зроблены?

Працэдура вытворчасць інтэгральных схем гэта надзвычай складана. Аднак, як відаць на відэа, яго можна абагульніць у некалькі больш простых крокаў, каб людзі маглі зразумець, як гэта робіцца.

Вось я паспрабую падсумаваць этапы праектавання найлепшы з магчымых, не ўдаючыся занадта глыбока, так як гэта дало б для тысяч артыкулаў:

1. Будзьце часткай патрэбы, прыкладання, для якога вам трэба стварыць электронную схему.
2. Каманда дызайнераў адказвае за вызначэнне характарыстык і тэхнічных характарыстык, якія павінен мець чып.
3. Затым канструкцыя пачне выкарыстоўваць лагічныя вентилі і іншыя элементы памяці і г.д., пакуль не будзе дасягнута лагічная канструкцыя, якая развівае функцыю, для якой прызначаны гэты чып.
4. Пасля гэтага ён пройдзе праз шэраг этапаў, паміж якімі праводзяцца тэсты і мадэляванне, каб вызначыць, што ён правільна працуе на лагічным узроўні, і нават вырабляюцца тэставыя чыпы, каб праверыць, ці робяць яны гэта фізічна.
5. Пасля таго, як этап праектавання завершаны, на аснове макета спраектаванай схемы ствараецца серыя масак для вырабу. На іх выгравіраваны ўзор, каб яго можна было выгравіраваць на крэмніі.
6. Гэты шаблон выкарыстоўваецца на ліцейным цэху або фабрыцы для стварэння інтэгральных схем у паўправадніковых пласцінах. Гэтыя пласціны звычайна ўтрымліваюць да 200 або 300 чыпсаў у некаторых выпадках.

Гэта да стадыі праектавання, ад вытворчы бокМы маем:

1. Мінерал крэмнія атрымліваюць з пяску або кварца.
2. Пасля таго, як ён будзе ачышчаны, ён стане звышчыстым, або EGS (Крэмній электроннага класа), з узроўнем чысціні вышэй, чым крэмній, які выкарыстоўваецца ў іншых галінах прамысловасці.
3. Гэты EGS паступае ў выглядзе кавалкаў на ліцейны цэх, дзе яго плавяць у тыглі і праз затравочную крышталь вырошчваюць па метадзе Чохральскага. Каб было лёгка зразумець, падобна на тое, як вырабляюць тыповую салодкую вату на кірмашах, вы ўводзіце палачкі (затравочны крышталь) і ватовыя (расплаўлены крэмній) палачкі і павялічваецца ў аб’ёме.
4. У канцы гэтага кроку ў выніку атрымліваецца злітак, вялікі кавалак крышталя монакрышталічнага крэмнія ў форме цыліндру. Гэты брусок рэжам на вельмі тонкія пласціны.
5. Гэтыя пласціны праходзяць шэраг працэсаў для паліроўкі паверхні, каб яны заставаліся незабруджанымі да пачатку вытворчасці.
6. Затым гэтыя пласціны будуць праходзіць некалькі паўтаральных працэсаў, каб стварыць на іх чыпсы. Гэтыя працэсы фізіка-хімічнага тыпу, напрыклад, фоталітаграфія, тручэнне або тручэнне, эпитаксиальный рост, акісленне, іённая імплантацыя і інш.
7. Канчатковая ідэя складаецца ў тым, каб стварыць электронныя кампаненты, звычайна транзістары, на падкладцы пласціны, а затым дадаць пласты для ўзаемадзеяння гэтых кампанентаў, каб сфармаваць лагічныя вароты ў самым ніжнім узроўні, затым у наступных пластах гэтыя вароты злучаюцца, каб утвараць элементарныя блокі (суматоры, рэгістры, ...), у наступных узроўнях функцыянальныя блокі (памяць, ALU, FPU, ...), і, нарэшце, усе яны злучаюцца паміж сабой, каб стварыць поўную схему, напрыклад, CPU. На прасунутым чыпе можа быць да 20 слаёў.
8. Пасля ўсіх гэтых працэсаў, для завяршэння якіх можа спатрэбіцца некалькі месяцаў, для кожнай пласціны атрымаюцца сотні роўных контураў. Наступнае - праверыць і разрэзаць іх, гэта значыць падзяліць на асобныя крамянёвыя чыпы.
9. Цяпер, калі яны знаходзяцца ў свабодных плашчах, мы прыступаем да інкапсуляцыі (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...), дзе чып абаронены і калодкі злучаны, якія ўяўляюць сабой токаправодныя дарожкі на паверхні, з кантактамі інтэгральнай схемы. .

Відавочна, не ўсе інтэгральныя схемы аднолькавыя. Тут я казаў пра функцыянальныя блокі і больш складаныя рэчы, такія як CPU, але ёсць і вельмі простыя схемы, такія як таймер 555 або мікрасхема з 4 лагічнымі варотамі, якія вельмі простыя. Яны будуць мець усяго некалькі дзесяткаў кампанентаў і будуць злучаныя адным або некалькімі пластамі металічных злучэнняў ...

