Лос интегрални схеми, чипове, микрочипове, IC (Integrated Circuit) или CI (Integrated Circuit), или както искате да ги наречете, те са вид електронни схеми, които направиха възможно напредването на технологиите до сегашните нива. Без това изобретение компютрите и телекомуникациите вероятно не биха били това, което са, а електронните и електрическите устройства биха били много различни.
Въпреки малкия си размер и че са навсякъде, тези интегрални схеми се крият страхотни изненади за откриване. Тук можете да научите много повече за тях Електронни компоненти...
Какво представляват интегралните схеми?
Лос интегралните схеми са подложки от полупроводник капсуловани и съдържащи записана електронна схема. В зависимост от логическото семейство, към което принадлежат, тези схеми ще бъдат съставени от различни миниатюрни електронни компоненти. Например, те могат да бъдат диоди, транзистори, резистори, кондензатори и т.н.
Благодарение на тях стана възможно да се развие съвременна електроника и да започнат нова ера предвид страхотната интеграция, която позволяват. Всъщност някои от днешните най-модерни чипове могат да интегрират до милиарди транзистори в матрица, която е само няколко квадратни милиметра.
История на чиповете
Отначало електрониката започна да използва грубо вакуумни клапани подобни на обикновените крушки. Тези клапани бяха големи, много неефективни, доста се нагорещиха и лесно се счупиха, така че се наложи да се сменят издуханите, за да продължат да работят компютрите и другото оборудване, което ги има.
En 1947 ще дойде изобретяването на транзистора, част, която ще замени старите клапани и ще направи революция в електрониката. Благодарение на него беше възможно да има твърдотелно устройство, много по-устойчиво, ефективно и по-бързо от клапаните. Някои обаче смятаха, че могат да интегрират няколко от тези елементи в един силициев чип. Така са създадени първите интегрални схеми в историята.
С течение на времето твърдотелната електроника се развива и намалява размера на компонентите, както и намалява разходите. В края на 50-те години на миналия век изобретател на Texas Instruments на име Джак Килбихрумна му да създаде полупроводников чип и малко окабеляване, което да преплита различните части. Това стана първият чип в историята и той щеше да спечели Нобеловата награда за него.
Почти успоредно, Робърт НойсПо това време, служител на Fairchild Semiconductor (по-късно един от основателите на Intel), той също разработи подобно устройство, но с големи предимства пред Kilby's. Нойс беше създал идеята, която ще отстъпи място на днешните интегрални схеми. Тази технология беше наречена планарна и имаше предимства пред меза технологията на Килби.
Оттогава не е спряло еволюцията и подобряване на тези компоненти. Разходите паднаха, както и икономията на гориво и размерът, докато производителността и производителността са се подобрили драстично. Никой друг сектор не се е развил толкова много и никой друг сектор не е имал толкова голямо влияние върху човечеството...
Как се правят?
Процедурата на производство на интегрални схеми той е изключително сложен. Въпреки това, както се вижда във видеото, то може да бъде обобщено в няколко по-прости стъпки, така че хората да могат да разберат как се правят.
Тук ще опитам обобщете стъпките на проектиране възможно най-доброто, без да навлиза твърде дълбоко, тъй като би дал за хиляди статии:
- Бъдете част от нужда, приложение, за което трябва да създадете електронна схема.
- Дизайнерски екип отговаря за очертаването на характеристиките и спецификациите, които трябва да има чипът.
- След това дизайнът ще започне да използва логически порти и други елементи на паметта и т.н., докато се постигне логически дизайн, който развива функцията, за която е проектиран този чип.
- След това той ще премине през серия от стъпки, между които се извършват тестове и симулации, за да се определи, че работи правилно на логическо ниво и дори се произвеждат тестови чипове, за да се види дали го правят физически.
- След като етапът на проектиране е завършен, се създава серия от маски за производство от оформлението на проектираната верига. Върху тях е гравиран шаблон, за да може да се гравира върху силиция.
- Този модел се използва от леярната или фабриката за създаване на интегрални схеми в полупроводникова пластина. Тези вафли обикновено съдържат до 200 или 300 чипа в някои случаи.
Това е до етапа на проектиране, от производствената страна, ние имаме:
- Силициевият минерал се получава от пясък или кварц.
- След като бъде рафиниран, за да бъде свръхчист, или EGS (Електронен силиций), с ниво на чистота, по-високо от силиция, използван в други индустрии.
- Този EGS пристига под формата на парчета в леярната, където се разтопява в тигел и чрез зародишен кристал се прави за отглеждане по метода на Чохралски. За да е лесно за разбиране, това е подобно на това как се прави типичният захарен памук на панаири, въвеждате пръчката (кристал за семена) и памука (разтопен силиций) пръчици и увеличава обема.
- В края на тази стъпка резултатът е слитък, голямо парче монокристален силициев кристал във формата на цилиндър. Този блок се нарязва на много тънки вафли.
