Integroidut piirit: mitä ne ovat, erot painettuun piiriin ja paljon muuta

Los integroidut piirit, sirut, mikrosirut, IC (Integrated Circuit) tai CI (Integrated Circuit), tai miksi haluatkaan niitä kutsua, ne ovat eräänlaisia ​​elektronisia piirejä, jotka ovat tehneet mahdolliseksi teknologian etenemisen nykyiselle tasolle. Ilman tätä keksintöä tietojenkäsittely ja tietoliikenne eivät todennäköisesti olisi sitä, mitä ne ovat, ja elektroniset ja sähkölaitteet olisivat hyvin erilaisia.

Huolimatta pienestä koostaan ​​ja siitä, että niitä on kaikkialla, nämä integroidut piirit piiloutuvat suuria yllätyksiä löytää. Täältä voit oppia lisää näistä Elektroniset komponentit...

Mitä ovat integroidut piirit?

Los integroidut piirit ovat puolijohteiden tyynyjä koteloitu ja sisältää tallennetun elektronisen piirin. Riippuen logiikkaperheestä, johon ne kuuluvat, nämä piirit koostuvat erilaisista pienikokoisista elektronisista komponenteista. Ne voivat olla esimerkiksi diodeja, transistoreita, vastuksia, kondensaattoreita jne.

Niiden ansiosta on ollut mahdollista kehittyä moderni elektroniikka ja aloittaa uuden aikakauden niiden mahdollistaman suuren integraation ansiosta. Itse asiassa jotkin nykypäivän edistyneimmistä siruista voivat integroida jopa miljardeja transistoreita vain muutaman neliömillimetrin kokoiseen muotoon.

Sirujen historia

Aluksi elektroniikka alkoi käyttää karkeaa tyhjiöventtiilit samanlainen kuin perinteiset hehkulamput. Nämä venttiilit olivat suuria, erittäin tehottomia, tulivat melko kuumaksi ja rikkoutuivat helposti, joten palaneet jouduttiin vaihtamaan, jotta tietokoneet ja muut laitteet, joissa niitä oli, pysyivät toiminnassa.

En Vuonna 1947 tulisi transistorin keksintö, kappale, joka korvaisi vanhat venttiilit ja joka mullistaisi myös elektroniikan. Hänen ansiostaan ​​oli mahdollista saada puolijohdelaite, paljon kestävämpi, tehokkaampi ja nopeampi kuin venttiilit. Jotkut kuitenkin ajattelivat, että he voisivat integroida useita näistä elementeistä yhdeksi piisiruksi. Näin luotiin historian ensimmäiset integroidut piirit.

Ajan myötä solid-state-elektroniikka kehittyi ja pienensi komponenttien kokoa sekä alensi kustannuksia. 50-luvun lopulla Texas Instrumentsin keksijä nimesi Jack Kilby, hänelle tuli mieleen luoda puolijohdesiru ja johdotus, joka kutoi eri osat yhteen. Tästä tuli historian ensimmäinen siru, ja hän voittaisi siitä Nobel-palkinnon.

Melkein rinnakkain, robert noyceTuolloin Fairchild Semiconductorin (myöhemmin yksi Intelin perustajista) työntekijänä hän kehitti myös samanlaisen laitteen, mutta sillä oli suuria etuja Kilbyyn verrattuna. Noyce oli luonut idean, joka antaisi tietä nykypäivän integroiduille piireille. Tätä tekniikkaa kutsuttiin tasomaiseksi, ja sillä oli etuja Kilbyn mesa-tekniikkaan verrattuna.

Sen jälkeen se ei ole pysähtynyt evoluutio ja näiden komponenttien parantaminen. Kustannukset ovat romahtaneet, samoin polttoainetalous ja koko, samalla kun suorituskyky ja suorituskyky ovat parantuneet dramaattisesti. Mikään muu ala ei ole kehittynyt niin paljon, eikä millään muulla alalla ole ollut niin suurta vaikutusta ihmiskuntaan...

Miten ne on tehty?

Menettely integroitujen piirien valmistus se on erittäin monimutkainen. Kuten videosta näkyy, se voidaan kuitenkin tiivistää muutamaan yksinkertaisempaan vaiheeseen, jotta ihmiset ymmärtävät, kuinka ne tehdään.

