Integriniai grandynai: kas tai yra, skirtumai nuo spausdintinių ir kt

Los integriniai grandynai, lustai, mikroschemos, IC (Integracinė grandinė) arba CI (Integracinė grandinė), arba kaip norite jas pavadinti, tai yra tam tikros rūšies elektroninės grandinės, kurios leido technologijoms pažengti į dabartinį lygį. Be šio išradimo kompiuterija ir telekomunikacijos tikriausiai nebūtų tokie, kokie yra, o elektroniniai ir elektriniai prietaisai būtų labai skirtingi.

Nepaisant mažo dydžio ir to, kad jie yra visur, šie integriniai grandynai slepiasi puikių netikėtumų. Čia galite sužinoti daug daugiau apie juos Elektroniniai komponentai...

Kas yra integriniai grandynai?

Los integriniai grandynai yra puslaidininkių trinkelės inkapsuliuotas ir turintis įrašytą elektroninę grandinę. Priklausomai nuo loginės šeimos, kuriai jos priklauso, šios grandinės bus sudarytos iš skirtingų miniatiūrinių elektroninių komponentų. Pavyzdžiui, tai gali būti diodai, tranzistoriai, rezistoriai, kondensatoriai ir kt.

Jų dėka buvo įmanoma tobulėti moderni elektronika ir pradėti naują erą, atsižvelgiant į jų leidžiamą puikią integraciją. Tiesą sakant, kai kurie šiuolaikiniai pažangiausi lustai gali integruoti iki milijardų tranzistorių į vos kelių milimetrų kvadratinių metrų plokštę.

Lustų istorija

Iš pradžių elektronika pradėjo naudoti neapdorotą vakuuminiai vožtuvai panašios į įprastas lemputes. Šie vožtuvai buvo dideli, labai neefektyvūs, gana įkaisdavo, nesunkiai lūždavo, todėl perpūtusius reikėjo pakeisti, kad veiktų kompiuteriai ir kita juos turėjusi įranga.

En 1947 m. bus išrastas tranzistorius, dalis, kuri pakeistų senus vožtuvus ir sukeltų revoliuciją elektronikoje. Jo dėka buvo galima turėti kietojo kūno įrenginį, daug atsparesnį, efektyvesnį ir greitesnį nei vožtuvai. Tačiau kai kurie manė, kad gali integruoti kelis iš šių elementų į vieną silicio lustą. Taip buvo sukurti pirmieji istorijoje integriniai grandynai.

Laikui bėgant kietojo kūno elektronika vystėsi ir sumažino komponentų dydį, taip pat sumažino išlaidas. 50-ųjų pabaigoje Texas Instruments išradėjas pavadino Džekas Kilbis, jam kilo mintis sukurti puslaidininkinį lustą ir tam tikrus laidus, kurie supintų skirtingas dalis. Tai tapo pirmuoju lustu istorijoje ir už tai jis laimės Nobelio premiją.

Beveik lygiagrečiai, Robertas Noyce'asTuo metu Fairchild Semiconductor (vėliau vienas Intel įkūrėjų) darbuotojas taip pat sukūrė panašų įrenginį, bet su dideliais pranašumais prieš Kilby's. Noyce'as sukūrė idėją, kuri užleistų vietą šiandieniniams integriniams grandynams. Ši technologija buvo vadinama plokštuma ir turėjo pranašumų prieš Kilby mesa technologiją.

Nuo to laiko tai nesustojo evoliucija ir šių komponentų tobulinimas. Sąnaudos smarkiai sumažėjo, kaip ir degalų taupymas bei dydis, o našumas ir našumas labai pagerėjo. Joks kitas sektorius taip smarkiai nepasikeitė ir joks kitas sektorius neturėjo tokio didelio poveikio žmonijai...

Kaip jie gaminami?

Procedūra integrinių grandynų gamyba tai nepaprastai sudėtinga. Tačiau, kaip matyti vaizdo įraše, jį galima apibendrinti keliais paprastesniais veiksmais, kad žmonės suprastų, kaip tai daroma.

