Integrirana kola: šta su, razlike sa štampanim i još mnogo toga

integrisana kola

u integrisana kola, čipovi, mikročipovi, IC (integrisano kolo) ili CI (integrisano kolo), ili kako god želite da ih nazovete, oni su vrsta elektronskih kola koja su omogućila napredak tehnologije na sadašnje nivoe. Bez ovog izuma, računarstvo i telekomunikacije verovatno ne bi bili ono što jesu, a elektronski i električni uređaji bi bili veoma različiti.

Unatoč svojoj maloj veličini, te da su posvuda, ova integrirana kola se skrivaju velika iznenađenja za otkrivanje. Ovdje možete naučiti mnogo više o njima Elektroničke komponente...

Šta su integrisana kola?

integrisana kola

u integrirana kola su jastučići od poluvodiča inkapsulirano i koje sadrži snimljeno elektronsko kolo. Ovisno o logičkoj porodici kojoj pripadaju, ova kola će biti sastavljena od različitih minijaturiziranih elektronskih komponenti. Na primjer, to mogu biti diode, tranzistori, otpornici, kondenzatori itd.

Zahvaljujući njima bilo je moguće razvijati se savremena elektronika i započeti novu eru s obzirom na veliku integraciju koju oni dozvoljavaju. Zapravo, neki od današnjih najnaprednijih čipova mogu integrirati do milijarde tranzistora u matricu veličine samo nekoliko milimetara kvadrata.

Istorija čipsa

U početku je elektronika počela koristiti grubo vakuumski ventili slično konvencionalnim sijalicama. Ovi ventili su bili veliki, veoma neefikasni, prilično su se zagrevali i lako su se lomili, pa je bilo potrebno zameniti one koji su izgoreli da bi kompjuteri i druga oprema koja ih je imala radili.

En 1947. dolazi do pronalaska tranzistora, komad koji bi zamijenio stare ventile i koji bi također napravio revoluciju u elektronici. Zahvaljujući njemu bilo je moguće imati solid state uređaj, mnogo otporniji, efikasniji i brži od ventila. Međutim, neki su mislili da bi mogli integrirati nekoliko ovih elemenata u jedan silicijumski čip. Tako su nastala prva integrisana kola u istoriji.

S vremenom je elektronika u čvrstom stanju evoluirala i smanjila veličinu komponenti, kao i smanjila troškove. U kasnim 50-im, pronalazač Texas Instruments imenovan Jack Kilby, palo mu je na pamet da napravi poluprovodnički čip i neko ožičenje koje je ispreplitalo različite dijelove. Ovo je postao prvi čip u istoriji i on će za njega dobiti Nobelovu nagradu.

Gotovo paralelno, robert noyceU to vrijeme, zaposlenik Fairchild Semiconductor-a (kasnije jedan od osnivača Intela), također je razvio sličan uređaj, ali sa velikim prednostima u odnosu na Kilbyjev. Noyce je stvorio ideju koja će ustupiti mjesto današnjim integriranim kolima. Ova tehnologija se zvala planarna i imala je prednosti u odnosu na Kilbyjevu tehnologiju mesa.

Od tada to nije prestalo evolucija i poboljšanje ovih komponenti. Troškovi su naglo pali, kao i ekonomičnost goriva i veličina, dok su se performanse i performanse dramatično poboljšale. Nijedan drugi sektor nije toliko evoluirao, niti jedan sektor nije imao tako veliki uticaj na čovečanstvo...

Kako se prave?

Postupak od proizvodnja integrisanih kola izuzetno je složen. Međutim, kao što se vidi u videu, može se sažeti u nekoliko jednostavnijih koraka kako bi ljudi mogli razumjeti kako se to radi.