Віды ІМС

Існуе не толькі адзін тып, а некалькі тыпы інтэгральных схем. Найбольш вядомыя з іх, якія вы можаце знайсці:

• Лічбавыя інтэгральныя схемы: яны даволі папулярныя і выкарыстоўваюцца ў многіх сучасных прыладах, ад кампутараў да мабільных прылад, Smart TV і г.д. Яны характарызуюцца тым, што працуюць на аснове лічбавай сістэмы, гэта значыць з 0 і 1, прычым 0 - гэта сігнал нізкага напружання, а 1 - высокі сігнал. Вось як яны кадуюць інфармацыю і дзейнічаюць. Прыкладамі могуць быць ПЛК, FPGA, памяці, CPU, GPU, MCU і г.д.
• Аналагавы: замест таго, каб быць заснаваны на двайковых сігналах, у гэтым выпадку яны з'яўляюцца бесперапыннымі сігналамі зменныя ў напрузе. Дзякуючы гэтаму яны могуць выконваць такія задачы, як фільтраванне, пашырэнне сігналу, дэмадуляцыя, мадуляцыя і г.д. Вядома, многія сістэмы працуюць як з аналагавымі, так і з лічбавымі схемамі, выкарыстоўваючы іх AD/DA канвертары. Іх можна падзяліць на дзве вялікія групы, лінейныя інтэгральныя схемы і радыёчастотныя (РЧ). Прыкладамі могуць быць чып для фільтрацыі гуку, узмацняльнікі гуку, сістэмы выпраменьвання або прыёму электрамагнітных хваль, датчыкі і г.д.
• ІМС змешанага сігналу: як вынікае з назвы, яны ўяўляюць сабой сумесь абодвух. Некаторымі прыкладамі могуць быць самі аналага-лічбавыя або лічбава-аналагавыя пераўтваральнікі, пэўныя мікрасхемы для гадзіннікаў, таймеры, кадавальнікі / дэкадэры і г.д.

Адрозненні з друкаванымі схемамі

Інтэгральныя схемы не варта блытаць з друкаванымі схемамі. Яны абодва розныя рэчы. У той час як першыя адносяцца да мікрачыпаў, як вы бачылі, друкаваныя схемы, альбо друкаванай платыЯны з'яўляюцца яшчэ адным тыпам электронных схем, якія друкуюцца на большых пласцінах.

Лас- адрозненні найбольш прыкметныя:

• Друкаваныя схемы: яны складаюцца з пласціны, якая мае ўзор токаправодных ліній, такіх як медныя дарожкі для злучэння розных устаўленых кампанентаў (кандэнсатараў, транзістараў, рэзістараў, мікрачыпаў, ...), спаяных алавяным пайкай, у дадатак да дыэлектрыка матэрыял (падкладка), які падзяляе пласты злучальных сувязяў. Яны таксама звычайна маюць скразныя адтуліны або адтуліны для кампанентаў без паверхневага мантажу (SMD). З іншага боку, яны звычайна маюць легенду, шэраг знакаў, літар і лічбаў для ідэнтыфікацыі кампанентаў і палягчэння тэхнічнага абслугоўвання. Для абароны медзі, якая лёгка акісляецца, іх звычайна апрацоўваюць паверхню. І, у адрозненне ад інтэгральных схем, іх можна рамантаваць, замяняючы пашкоджаныя кампаненты або аднаўляючы міжзлучэння.
• Інтэгральныя схемыЯны вельмі невялікія па памеры, цвёрдае цела і маюць невысокі кошт масавага вытворчасці. У адрозненне ад друкаванай платы, іх немагчыма адрамантаваць, бо іх кампаненты і злучэнні настолькі вельмі маленькія, што гэта немагчыма.

Ні інтэгральныя схемы не з'яўляюцца заменай друкаваных схем, ні наадварот. Абодва маюць сваё выкарыстанне, і ў большасці выпадкаў яны ідуць разам у практычных прыкладаннях ...

Самыя папулярныя інтэгральныя схемы

 

Нарэшце, існуе мноства вельмі папулярныя інтэгральныя схемы супрацоўнікаў для праектаў у галіне электронікі, напрыклад, з лагічныя вароты. Яны танныя, і іх можна лёгка знайсці ў такіх крамах, як Amazon або спецыялізаванай электронікі. Напрыклад, вось некаторыя з самых папулярных:

• 75 папулярных камплектаў мікрасхем ад Interstellar Electronics
• Камплект DealMux з 40 лагічнымі чыпамі NAND TTL.
• 10 мікрасхем папулярнага таймера NE555.
• Камплект зменнага рэгістра.