Integrált áramkörök: mik ezek, különbségek a nyomtatott áramkörökhöz képest és így tovább

sok integrált áramkörök, chipek, mikrochipek, IC (Integrated Circuit) vagy CI (Integrated Circuit), vagy bárminek is nevezzük őket, ezek egyfajta elektronikus áramkörök, amelyek lehetővé tették a technológia jelenlegi szintre való előrehaladását. E találmány nélkül a számítástechnika és a távközlés valószínűleg nem lenne az, ami, az elektronikus és elektromos eszközök pedig nagyon eltérőek lennének.

Apró méretük ellenére, és hogy mindenhol megtalálhatók, ezek az integrált áramkörök elrejtőznek nagy meglepetések fedezhetők fel. Itt sokkal többet megtudhat ezekről Elektromos alkatrészek...

Mik azok az integrált áramkörök?

sok Az integrált áramkörök egy félvezető párnái tokozott és rögzített elektronikus áramkört tartalmaz. Attól függően, hogy melyik logikai családhoz tartoznak, ezek az áramkörök különböző miniatürizált elektronikus alkatrészekből állnak. Például lehetnek diódák, tranzisztorok, ellenállások, kondenzátorok stb.

Nekik köszönhetően sikerült fejlődni modern elektronika és új korszakot kezdenek, tekintettel az általuk lehetővé tett nagyszerű integrációra. Valójában a mai legfejlettebb chipek némelyike ​​akár több milliárd tranzisztort is képes integrálni egy mindössze néhány négyzetmilliméteres szerszámba.

A chipek története

Eleinte az elektronika durva használatba került vákuumszelepek hasonló a hagyományos izzókhoz. Ezek a szelepek nagyok voltak, nagyon nem hatékonyak, eléggé felforrósodtak, könnyen eltörtek, ezért a kifújt szelepeket ki kellett cserélni, hogy tovább működjenek a számítógépek és egyéb berendezések, amelyekben voltak.

En 1947-ben jön a tranzisztor feltalálása, egy olyan darab, ami a régi szelepeket váltaná fel, és az elektronikát is forradalmasítaná. Neki köszönhető, hogy létrejöhetett egy félvezető eszköz, sokkal ellenállóbb, hatékonyabb és gyorsabb, mint a szelepek. Néhányan azonban úgy gondolták, hogy ezen elemek közül többet integrálhatnak egyetlen szilícium chipbe. Így jöttek létre a történelem első integrált áramkörei.

Idővel a szilárdtest-elektronika fejlődött, és csökkentette az alkatrészek méretét, valamint csökkentette a költségeket. Az 50-es évek végén a Texas Instruments feltalálója nevezett Jack Kilby, eszébe jutott, hogy hozzon létre egy félvezető chipet és néhány vezetéket, amely összefonja a különböző részeket. Ez lett az első chip a történelemben, és Nobel-díjat kapott érte.

Szinte párhuzamosan Robert NoyceAnnak idején a Fairchild Semiconductor (később az Intel egyik alapítója) alkalmazottja ő is kifejlesztett egy hasonló eszközt, de nagy előnnyel a Kilby's-hez képest. Noyce megalkotta azt az ötletet, amely átadja helyét a mai integrált áramköröknek. Ezt a technológiát planárisnak nevezték, és előnyei voltak a Kilby-féle mesa technológiával szemben.

Azóta sem állt meg az evolúció és ezen összetevők fejlesztése. A költségek zuhantak, akárcsak az üzemanyag-fogyasztás és a méret, miközben a teljesítmény és a teljesítmény drámaian javult. Egyetlen másik szektor sem fejlődött ennyire, és egyetlen másik szektor sem volt ilyen nagy hatással az emberiségre...

hogyan készülnek?

Az eljárás a integrált áramkörök gyártása rendkívül összetett. A videón látható módon azonban néhány egyszerűbb lépésben össze lehet foglalni, hogy az emberek megértsék, hogyan készül.

