Integraallülitused: mis need on, erinevused trükitud vooluringidest ja palju muud

integraallülitused

osa integraallülitused, kiibid, mikrokiibid, IC (integraallülitus) või CI (integraallülitus), või kuidas iganes neid nimetada, on need teatud tüüpi elektroonilised vooluringid, mis on võimaldanud tehnoloogia edenemist praegusele tasemele. Ilma selle leiutiseta poleks andmetöötlus ja telekommunikatsioon tõenäoliselt need, mis nad on ning elektroonika- ja elektriseadmed oleksid väga erinevad.

Vaatamata väikesele suurusele ja sellele, et neid on kõikjal, on need integraallülitused peidus suuri üllatusi avastada. Siit saate nende kohta palju rohkem teada Elektroonilised osad...

Mis on integraallülitused?

integraallülitused

osa integraallülitused on pooljuhtide padjad kapseldatud ja sisaldavad salvestatud elektroonilist vooluringi. Sõltuvalt loogikaperekonnast, kuhu need kuuluvad, koosnevad need ahelad erinevatest miniatuursetest elektroonilistest komponentidest. Näiteks võivad need olla dioodid, transistorid, takistid, kondensaatorid jne.

Tänu neile on olnud võimalik areneda kaasaegne elektroonika ja alustada uut ajastut, arvestades nende suurepärast integratsiooni. Tegelikult suudavad mõned tänapäeva kõige arenenumad kiibid integreerida kuni miljardeid transistore vaid mõne millimeetri suurusesse matriitsi.

Kiipide ajalugu

Alguses hakkas elektroonika kasutama töötlemata vaakumklapid sarnased tavaliste lambipirnidega. Need klapid olid suured, väga ebaefektiivsed, läksid päris kuumaks ja läksid kergesti katki, mistõttu oli vaja läbipõlenud vahetada, et arvutid ja muu tehnika, millel need olid, töötaks edasi.

En 1947 saabub transistori leiutamine, tükk, mis vahetaks välja vanad klapid ja mis teeks ka pöörde elektroonikas. Tänu temale oli võimalik saada tahkisseade, mis on palju vastupidavam, tõhusam ja kiirem kui klapid. Kuid mõned arvasid, et suudavad integreerida mitu neist elementidest ühte ränikiibisse. Nii loodi ajaloo esimesed integraallülitused.

Aja jooksul arenes pooljuhtelektroonika ja vähenes komponentide suurus ning vähenes ka kulud. 50. aastate lõpus nimetas Texas Instrumentsi leiutaja Jack Kilby, tuli tal pähe luua pooljuhtkiip ja mõned juhtmestikud, mis põimiksid erinevad osad. Sellest sai esimene kiip ajaloos ja ta võitis selle eest Nobeli preemia.

Peaaegu paralleelselt Robert NoyceOmal ajal Fairchild Semiconductori (hiljem Inteli üks asutajatest) töötajana töötas ta välja ka sarnase seadme, kuid millel olid Kilby omaga võrreldes suured eelised. Noyce oli loonud idee, mis annaks teed tänapäeva integraallülitustele. Seda tehnoloogiat nimetati tasapinnaliseks ja sellel oli Kilby mesatehnoloogia ees eeliseid.

Sellest ajast peale pole see peatunud evolutsioon ja nende komponentide täiustamine. Kulud on järsult langenud, nagu ka kütusesäästlikkus ja suurus, samas kui jõudlus ja jõudlus on järsult paranenud. Ükski teine ​​sektor pole nii palju arenenud ja ühelgi teisel sektoril pole olnud inimkonnale nii suurt mõju ...

Kuidas neid tehakse?

Menetlus integraallülituste tootmine see on äärmiselt keeruline. Kuid nagu videost näha, saab selle kokku võtta mõne lihtsama sammuga, et inimesed saaksid aru, kuidas seda tehakse.