Čia aš pabandysiu apibendrinkite projektavimo etapus geriausias įmanomas, nesigilinant, nes tai duotų tūkstančiams straipsnių:

1. Būkite poreikio dalis, programa, kuriai reikia sukurti elektroninę grandinę.
2. Projektavimo komanda yra atsakinga už lusto savybių ir specifikacijų apibūdinimą.
3. Tada dizainas prasidės naudojant loginius vartus ir kitus atminties elementus ir tt, kol bus pasiektas loginis dizainas, kuris sukurs funkciją, kuriai šis lustas skirtas.
4. Po to bus atlikta daugybė žingsnių, tarp kurių bus atliekami bandymai ir modeliavimas, siekiant nustatyti, ar jis tinkamai veikia loginiu lygmeniu, ir netgi gaminami bandomieji lustai, siekiant išsiaiškinti, ar jie tai atlieka fiziškai.
5. Pasibaigus projektavimo etapui, iš suprojektuotos grandinės išdėstymo sukuriama gamybai skirtų kaukių serija. Ant jų išgraviruotas raštas, kad jį būtų galima išgraviruoti ant silicio.
6. Šį modelį naudoja liejykla arba gamykla, kad sukurtų puslaidininkių plokštelių integrinius grandynus. Paprastai šiose plokštelėse kai kuriais atvejais yra iki 200 arba 300 lustų.

Tai yra iki projektavimo stadijos, nuo gamybos pusė, mes turime:

1. Silicio mineralas gaunamas iš smėlio arba kvarco.
2. Patobulinus, kad jis būtų itin grynas arba EGS (elektroninės klasės silicis), kurio grynumo lygis didesnis nei kitose pramonės šakose naudojamo silicio.
3. Šis EGS gabalėlių pavidalu atkeliauja į liejyklą, kur išlydomas tiglyje ir per sėklinį kristalą išauginamas Czochralskio metodu. Kad būtų lengva suprasti, tai panašu į tai, kaip mugėse gaminama tipiška cukraus vata, įvedate lazdelę (sėklų kristalas), o medvilnė (išlydytas silicis) prilimpa ir padidina tūrį.
4. Šio žingsnio pabaigoje gaunamas luitas – didelis cilindro formos monokristalinio silicio kristalo gabalas. Šis batonėlis supjaustomas labai plonais vafliais.
5. Šių plokštelių paviršius nupoliruojamas taip, kad gamybos pradžioje liktų neužterštos.
6. Vėliau šios plokštelės turės atlikti kelis pasikartojančius procesus, kad ant jų būtų sukurti lustai. Šie procesai yra fizikinio ir cheminio tipo, pavyzdžiui, fotolitografija, ėsdinimas arba ėsdinimas, epitaksinis augimas, oksidacija, jonų implantacija ir kt.
7. Galutinė idėja yra sukurti elektroninius komponentus, dažniausiai tranzistorius, ant plokštelės pagrindo, o tada pridėti sluoksnius, kad sujungtų minėtus komponentus, kad būtų sudaryti loginiai vartai žemiausiame sluoksnyje, o kituose sluoksniuose šie vartai sujungiami, kad sudarytų elementarius vienetus (sudėtuvus, registrai, ...), tolesniuose sluoksniuose funkciniai vienetai (atmintis, ALU, FPU, ...) ir galiausiai visi yra tarpusavyje sujungti, kad būtų sukurta visa grandinė, pavyzdžiui, CPU. Išplėstiniame luste gali būti iki 20 sluoksnių.
8. Po visų šių procesų, kurie gali užtrukti kelis mėnesius, kiekvienai plokštelei bus gauti šimtai vienodų grandinių. Kitas dalykas yra juos išbandyti ir supjaustyti, tai yra padalinti į atskiras silicio drožles.
9. Dabar, kai jie yra laisvi, mes pradedame kapsuliuoti (DIP, SOIC, PGA, QFP ir ...), kur lustas yra apsaugotas ir trinkelės, kurios yra laidžios takeliai paviršiuje, yra sujungtos su integrinio grandyno kaiščiais. .

Akivaizdu, ne visi integriniai grandynai yra vienodi. Čia aš kalbėjau apie funkcinius blokus ir sudėtingesnius dalykus, pvz., CPU, tačiau yra ir labai paprastų grandinių, tokių kaip 555 laikmatis arba IC su 4 loginiais vartais, kurios yra labai paprastos. Jie turės tik kelias dešimtis komponentų ir bus sujungti vienu ar keliais metalinių jungčių sluoksniais...