Itt megpróbálom foglalja össze a tervezés lépéseit a lehető legjobbat, anélkül, hogy túl mélyre mennénk, hiszen cikkek ezreit adná:

1. Legyen része egy igénynek, egy olyan alkalmazásnak, amelyhez elektronikus áramkört kell létrehoznia.
2. Egy tervezőcsapat feladata, hogy felvázolja azokat a jellemzőket és specifikációkat, amelyekkel a chipnek rendelkeznie kell.
3. Ezután a tervezés megkezdődik a logikai kapuk és más memóriaelemek stb. használatával, amíg el nem érik azt a funkciót, amelyre ezt a chipet tervezték.
4. Ezt követően egy sor lépésen megy keresztül, amelyek között tesztek és szimulációk végeznek annak megállapítására, hogy logikai szinten megfelelően működik-e, és még tesztchipeket is gyártanak, hogy megnézzék, fizikailag megcsinálják-e.
5. A tervezési szakasz befejezése után a gyártáshoz szükséges maszkok sorozata jön létre a tervezett áramkör elrendezéséből. Egy minta van rájuk gravírozva, hogy a szilíciumra rá lehet vésni.
6. Ezt a mintát az öntöde vagy a gyár használja az integrált áramkörök létrehozására félvezető lapkában. Ezek az ostyák általában legfeljebb 200 vagy 300 chipet tartalmaznak bizonyos esetekben.

Ez a tervezési szakaszig tart a gyártási oldal, rendelkezik:

1. A szilícium ásványi anyagot homokból vagy kvarcból nyerik.
2. Miután finomították ultratisztává vagy EGS-vé (elektronikus minőségű szilícium), amelynek tisztasága magasabb, mint a más iparágakban használt szilíciumoké.
3. Ez az EGS darabok formájában érkezik az öntödébe, ahol tégelyben megolvasztják és egy magkristályon keresztül Czochralski módszerrel növesztik. A könnyebb érthetőség érdekében hasonló a tipikus vattacukor vásári készítéséhez, bevezeted a pálcikát (magkristály) és a pamut (olvadt szilícium) botokat és térfogatnövelést.
4. A lépés végén az eredmény egy ingot, egy nagy darab monokristályos szilíciumkristály henger alakú. Ezt a rudat nagyon vékony ostyákra vágják.
5. Ezek az ostyák egy sor folyamaton mennek keresztül a felület csiszolására, hogy a gyártás megkezdéséig szennyezetlenek maradjanak.
6. Ezt követően ezek az ostyák több ismétlődő folyamaton mennek keresztül, hogy létrehozzák rajtuk a chipeket. Ezek a folyamatok fizikai-kémiai jellegűek, mint például fotolitográfia, maratás vagy maratás, epitaxiális növekedés, oxidáció, ionimplantáció stb.
7. A végső ötlet az, hogy az ostyahordozón elektronikus alkatrészeket, általában tranzisztorokat hozunk létre, majd rétegeket adunk hozzá az említett komponensek összekapcsolásához, hogy a legalsó rétegben logikai kapukat képezzenek, majd a következő rétegekben ezek a kapuk összekapcsolva elemi egységeket alkotnak (összeadók, regiszterek, ...), a következő rétegekben a funkcionális egységek (memória, ALU, FPU, ...), és végül mindegyik összekapcsolódik, hogy létrehozzák a teljes áramkört, például egy CPU-t. Egy fejlett chipen akár 20 réteg is lehet.
8. Mindezen folyamatok után, amelyek több hónapig is eltarthatnak, minden ostyához több száz egyenlő áramkört kapunk. A következő dolog ezek tesztelése és darabolása, azaz különálló szilícium chipekre osztása.
9. Most, hogy ezek laza matricák, folytatjuk a beágyazást (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...), ahol a chip védett, és a felületen vezető pályákként lévő betétek csatlakoztatva vannak az integrált áramkör érintkezőivel. .

Nyilvánvalóan, nem minden integrált áramkör egyforma. Itt beszéltem funkcionális egységekről és bonyolultabb dolgokról, mint például a CPU, de vannak nagyon egyszerű áramkörök is, mint például az 555-ös időzítő vagy egy 4 logikai kapuval rendelkező IC, amelyek rendkívül egyszerűek. Csak néhány tucat alkatrészük lesz, és egy vagy néhány réteg fémes összeköttetéssel lesznek összekapcsolva...