Siin ma proovin võta kokku projekteerimise etapid parim võimalik, ilma liiga süvenemata, sest see annaks tuhandete artiklite jaoks:

  1. Olge osa vajadusest, rakendusest, mille jaoks peate looma elektroonilise vooluringi.
  2. Disainimeeskond vastutab kiibil olevate omaduste ja spetsifikatsioonide visandamise eest.
  3. Seejärel hakatakse disainimisel kasutama loogikaväravaid ja muid mäluelemente jne, kuni saavutatakse loogiline disain, mis arendab funktsiooni, mille jaoks see kiip on loodud.
  4. Pärast seda läbib see mitmeid samme, mille vahel tehakse katseid ja simulatsioone, et teha kindlaks, kas see töötab õigesti loogilisel tasemel, ja isegi testkiipe valmistatakse, et näha, kas need teevad seda füüsiliselt.
  5. Kui projekteerimisetapp on lõppenud, luuakse projekteeritud vooluringi paigutuse põhjal tootmiseks mõeldud maskide seeria. Neile on graveeritud muster, et seda saaks graveerida ränile.
  6. Seda mustrit kasutab valukoda või tehas integraallülituste loomiseks pooljuhtplaadis. Need vahvlid sisaldavad mõnel juhul tavaliselt kuni 200 või 300 kiipi.

See on kuni projekteerimisetapini, alates tootmise pool, meil on:

  1. Räni mineraal saadakse liivast või kvartsist.
  2. Kui see on rafineeritud ülipuhtaks ehk EGS-ks (elektroonilise kvaliteediga räni), mille puhtusaste on kõrgem kui teistes tööstusharudes kasutataval ränil.
  3. See EGS jõuab tükkidena valukojasse, kus see sulatatakse tiiglisse ja pannakse läbi seemnekristalli Czochralski meetodil kasvama. Et see oleks arusaadav, sarnaneb tüüpilise suhkruvati valmistamisega laatadel, tutvustate pulka (seemnekristall) ja puuvilla (sularäni) pulgakesi ja suurendab mahtu.
  4. Selle etapi lõpus on tulemuseks valuplokk, suur silindrikujuline monokristallilist ränikristalli. See batoon lõigatakse väga õhukesteks vahvliteks.
  5. Need vahvlid läbivad rea protsesse, mille käigus poleeritakse pind nii, et need jääksid tootmise alustamiseks saastamata.
  6. Seejärel läbivad need vahvlid neile kiipide loomiseks mitu korduvat protsessi. Need protsessid on füüsikalis-keemilist tüüpi, näiteks fotolitograafia, söövitus või söövitamine, epitaksiaalne kasv, oksüdatsioon, ioonide implanteerimine jne.
  7. Lõplik idee on luua vahvli põhimikule elektroonilised komponendid, tavaliselt transistorid, ja seejärel lisada kihid, et need komponendid omavahel ühendada, et moodustada alumises kihis loogilised väravad, seejärel ühendatakse need väravad järgmistes kihtides, et moodustada elementaarüksused (liitjad, registrid, ...), järgmistes kihtides on funktsionaalsed üksused (mälu, ALU, FPU, ...) ja lõpuks kõik omavahel ühendatud, et luua terviklik vooluring, näiteks CPU. Täiustatud kiibil võib olla kuni 20 kihti.
  8. Pärast kõiki neid protsesse, mille lõpuleviimiseks võib kuluda mitu kuud, saadakse iga vahvli jaoks sadu võrdseid ahelaid. Järgmine asi on nende katsetamine ja lõikamine ehk jagamine üksikuteks ränikiipideks.
  9. Nüüd, kui need on lahtised stantsid, jätkame kapseldamisega (DIP, SOIC, PGA, QFP jne), kus kiip on kaitstud ja padjad, mis on pinnal juhtivad rajad, on ühendatud integraallülituse tihvtidega. .

Ilmselt kõik integraallülitused pole ühesugused. Siin olen rääkinud funktsionaalsetest üksustest ja keerulisematest asjadest nagu CPU, kuid on ka väga lihtsaid lülitusi nagu 555 taimer või 4 loogikaväravaga IC, mis on ülimalt lihtsad. Neil on vaid mõnikümmend komponenti ja need on ühendatud ühe või mõne kihi metallühendustega ...