Tässä yritän tee yhteenveto suunnittelun vaiheista paras mahdollinen, menemättä liian syvälle, koska se antaisi tuhansia artikkeleita:

1. Ole osa tarvetta, sovellusta, jolle sinun on luotava elektroninen piiri.
2. Suunnitteluryhmä on vastuussa sirun ominaisuuksien ja teknisten tietojen määrittelemisestä.
3. Sitten suunnittelu alkaa käyttää logiikkaportteja ja muita muistielementtejä jne., kunnes saavutetaan logiikkasuunnittelu, joka kehittää toiminnon, jota varten tämä siru on suunniteltu.
4. Tämän jälkeen se käy läpi sarjan vaiheita, joiden välillä suoritetaan testejä ja simulaatioita sen selvittämiseksi, toimiiko se oikein logiikkatasolla, ja jopa testisiruja valmistetaan sen selvittämiseksi, tekevätkö ne sen fyysisesti.
5. Kun suunnitteluvaihe on saatu päätökseen, suunnitellun piirin asettelusta luodaan sarja valmistusta varten tarkoitettuja maskeja. Niihin on kaiverrettu kuvio, jotta se voidaan kaivertaa silikoniin.
6. Valimo tai tehdas käyttää tätä mallia integroitujen piirien luomiseen puolijohdekiekkoon. Nämä kiekot sisältävät yleensä jopa 200 tai 300 pelimerkkiä joissakin tapauksissa.

Tämä on niin pitkälle kuin suunnitteluvaiheessa, alkaen valmistuspuoli, meillä on:

1. Piimineraali saadaan hiekasta tai kvartsista.
2. Kun se on jalostettu erittäin puhtaaksi tai EGS:ksi (Electronic-Grade Silicon), jonka puhtausaste on korkeampi kuin muilla teollisuudenaloilla käytetyn piin.
3. Tämä EGS saapuu palasina valimoon, jossa se sulatetaan upokkaan ja saatetaan siemenkiteen läpi kasvamaan Czochralski-menetelmällä. Jotta se olisi helppo ymmärtää, se on samanlainen kuin messuilla tyypillinen hattara, esittelet tikun (siemenkiteen) ja puuvillan (sula pii) tikkuja ja lisää tilavuutta.
4. Tämän vaiheen lopussa tuloksena on harkko, suuri pala yksikiteistä piikidettä, joka on sylinterin muotoinen. Tämä patukka leikataan erittäin ohuiksi vohveleiksi.
5. Nämä kiekot käyvät läpi useita prosesseja pinnan kiillottamiseksi, jotta ne pysyvät saastumattomina tuotannon alkaessa.
6. Myöhemmin nämä kiekot käyvät läpi useita toistuvia prosesseja sirujen luomiseksi niille. Nämä prosessit ovat fysikaalis-kemiallisia, kuten fotolitografia, etsaus tai syövytys, epitaksiaalinen kasvu, hapetus, ioni-istutus jne.
7. Lopullisena ideana on luoda elektronisia komponentteja, yleensä transistoreja, kiekkosubstraatille ja sitten lisätä kerroksia näiden komponenttien yhdistämiseksi toisiinsa muodostaen loogisia portteja alimpaan kerrokseen, sitten seuraavissa kerroksissa nämä portit yhdistetään muodostamaan alkeisyksiköitä (summaimia, rekisterit, ...), seuraavissa kerroksissa toiminnalliset yksiköt (muisti, ALU, FPU, ...) ja lopuksi kaikki on kytketty toisiinsa muodostamaan täydellinen piiri, esimerkiksi CPU. Edistyneessä sirussa voi olla jopa 20 kerrosta.
8. Kaikkien näiden prosessien jälkeen, jotka voivat kestää useita kuukausia, kullekin kiekolle saadaan satoja samanlaisia ​​piirejä. Seuraava asia on testata ja leikata ne, eli jakaa ne yksittäisiksi piisiruiksi.
9. Nyt kun ne ovat irtonaisia, siirrymme kapseloimaan (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...), jossa siru on suojattu ja tyynyt, jotka ovat pinnalla johtavia raitoja, on kytketty integroidun piirin nastojen kanssa. .

Ilmeisesti, kaikki integroidut piirit eivät ole samanlaisia. Tässä olen puhunut toiminnallisista yksiköistä ja monimutkaisemmista asioista, kuten CPU, mutta on myös hyvin yksinkertaisia ​​piirejä, kuten 555 ajastin tai IC, jossa on 4 logiikkaporttia, jotka ovat erittäin yksinkertaisia. Niissä on vain muutama tusina komponenttia, ja ne yhdistetään yhdellä tai muutamalla metalliliitoskerroksella...