IC tipai

Yra ne tik vienas tipas, bet ir keli integrinių grandynų tipai. Ryškiausi, kuriuos galite rasti, yra:

• Skaitmeniniai integriniai grandynai: jie yra gana populiarūs ir naudojami daugelyje šiuolaikinių įrenginių, pradedant kompiuteriais, baigiant mobiliaisiais įrenginiais, išmaniaisiais televizoriais ir kt. Jiems būdingas darbas, pagrįstas skaitmenine sistema, ty su 0 ir 1, kai 0 yra žemos įtampos signalas, o 1 yra aukštas signalas. Taip jie užkoduoja informaciją ir veikia. Pavyzdžiai gali būti PLC, FPGA, atmintis, CPU, GPU, MCU ir kt.
• Analoginis: užuot pagrįsti dvejetainiais signalais, šiuo atveju jie yra nuolatiniai signalai įtampos kintamieji. Dėl to jie gali atlikti tokias užduotis kaip filtravimas, signalo išplėtimas, demoduliavimas, moduliavimas ir kt. Žinoma, daugelis sistemų veikia tiek su analoginėmis, tiek su skaitmeninėmis grandinėmis, naudojant AD / DA keitikliai. Juos galima suskirstyti į dvi dideles grupes – linijinius integrinius grandynus ir radijo dažnius (RF). Pavyzdžiai gali būti garso filtravimo lustas, garso stiprintuvai, elektromagnetinių bangų emisijos ar priėmimo sistemos, jutikliai ir kt.
• Mišraus signalo IC: kaip rodo pavadinimas, jie yra abiejų mišinys. Kai kurie pavyzdžiai gali būti patys analoginiai-skaitmeniniai arba skaitmeniniai-analoginiai keitikliai, tam tikri laikrodžių lustai, laikmačiai, koduotuvai / dekoderiai ir kt.

Skirtumai su spausdintinėmis grandinėmis

Integrinių grandynų nereikėtų painioti su spausdintinėmis grandinėmis. Jie abu yra skirtingi dalykai. Nors pirmieji nurodo mikroschemas, kaip matėte, spausdintinės grandinės, arba PCBTai dar vienas elektroninių grandinių tipas, atspausdintas ant didesnių plokščių.

The skirtumai žymiausi yra:

• Spausdintinės grandinės: jie sudaryti iš plokštės, kurioje yra laidžių linijų raštas, pvz., variniai takeliai, skirti sujungti skirtingus įdėtus komponentus (kondensatorius, tranzistorius, rezistorius, mikroschemas ir kt.), lituojamos alavo litavimo būdu, be dielektriko. medžiaga (substratas), skirianti jungiamųjų jungčių sluoksnius. Juose taip pat paprastai yra kiaurymės, skirtos ne ant paviršiaus montuoti (SMD) komponentams. Kita vertus, jie paprastai turi legendą, daugybę ženklų, raidžių ir skaičių, kad būtų galima identifikuoti komponentus ir palengvinti priežiūrą. Siekiant apsaugoti varį, kuris lengvai oksiduojasi, dažniausiai jie yra apdoroti paviršiumi. Ir, skirtingai nei integriniai grandynai, juos galima taisyti, pakeisti sugadintus komponentus arba atkurti tarpusavio ryšius.
• Integrinės grandinėsJie yra labai mažo dydžio, kieto būvio ir turi mažą masinės gamybos kainą. Skirtingai nuo PCB, jų negalima taisyti, nes jų komponentai ir jungtys yra tokie maži, kad tai neįmanoma.

Nei integriniai grandynai nėra spausdintinių grandynų pakaitalai, nei atvirkščiai. Abu turi savo paskirtį ir daugeliu atvejų jie tinka praktiniam naudojimui ...

Populiariausi integriniai grandynai

Galiausiai, yra daugybė labai populiarūs integriniai grandynai darbuotojų elektronikos projektams, pvz., loginiai vartai. Jie yra pigūs ir gali būti lengvai rasti parduotuvėse, pvz., „Amazon“ ar specializuotose elektronikos parduotuvėse. Pavyzdžiui, čia yra keletas populiariausių:

• 75 populiarus IC rinkinys iš „Interstellar Electronics“.
• Nerasta jokių produktų..
• 10 populiaraus NE555 laikmačio IC.
• Nerasta jokių produktų..