IC-de tüübid

RISC-V kiip

Neid on mitte ainult üks, vaid mitu integraallülituste tüübid. Kõige silmapaistvamad, mida võite leida, on:

  • Digitaalsed integraallülitused: need on üsna populaarsed ja neid kasutatakse paljudes kaasaegsetes seadmetes, alates arvutitest ja lõpetades mobiilseadmetega, nutiteleritega jne. Neid iseloomustab töötamine digitaalsel süsteemil, st 0 ja 1-ga, kus 0 on madalpinge signaal ja 1 on kõrge signaal. Nii kodeerivad nad teavet ja toimivad. Näited võivad olla PLC-d, FPGA-d, mälud, CPU, GPU, MCU jne.
  • Analoog: selle asemel, et põhineda kahendsignaalidel, on antud juhul tegemist pidevate signaalidega pinge muutujad. Tänu sellele saavad nad saavutada selliseid ülesandeid nagu filtreerimine, signaali laiendamine, demoduleerimine, moduleerimine jne. Muidugi töötavad paljud süsteemid nii analoog- kui ka digitaalskeemidega, kasutades ära AD / DA muundurid. Need võib jagada kahte suurde rühma, lineaarsed integraallülitused ja raadiosageduslikud (RF). Näited võivad olla heli filtreerimiseks mõeldud kiip, helivõimendid, elektromagnetlainete emissiooni- või vastuvõtusüsteemid, andurid jne.
  • Segasignaaliga IC-d: nagu nimigi ütleb, on need segu mõlemast. Mõned näited võivad olla analoog-digitaal- või digitaal-analoogmuundurid ise, teatud kiibid kellade jaoks, taimerid, kodeerijad/dekooderid jne.

Erinevused trükkskeemidega

PCB trükkplaadid

Integraallülitusi ei tohi segi ajada trükiskeemidega. Need on mõlemad erinevad asjad. Kuigi esimesed viitavad mikrokiipidele, nagu olete näinud, trükitud vooluringid, või PCBNeed on teist tüüpi elektroonilised vooluringid, mis on trükitud suurematele plaatidele.

The erinevused kõige tähelepanuväärsemad on:

  • Trükiahelad: need koosnevad plaadist, millel on juhtivate joonte muster, näiteks vasest rajad, mis ühendavad erinevaid sisestatud komponente (kondensaatorid, transistorid, takistid, mikrokiibid jne), mis on joodetud tinajootmise teel, lisaks dielektrikule materjal (substraat), mis eraldab ühendavate ühenduste kihid. Neil on tavaliselt ka läbivad augud või läbiviigud mittepindpaigaldatavate (SMD) komponentide jaoks. Teisest küljest on neil tavaliselt legend, rida tähiseid, tähti ja numbreid, mis identifitseerivad komponente ja hõlbustavad hooldust. Kergesti oksüdeeruva vase kaitsmiseks on neil tavaliselt pinnatöötlus. Ja erinevalt integraallülitustest saab neid parandada, kahjustatud komponente asendada või ühendusi taastada.
  • IntegraallülitusedNeed on väga väikese suurusega, tahkes olekus ja nende masstootmise kulud on madalad. Erinevalt trükkplaatidest ei saa neid parandada, kuna nende komponendid ja ühendused on nii väga väikesed, et see on võimatu.

Kumbki integraallülitused ei asenda trükklülitusi ega ka vastupidi. Mõlemal on oma kasutusala ja enamikul juhtudel sobivad need praktilistes rakendustes koos ...

Kõige populaarsemad integraallülitused

mikrokiibid, integraallülitused

Lõpuks on neid palju väga populaarsed integraallülitused töötajad elektroonikaprojektide jaoks, näiteks loogika väravad. Need on odavad ja neid saab hõlpsasti leida sellistest kauplustest nagu Amazon või spetsiaalne elektroonika. Näiteks siin on mõned kõige populaarsemad:


Ole esimene kommentaar

Jäta oma kommentaar

Sinu e-postiaadressi ei avaldata. Kohustuslikud väljad on tähistatud *

*

*

  1. Andmete eest vastutab: Miguel Ángel Gatón
  2. Andmete eesmärk: Rämpsposti kontrollimine, kommentaaride haldamine.
  3. Seadustamine: teie nõusolek
  4. Andmete edastamine: andmeid ei edastata kolmandatele isikutele, välja arvatud juriidilise kohustuse alusel.
  5. Andmete salvestamine: andmebaas, mida haldab Occentus Networks (EL)
  6. Õigused: igal ajal saate oma teavet piirata, taastada ja kustutada.