IC:iden tyypit

Ei ole vain yksi tyyppi, vaan useita integroitujen piirien tyypit. Näkyvimmät, jotka voit löytää, ovat:

• Digitaaliset integroidut piirit: ne ovat melko suosittuja, ja niitä käytetään monissa nykyaikaisissa laitteissa tietokoneista mobiililaitteisiin, älytelevisioihin jne. Niille on ominaista työskentely digitaaliseen järjestelmään, eli 0:lla ja 1:llä, jolloin 0 on matalajännitesignaali ja 1 on korkea signaali. Näin ne koodaavat tietoa ja toimivat. Esimerkkejä voivat olla PLC:t, FPGA:t, muistit, CPU, GPU, MCU jne.
• Analoginen: sen sijaan, että ne perustuisivat binäärisignaaleihin, tässä tapauksessa ne ovat jatkuvia signaaleja jännitteen muuttujia. Tämän ansiosta he voivat suorittaa tehtäviä, kuten suodatuksen, signaalin laajentamisen, demoduloinnin, moduloinnin jne. Tietenkin monet järjestelmät toimivat sekä analogisten että digitaalisten piirien kanssa hyödyntäen AD/DA-muuntimet. Ne voidaan jakaa kahteen suureen ryhmään, lineaariset integroidut piirit ja radiotaajuus (RF). Esimerkkejä voivat olla siru äänen suodattamiseen, äänenvahvistimet, sähkömagneettisten aaltojen lähetys- tai vastaanottojärjestelmät, anturit jne.
• Sekasignaalin IC:t: kuten nimestä voi päätellä, ne ovat sekoitus molempia. Joitakin esimerkkejä voivat olla itse analogia-digitaali- tai digitaali-analogiamuuntimet, tietyt kellojen sirut, ajastimet, kooderit/dekooderit jne.

Erot painettujen piirien kanssa

Integroituja piirejä ei pidä sekoittaa painettuihin piireihin. Ne ovat molemmat eri asioita. Edellinen viittaa mikrosiruihin, kuten olet nähnyt, painetut piirit, tai PCBNe ovat toisen tyyppisiä elektronisia piirejä, jotka on painettu suuremmille levyille.

Las diferencias huomattavimpia ovat:

• Painetut piirit: ne koostuvat levystä, jossa on johtavien linjojen kuvio, kuten kupariradat, jotka yhdistävät eri asennettuja komponentteja (kondensaattorit, transistorit, vastukset, mikrosirut jne.), jotka on juotettu tinajuottamalla eristeen lisäksi materiaali (substraatti), joka erottaa liitosten kerrokset. Niissä on tyypillisesti myös läpivientireiät ei-pinta-asennuskomponentteja (SMD) varten. Toisaalta niissä on yleensä selitys, sarja merkkejä, kirjaimia ja numeroita komponenttien tunnistamiseksi ja huollon helpottamiseksi. Helposti hapettuvan kuparin suojaamiseksi niissä on yleensä pintakäsittely. Ja toisin kuin integroidut piirit, ne voidaan korjata, korvata vahingoittuneet komponentit tai palauttaa liitännät.
• Integroidut piiritNe ovat kooltaan erittäin pieniä, kiinteässä olomuodossa ja niillä on alhaiset massatuotantokustannukset. Toisin kuin piirilevyjä, näitä ei voi korjata, koska niiden komponentit ja liitännät ovat niin äärimmäisen pieniä, että se on mahdotonta.

Integroidut piirit eivät korvaa painettuja piirejä eivätkä päinvastoin. Molemmilla on käyttötarkoituksensa ja useimmissa tapauksissa ne sopivat yhteen käytännön sovelluksissa ...

Suosituimmat integroidut piirit

Lopuksi niitä on monia erittäin suosittuja integroituja piirejä työntekijöitä elektroniikkaprojekteihin, kuten esim logiikkaportit. Ne ovat halpoja, ja niitä löytyy helposti Amazonin kaltaisista kaupoista tai erikoistuneesta elektroniikasta. Esimerkiksi tässä on joitain suosituimmista:

• 75 suosittua IC-sarjaa Interstellar Electronicsilta
• Tuotteita ei löytynyt..
• 10 IC:tä suositusta NE555 ajastimesta.
• Tuotteita ei löytynyt..