Evo probaću sumirati korake dizajna najbolja moguća, a da ne ide previše duboko, jer bi to dalo za hiljade članaka:

  1. Budite dio potrebe, aplikacije za koju trebate kreirati elektroničko kolo.
  2. Dizajnerski tim je zadužen da navede karakteristike i specifikacije koje čip treba da ima.
  3. Zatim će dizajn početi koristiti logička vrata i druge memorijske elemente, itd., sve dok se ne postigne logički dizajn koji razvija funkciju za koju je ovaj čip dizajniran.
  4. Nakon toga, proći će niz koraka između kojih se provode testovi i simulacije kako bi se utvrdilo da radi ispravno na logičkom nivou, a čak se proizvode i testni čipovi kako bi se vidjelo da li to rade fizički.
  5. Kada je faza projektovanja završena, kreira se serija maski za proizvodnju iz izgleda projektovanog kola. U njima je ugraviran uzorak tako da se može urezati na silicijum.
  6. Ovaj obrazac koristi livnica ili fabrika za kreiranje integrisanih kola u poluprovodničkoj pločici. Ove oblatne obično sadrže do 200 ili 300 čipova u nekim slučajevima.

Ovo je sve do faze projektovanja, od proizvodnu stranu, imamo:

  1. Mineral silicijum se dobija iz peska ili kvarca.
  2. Jednom kada se rafinira da bude ultra-čist, ili EGS (Electronic-Grade Silicon), sa nivoom čistoće višim od silicijuma koji se koristi u drugim industrijama.
  3. Ovaj EGS u obliku komada stiže u livnicu, gdje se topi u lončiću i kroz sjemenski kristal se uzgaja po Czochralski metodi. Da bi bilo lako razumjeti, slično je kako se pravi tipična šećerna vata na sajmovima, uvedete štapić (sjemenski kristal) i štapiće od pamuka (otopljeni silicij) i povećavate volumen.
  4. Na kraju tog koraka, rezultat je ingot, veliki komad monokristalnog silicijumskog kristala u obliku cilindra. Ova šipka je isečena na veoma tanke oblatne.
  5. Ove pločice prolaze kroz niz procesa za poliranje površine kako bi ostale nezagađene za početak proizvodnje.
  6. Nakon toga, ove oblatne će proći kroz nekoliko ponavljajućih procesa kako bi na njima stvorile čips. Ovi procesi su fizičko-hemijskog tipa, kao što su fotolitografija, jetkanje ili jetkanje, epitaksijalni rast, oksidacija, implantacija jona itd.
  7. Konačna ideja je da se kreiraju elektronske komponente, uglavnom tranzistori, na podlozi wafer-a, a zatim se dodaju slojevi za međusobno povezivanje navedenih komponenti kako bi se formirale logičke kapije u najnižem sloju, a zatim se u sljedećim slojevima ove kapije povezuju kako bi formirale elementarne jedinice (zbrajalice, registri, ...), u sljedećim slojevima funkcionalne jedinice (memorija, ALU, FPU, ...), i na kraju svi su međusobno povezani kako bi se stvorilo kompletno kolo, na primjer, CPU. Na naprednom čipu može biti do 20 slojeva.
  8. Nakon svih ovih procesa, koji mogu potrajati nekoliko mjeseci, dobiće se stotine jednakih krugova za svaku pločicu. Sljedeća stvar je da ih testirate i izrežete, odnosno podijelite na pojedinačne silikonske čipove.
  9. Sada kada su labave matrice, prelazimo na inkapsulaciju (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...) gdje je čip zaštićen i spojeni jastučići, koji su provodne staze na površini, sa pinovima integriranog kola .

Očito, nisu sva integrisana kola ista. Ovdje sam govorio o funkcionalnim jedinicama i složenijim stvarima kao što je CPU, ali postoje i vrlo jednostavna kola kao što je 555 tajmer ili IC sa 4 logička vrata koja su izuzetno jednostavna. Oni će imati samo nekoliko desetina komponenti i biće povezani sa jednim ili nekoliko slojeva metalnih interkonekcija...

