Integrované obvody: co to je, rozdíly oproti tištěným a další

integrované obvody

L integrované obvody, čipy, mikročipy, IC (Integrated Circuit) nebo CI (Integrated Circuit)nebo jak je nazvat, jsou to typ elektronických obvodů, které umožnily pokrok technologie na současnou úroveň. Bez tohoto vynálezu by výpočetní technika a telekomunikace pravděpodobně nebyly tím, čím jsou, a elektronická a elektrická zařízení by byla velmi odlišná.

Navzdory jejich malé velikosti a tomu, že jsou všude, se tyto integrované obvody skrývají velká překvapení k objevování. Zde se o nich můžete dozvědět mnohem více Elektronické komponenty...

Co jsou integrované obvody?

integrované obvody

L integrované obvody jsou podložky polovodiče zapouzdřené a obsahující zaznamenaný elektronický obvod. V závislosti na logické rodině, do které patří, budou tyto obvody tvořeny různými miniaturizovanými elektronickými součástkami. Mohou to být například diody, tranzistory, odpory, kondenzátory atd.

Díky nim bylo možné se rozvíjet moderní elektronika a začít novou éru díky skvělé integraci, kterou umožňují. Ve skutečnosti mohou některé dnešní nejpokročilejší čipy integrovat až miliardy tranzistorů do matrice, která má jen několik milimetrů čtverečních.

Historie čipů

Nejprve se elektronika začala používat drsně vakuové ventily podobně jako klasické žárovky. Tyto ventily byly velké, velmi neefektivní, dost se zahřívaly a snadno se lámaly, takže bylo nutné vyměnit ty sfouknuté, aby počítače a další zařízení, které je mělo, fungovaly dál.

En V roce 1947 přišel vynález tranzistoru, kus, který by nahradil staré ventily a který by také způsobil revoluci v elektronice. Díky němu bylo možné mít polovodičové zařízení, mnohem odolnější, účinnější a rychlejší než ventily. Někteří si však mysleli, že by mohli integrovat několik těchto prvků do jediného křemíkového čipu. Tak vznikly první integrované obvody v historii.

Postupem času se elektronika v pevné fázi vyvíjela a zmenšila velikost součástí a také snižovala náklady. Koncem 50. let jmenoval vynálezce Texas Instruments Jack Kilby, napadlo ho vytvořit polovodičový čip a nějaké kabely, které propletou různé části. Toto se stalo prvním čipem v historii a získal za něj Nobelovu cenu.

Téměř paralelně, robert noyceV té době zaměstnanec Fairchild Semiconductor (později jeden ze zakladatelů Intelu) také vyvinul podobné zařízení, ovšem s velkými výhodami oproti Kilby's. Noyce vytvořil myšlenku, která ustoupí dnešním integrovaným obvodům. Tato technologie se nazývala planární a měla výhody oproti Kilbyho technologii mesa.

Od té doby se to nezastavilo vývoj a zlepšení těchto komponent. Náklady se prudce snížily, stejně jako spotřeba paliva a velikost, zatímco výkon a výkon se dramaticky zlepšily. Žádný jiný sektor se tak nevyvinul a žádný jiný neměl tak velký dopad na lidstvo...

Jak se vyrábějí?

Postup podle výroba integrovaných obvodů je extrémně složitý. Jak je však vidět na videu, lze to shrnout do několika jednodušších kroků, aby lidé pochopili, jak se to dělá.

Tady to zkusím shrnout kroky návrhu nejlepší možné, aniž bychom zacházeli příliš hluboko, protože by to dalo za tisíce článků:

  1. Staňte se součástí potřeby, aplikace, pro kterou potřebujete vytvořit elektronický obvod.
  2. Návrhářský tým má na starosti nastínění charakteristik a specifikací, které by měl čip mít.
  3. Poté návrh začne používat logická hradla a další paměťové prvky atd., dokud nebude dosaženo logického návrhu, který rozvine funkci, pro kterou je tento čip navržen.
  4. Poté projde řadou kroků, mezi nimiž se provádějí testy a simulace, aby se zjistilo, že na logické úrovni funguje správně, a dokonce se vyrábějí testovací čipy, aby se zjistilo, zda to dělají fyzicky.
  5. Po dokončení fáze návrhu se z rozvržení navrženého obvodu vytvoří řada masek pro výrobu. Je na nich vyrytý vzor, ​​aby se dal vyrýt na křemík.
  6. Tento vzor používá slévárna nebo továrna k vytvoření integrovaných obvodů v polovodičové destičce. Tyto wafery obvykle obsahují v některých případech až 200 nebo 300 čipů.

To je až do fáze návrhu, od výrobní straně, máme:

  1. Křemíkový minerál se získává z písku nebo křemene.
  2. Jakmile je rafinován, aby byl ultračistý, neboli EGS (Electronic-Grade Silicon), s úrovní čistoty vyšší než křemík používaný v jiných průmyslových odvětvích.
  3. Tento EGS přichází v podobě kusů do slévárny, kde se roztaví v kelímku a pomocí zárodečného krystalu se nechá vyrůst Czochralského metodou. Aby to bylo snadno pochopitelné, je to podobné, jako se vyrábí typická cukrová vata na poutích, zavedete tyčinku (zárodečný krystal) a bavlna (roztavený křemík) se přilepí a zvětší svůj objem.
  4. Na konci tohoto kroku je výsledkem ingot, velký kus monokrystalického křemíkového krystalu ve tvaru válce. Tato tyčinka je nakrájena na velmi tenké oplatky.
  5. Tyto oplatky procházejí řadou procesů k vyleštění povrchu, aby zůstaly neznečištěné do začátku výroby.
  6. Poté tyto wafery projdou několika opakujícími se procesy, aby se na nich vytvořily čipy. Tyto procesy jsou fyzikálně-chemického typu, jako je fotolitografie, leptání nebo leptání, epitaxní růst, oxidace, implantace iontů atd.
  7. Poslední myšlenkou je vytvořit elektronické součástky, obecně tranzistory, na waferovém substrátu a poté přidat vrstvy, aby se uvedené součástky propojily a vytvořily logická hradla v nejnižší vrstvě, poté jsou v následujících vrstvách tato hradla spojena tak, aby tvořily elementární jednotky (sčítačky, registry, ...), v následujících vrstvách funkční jednotky (paměť, ALU, FPU, ...) a nakonec jsou všechny vzájemně propojeny, aby vytvořily kompletní obvod, například CPU. Na pokročilém čipu může být až 20 vrstev.
  8. Po všech těchto procesech, jejichž dokončení může trvat několik měsíců, budou pro každý plátek získány stovky stejných obvodů. Další věcí je jejich testování a řezání, tedy rozdělení na jednotlivé křemíkové čipy.
  9. Nyní, když jsou to volné matrice, přistoupíme k zapouzdření (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...), kde je čip chráněn a jsou spojeny podložky, což jsou vodivé dráhy na povrchu, s piny integrovaného obvodu. .

Zřejmě, ne všechny integrované obvody jsou stejné. Zde jsem mluvil o funkčních jednotkách a složitějších věcech, jako je CPU, ale existují také velmi jednoduché obvody, jako je časovač 555 nebo IC se 4 logickými hradly, které jsou extrémně jednoduché. Budou mít jen několik desítek součástí a budou spojeny jednou nebo několika vrstvami kovových propojení...

Typy integrovaných obvodů

Čip RISC-V

Není jen jeden typ, ale hned několik typy integrovaných obvodů. Ty nejvýznamnější, které můžete najít, jsou:

  • Digitální integrované obvody: jsou poměrně oblíbené a používají se v mnoha moderních zařízeních, od počítačů po mobilní zařízení, chytré televizory atd. Vyznačují se tím, že pracují na základě digitálního systému, to znamená s 0 a 1, přičemž 0 je nízkonapěťový signál a 1 je vysoký signál. Takto kódují informace a fungují. Příkladem mohou být PLC, FPGA, paměti, CPU, GPU, MCU atd.
  • Analogový: místo toho, aby byly založeny na binárních signálech, v tomto případě jsou to spojité signály proměnné napětí. Díky tomu mohou dosáhnout úkolů jako je filtrace, rozšíření signálu, demodulace, modulace atd. Samozřejmě, že mnoho systémů pracuje jak s analogovými, tak s digitálními obvody, které využívají AD/DA převodníky. Lze je rozdělit do dvou velkých skupin, lineární integrované obvody a radiofrekvenční (RF). Příkladem může být čip pro filtrování zvuku, zesilovače zvuku, systémy vyzařování nebo příjmu elektromagnetických vln, senzory atd.
  • Integrované obvody se smíšeným signálem: jak název napovídá, jsou směsí obojího. Některé příklady mohou být samotné analogově-digitální nebo digitálně-analogové převodníky, určité čipy pro hodiny, časovače, kodéry / dekodéry atd.

Rozdíly s plošnými spoji

Plošné spoje plošných spojů

Integrované obvody by neměly být zaměňovány s tištěnými spoji. Obě jsou různé věci. Zatímco první odkazují na mikročipy, jak jste viděli, tištěné obvody, nebo PCBJsou dalším typem elektronických obvodů, které jsou vytištěny na větších deskách.

the diferencias nejpozoruhodnější jsou:

  • Plošné spoje: jsou vyrobeny z desky, která má vzor vodivých čar, jako jsou měděné dráhy pro spojení různých vložených součástek (kondenzátory, tranzistory, odpory, mikročipy, ...), pájené cínovým pájením, kromě dielektrika materiál (substrát), který odděluje vrstvy spojovacích propojení. Obvykle mají také průchozí otvory nebo prokovy pro součásti bez povrchové montáže (SMD). Na druhou stranu mají obvykle legendu, řadu značek, písmen a čísel pro identifikaci součástí a usnadnění údržby. Pro ochranu mědi, která snadno oxiduje, mívají povrchovou úpravu. A na rozdíl od integrovaných obvodů je lze opravit, vyměnit poškozené součástky nebo obnovit propojení.
  • Integrované obvodyMají velmi malé rozměry, pevné skupenství a mají nízké náklady na hromadnou výrobu. Na rozdíl od PCB je nelze opravit, protože jejich součásti a spoje jsou tak extrémně malé, že je to nemožné.

Ani integrované obvody nenahrazují plošné spoje a naopak. Obojí má své využití a ve většině případů jde v praktických aplikacích dohromady...

Nejoblíbenější integrované obvody

mikročipy, integrované obvody

Nakonec jich je celá řada velmi oblíbené integrované obvody zaměstnanci pro elektronické projekty, jako jsou např logické brány. Jsou levné a lze je snadno najít v obchodech, jako je Amazon nebo specializovaná elektronika. Zde jsou například některé z nejoblíbenějších:


Buďte první komentář

Zanechte svůj komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Povinné položky jsou označeny *

*

*

  1. Odpovědný za údaje: Miguel Ángel Gatón
  2. Účel údajů: Ovládací SPAM, správa komentářů.
  3. Legitimace: Váš souhlas
  4. Sdělování údajů: Údaje nebudou sděleny třetím osobám, s výjimkou zákonných povinností.
  5. Úložiště dat: Databáze hostovaná společností Occentus Networks (EU)
  6. Práva: Vaše údaje můžete kdykoli omezit, obnovit a odstranit.