- Тези вафли преминават през серия от процеси за полиране на повърхността, така че да останат незамърсени за началото на производството.
- След това тези вафли ще преминат през няколко повтарящи се процеса, за да създадат чипове върху тях. Тези процеси са от физико-химичен тип, като фотолитография, ецване или ецване, епитаксиален растеж, окисляване, йонна имплантация и др.
- Крайната идея е да се създадат електронни компоненти, обикновено транзистори, върху субстрата на пластината и след това да се добавят слоеве за взаимно свързване на споменатите компоненти, за да се образуват логически порти в най-ниския слой, след което в следващите слоеве тези порти са свързани, за да образуват елементарни единици (суматори, регистри, ...), в следващите слоеве функционални единици (памет, ALU, FPU, ...) и накрая всички са свързани помежду си, за да създадат пълната верига, например CPU. На усъвършенстван чип може да има до 20 слоя.
- След всички тези процеси, които могат да отнеме няколко месеца, ще бъдат получени стотици равни вериги за всяка пластина. Следващото нещо е да ги тествате и нарязвате, тоест да ги разделите на отделни силициеви чипове.
- Сега, когато те са хлабави матрици, преминаваме към капсулиране (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...), където чипът е защитен и подложките са свързани, които са проводими пътеки на повърхността, с щифтовете на интегралната схема .
Очевидно, не всички интегрални схеми са еднакви. Тук говорих за функционални единици и по-сложни неща като CPU, но има и много прости схеми като таймер 555 или IC с 4 логически порта, които са изключително прости. Те ще имат само няколко десетки компонента и ще бъдат свързани с един или няколко слоя метални връзки...
Видове ИС
Има не само един вид, а няколко видове интегрални схеми. Най-известните, които можете да намерите, са:
- Цифрови интегрални схеми: те са доста популярни и се използват в много съвременни устройства, от компютри до мобилни устройства, Smart TV и т.н. Те се характеризират с това, че работят на базата на цифровата система, тоест с 0 и 1, като 0 е сигнал с ниско напрежение и 1 е високо сигнал. Ето как те кодират информация и работят. Примери могат да бъдат PLC, FPGA, памети, CPU, GPU, MCU и др.
- Аналогов: вместо да се основават на двоични сигнали, в този случай те са непрекъснати сигнали променливи в напрежението. Благодарение на това те могат да изпълняват задачи като филтриране, разширяване на сигнала, демодулация, модулация и др. Разбира се, много системи работят както с аналогови, така и с цифрови схеми, като използват AD/DA преобразуватели. Те могат да бъдат разделени на две големи групи, линейни интегрални схеми и радиочестотни (RF). Примери могат да бъдат чип за аудио филтриране, звукови усилватели, емисионни или приемни системи за електромагнитни вълни, сензори и др.
- ИС със смесен сигнал: както подсказва името, те са смесица и от двете. Някои примери могат да бъдат самите аналогово-цифрови или цифрово-аналогови преобразуватели, определени чипове за часовници, таймери, енкодери/декодери и др.
Разлики с печатни схеми
Интегралните схеми не трябва да се бъркат с печатните. И двете са различни неща. Докато първите се отнасят до микрочипове, както видяхте, печатни схеми, или ПХБТе са друг вид електронни схеми, които се отпечатват върху по-големи плочи.
на diferencias най-забележителните са:
- Печатни схеми: съставени са от плоча, която има модел на проводящи линии, като медни пътеки за свързване на различните вмъкнати компоненти (кондензатори, транзистори, резистори, микрочипове, ...), запоени чрез запояване с калай, в допълнение към диелектрик материал (субстрат), който разделя слоевете на свързващите връзки. Те също така обикновено имат проходни отвори или отвори за компоненти за неповърхностен монтаж (SMD). От друга страна, те обикновено имат легенда, поредица от знаци, букви и цифри за идентифициране на компонентите и улесняване на поддръжката. За да предпазят медта, която лесно се окислява, те обикновено имат повърхностна обработка. И за разлика от интегралните схеми, те могат да бъдат ремонтирани, като се заменят повредени компоненти или се възстановяват връзките.
- Интегрални схемиТе са много малки по размер, твърдо състояние и имат ниска цена на масово производство. За разлика от печатните платки, те не могат да бъдат ремонтирани, тъй като техните компоненти и връзки са толкова изключително малки, че е невъзможно.
Нито интегралните схеми са заместители на печатните, нито обратното. И двете имат своите приложения и в повечето случаи те вървят заедно в практически приложения ...
Най-популярните интегрални схеми
И накрая, има множество много популярни интегрални схеми служители за проекти в областта на електрониката, като тези на логически порти. Те са евтини и могат лесно да бъдат намерени в магазини като Amazon или специализирана електроника. Ето например някои от най-популярните:
- 75 популярни комплекта интегрални схеми от Interstellar Electronics
- Няма намерени продукти.
- 10 микросхеми на популярния таймер NE555.
- Няма намерени продукти.