Vrste IC-a

RISC-V čip

Ne postoji samo jedna vrsta, već nekoliko vrste integrisanih kola. Najistaknutije koje možete pronaći su:

  • Digitalna integrirana kola: prilično su popularni, i koriste se u mnogim modernim uređajima, od kompjutera, do mobilnih uređaja, Smart TV-a itd. Karakteriše ih rad baziran na digitalnom sistemu, odnosno sa 0 i 1, pri čemu je 0 niskonaponski signal, a 1 visoki signal. Ovako oni kodiraju informacije i rade. Primjeri mogu biti PLC, FPGA, memorije, CPU, GPU, MCU, itd.
  • Analogno: umjesto da se baziraju na binarnim signalima, u ovom slučaju to su kontinuirani signali varijabli napona. Zahvaljujući tome, mogu ostvariti zadatke kao što su filtriranje, proširenje signala, demodulacija, modulacija itd. Naravno, mnogi sistemi rade i sa analognim i sa digitalnim kolima, koristeći se AD/DA pretvarači. Mogu se podijeliti u dvije velike grupe, linearna integrirana kola i radio frekvencija (RF). Primjeri mogu biti čip za audio filtriranje, pojačala zvuka, sistemi za emitiranje ili prijem elektromagnetnih valova, senzori itd.
  • IC-ovi mješovitog signala: kao što ime govori, oni su mješavina oba. Neki primjeri mogu biti sami analogno-digitalni ili digitalno-analogni pretvarači, određeni čipovi za satove, tajmere, enkodere/dekodere, itd.

Razlike sa štampanim kolima

PCB štampana kola

Integrisana kola ne treba mešati sa štampanim kolima. Oboje su različite stvari. Dok se prvi odnose na mikročipove, kao što ste vidjeli, štampana kola, ili PCBOni su još jedna vrsta elektronskih kola koja se štampaju na većim pločama.

u razlike najistaknutiji su:

  • Štampana kola: sastoje se od ploče koja ima uzorak vodljivih linija, kao što su bakrene staze za povezivanje različitih umetnutih komponenti (kondenzatori, tranzistori, otpornici, mikročipovi,...), zalemljenih limenim lemljenjem, pored dielektrika materijal (podloga) koji razdvaja slojeve veznih međuveza. Takođe obično imaju prolazne rupe ili otvore za komponente koje se ne postavljaju na površinu (SMD). S druge strane, obično imaju legendu, niz oznaka, slova i brojeva za identifikaciju komponenti i olakšavanje održavanja. Za zaštitu bakra, koji lako oksidira, obično imaju površinsku obradu. I, za razliku od integriranih kola, mogu se popraviti, zamjenom oštećenih komponenti ili obnavljanjem interkonekcija.
  • Integrisana kolaVrlo su male veličine, čvrstog stanja i niske cijene masovne proizvodnje. Za razliku od PCB-a, oni se ne mogu popraviti jer su njihove komponente i spojevi toliko sićušni da je to nemoguće.

Ni integrirana kola nisu zamjena za štampana kola niti obrnuto. Oba imaju svoju upotrebu i u većini slučajeva idu zajedno u praktične primjene...

Najpopularnija integrisana kola

mikročipovi, integrisana kola

Konačno, postoji mnoštvo veoma popularna integrisana kola zaposlenika za elektronske projekte, kao što su oni iz logička vrata. Jeftini su i lako se mogu naći u trgovinama poput Amazona ili specijalizirane elektronike. Na primjer, evo nekih od najpopularnijih:


Budite prvi koji komentarišete

Ostavite komentar

Vaša e-mail adresa neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

*

*

  1. Za podatke odgovoran: Miguel Ángel Gatón
  2. Svrha podataka: Kontrola neželjene pošte, upravljanje komentarima.
  3. Legitimacija: Vaš pristanak
  4. Komunikacija podataka: Podaci se neće dostavljati trećim stranama, osim po zakonskoj obavezi.
  5. Pohrana podataka: Baza podataka koju hostuje Occentus Networks (EU)
  6. Prava: U bilo kojem trenutku možete ograničiti, oporaviti i izbrisati svoje podatke.