Az IC-k típusai

Nem csak egy típus létezik, hanem több is integrált áramkörök típusai. A legkiemelkedőbbek a következők:

• Digitális integrált áramkörök: meglehetősen népszerűek, és számos modern eszközben használják, a számítógépektől a mobileszközökig, Smart TV-kig stb. Jellemzőjük a digitális rendszeren alapuló munkavégzés, azaz 0 és 1, ahol 0 alacsony feszültségű jel, 1 pedig magas jel. Így kódolják az információkat és így működnek. Ilyenek lehetnek például a PLC-k, FPGA-k, memóriák, CPU, GPU, MCU stb.
• Analóg: ahelyett, hogy bináris jeleken alapulnának, ebben az esetben folyamatos jelekről van szó feszültség változói. Ennek köszönhetően olyan feladatokat érhetnek el, mint a szűrés, jelbővítés, demoduláció, moduláció stb. Természetesen sok rendszer analóg és digitális áramkörökkel is működik, kihasználva a AD / DA konverterek. Két nagy csoportra oszthatók, a lineáris integrált áramkörökre és a rádiófrekvenciás (RF) csoportokra. Ilyenek lehetnek például a hangszűrő chipek, hangerősítők, elektromágneses hullámok kibocsátó vagy vételi rendszerei, érzékelők stb.
• Vegyes jelű IC-k: ahogy a neve is sugallja, mindkettő keveréke. Néhány példa lehet maguk az analóg-digitális vagy digitális-analóg konverterek, bizonyos chipek órákhoz, időzítők, kódolók/dekóderek stb.

Különbségek a nyomtatott áramkörökkel

Az integrált áramköröket nem szabad összetéveszteni a nyomtatott áramkörökkel. Mindkettő más dolog. Míg az előbbiek a mikrochipekre vonatkoznak, amint láthatta, nyomtatott áramkörök, vagy PCBEzek egy másik típusú elektronikus áramkörök, amelyeket nagyobb lemezekre nyomtatnak.

az különbségek legfigyelemreméltóbbak a következők:

• Nyomtatott áramkörök: egy lemezből állnak, amely vezető vonalak mintázatával rendelkezik, például rézpályákkal, amelyek összekötik a különböző behelyezett alkatrészeket (kondenzátorok, tranzisztorok, ellenállások, mikrochipek stb.), amelyeket ónforrasztással forrasztanak, a dielektrikumon kívül anyag (szubsztrát), amely elválasztja az összekötő kapcsolatok rétegeit. Jellemzően átmenő lyukakkal is rendelkeznek a nem felületre szerelhető (SMD) alkatrészekhez. Másrészt általában van rajtuk jelmagyarázat, jelek, betűk és számok sorozata az alkatrészek azonosítására és a karbantartás megkönnyítésére. A könnyen oxidálódó réz védelmére általában felületkezelést kapnak. Az integrált áramköröktől eltérően pedig javíthatók, kicserélhetők a sérült alkatrészek vagy helyreállíthatók az összeköttetések.
• Integrált áramkörökNagyon kis méretűek, szilárd halmazállapotúak, és alacsony a tömeggyártási költségük. A nyomtatott áramköri lapokkal ellentétben ezek nem javíthatók, mivel az alkatrészeik és a csatlakozásaik olyan rendkívül aprók, hogy az lehetetlen.

Sem az integrált áramkörök nem helyettesítik a nyomtatott áramköröket, sem fordítva. Mindkettőnek megvan a maga felhasználási módja, és a legtöbb esetben a gyakorlati alkalmazásokban együtt járnak ...

A legnépszerűbb integrált áramkörök

Végül is rengeteg van nagyon népszerű integrált áramkörök alkalmazottak elektronikai projektekhez, például logikai kapuk. Olcsóak, és könnyen megtalálhatók az olyan üzletekben, mint az Amazon vagy a speciális elektronikai cikkekben. Íme például néhány a legnépszerűbbek közül:

• 75 népszerű IC-készlet az Interstellar Electronics-tól
• Nem található termék..
• 10 IC a népszerű NE555 időzítőből.
• Nem található termék..