Integrerte kretser: hva er de, forskjeller med trykte og mer

den integrerte kretser, brikker, mikrobrikker, IC (Integrated Circuit) eller CI (Integrated Circuit), eller hva du vil kalle dem, de er en type elektroniske kretser som har muliggjort fremskritt av teknologi til nåværende nivåer. Uten denne oppfinnelsen ville databehandling og telekommunikasjon sannsynligvis ikke vært hva de er, og elektroniske og elektriske enheter ville vært veldig forskjellige.

Til tross for deres lille størrelse, og at de er overalt, gjemmer disse integrerte kretsene seg store overraskelser å oppdage. Her kan du lære mye mer om disse Elektroniske komponenter...

Hva er integrerte kretser?

den integrerte kretser er puter av en halvleder innkapslet og inneholder en registrert elektronisk krets. Avhengig av logikkfamilien de tilhører, vil disse kretsene bestå av forskjellige miniatyriserte elektroniske komponenter. For eksempel kan de være dioder, transistorer, motstander, kondensatorer, etc.

Takket være dem har det vært mulig å utvikle seg moderne elektronikk og starte en ny æra gitt den store integreringen de tillater. Faktisk kan noen av dagens mest avanserte brikker integrere opptil milliarder av transistorer i en dyse som bare er noen få millimeter i kvadrat.

Historien om chips

Først begynte elektronikken å bruke grov vakuumventiler ligner på vanlige lyspærer. Disse ventilene var store, veldig ineffektive, de ble ganske varme, og de gikk lett i stykker, så det var nødvendig å bytte ut de blåste slik at datamaskinene og annet utstyr som hadde dem fortsatte å fungere.

En 1947 ville komme oppfinnelsen av transistoren, et stykke som ville erstatte de gamle ventilene og som også ville revolusjonere elektronikken. Takket være ham var det mulig å ha en solid-state enhet, mye mer motstandsdyktig, effektiv og raskere enn ventiler. Noen mente imidlertid at de kunne integrere flere av disse elementene i en enkelt silisiumbrikke. Slik ble de første integrerte kretsene i historien skapt.

Over tid har solid state-elektronikk utviklet seg og redusert størrelsen på komponentene, samt reduserte kostnader. På slutten av 50-tallet het en Texas Instruments-oppfinner Jack Kilbyfalt det for ham å lage en halvlederbrikke og noen ledninger som flettet sammen de forskjellige delene. Dette ble den første brikken i historien, og han ville fortsette å vinne Nobelprisen for den.

Nesten parallelt, robert noycePå den tiden, en ansatt i Fairchild Semiconductor (senere en av grunnleggerne av Intel), utviklet han også en lignende enhet, men med store fordeler i forhold til Kilbys. Noyce hadde skapt ideen som skulle vike for dagens integrerte kretsløp. Denne teknologien ble kalt plan, og den hadde fordeler fremfor Kilbys mesa-teknologi.

Siden har det ikke stoppet opp evolusjonen og forbedring av disse komponentene. Kostnadene har falt, det samme har drivstofføkonomi og størrelse, mens ytelse og ytelse har blitt dramatisk forbedret. Ingen annen sektor har utviklet seg så mye, og ingen annen sektor har hatt så stor innvirkning på menneskeheten ...

Hvordan lages de?

Prosedyren til produksjon av integrerte kretser det er ekstremt komplekst. Men som vist i videoen kan det oppsummeres i noen få enklere trinn slik at folk kan forstå hvordan de gjøres.

Her skal jeg prøve oppsummer designtrinnene best mulig, uten å gå for dypt, siden det ville gi for tusenvis av artikler:

1. Vær en del av et behov, en applikasjon som du må lage en elektronisk krets for.
2. Et designteam er ansvarlig for å skissere egenskapene og spesifikasjonene som brikken skal ha.
3. Deretter vil designet begynne å bruke logiske porter og andre minneelementer, etc., inntil en logisk design er oppnådd som utvikler funksjonen som denne brikken er designet for.
4. Etter dette vil den gå gjennom en rekke trinn mellom hvilke tester og simuleringer utføres for å fastslå at den fungerer riktig på et logisk nivå, og til og med testbrikker produseres for å se om de gjør det fysisk.
5. Når designstadiet er fullført, opprettes en serie masker for produksjon fra utformingen av den utformede kretsen. Det er gravert et mønster på dem slik at det kan graveres på silisiumet.
6. Dette mønsteret brukes av støperiet eller fabrikken for å lage de integrerte kretsene i en halvlederwafer. Disse skivene inneholder vanligvis opptil 200 eller 300 sjetonger i noen tilfeller.

Dette er så langt som designstadiet, fra produksjonssiden, vi har:

1. Silisiummineralet er hentet fra sand eller kvarts.
2. Når det først er raffinert til å være ultrarent, eller EGS (Electronic-Grade Silicon), med et renhetsnivå som er høyere enn silisiumet som brukes i andre industrier.
3. Denne EGS kommer i form av biter til støperiet, hvor den smeltes i en digel og gjennom en frøkrystall får den til å vokse etter Czochralski-metoden. For at det skal være lett å forstå, ligner det på hvordan det typiske sukkerspinnet lages på messer, du introduserer pinnen (frøkrystall) og bomullen (smeltet silisium) fester seg og øker i volum.
4. På slutten av det trinnet er resultatet en ingot, et stort stykke monokrystallinsk silisiumkrystall i form av en sylinder. Denne stangen kuttes i veldig tynne skiver.
5. Disse skivene går gjennom en rekke prosesser for å polere overflaten slik at de forblir uforurenset til produksjonsstart.
6. Etterpå vil disse skivene gå gjennom flere repeterende prosesser for å lage sjetongene på dem. Disse prosessene er av fysisk-kjemisk type, som fotolitografi, etsing eller etsing, epitaksial vekst, oksidasjon, ioneimplantasjon, etc.
7. Den endelige ideen er å lage elektroniske komponenter, vanligvis transistorer, på wafer-substratet, og deretter legge til lag for å koble sammen komponentene for å danne logiske porter i det laveste laget, deretter i de følgende lagene er disse portene koblet for å danne elementære enheter (addere, registre, ...), i de følgende lagene funksjonelle enheter (minne, ALU, FPU, ...), og til slutt er alle sammenkoblet for å lage hele kretsen, for eksempel en CPU. På en avansert brikke kan det være opptil 20 lag.
8. Etter alle disse prosessene, som kan ta flere måneder å fullføre, vil hundrevis av like kretser oppnås for hver wafer. Det neste er å teste og kutte dem, det vil si å dele dem i individuelle silisiumbrikker.
9. Nå som de er løse dyser, fortsetter vi med å kapsle inn (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...) hvor brikken er beskyttet og putene kobles, som er ledende spor på overflaten, med pinnene til den integrerte kretsen .

Tydeligvis ikke alle integrerte kretser er like. Her har jeg snakket om funksjonelle enheter og mer komplekse ting som en CPU, men det finnes også veldig enkle kretser som en 555 timer eller en IC med 4 logiske porter som er ekstremt enkle. De vil bare ha noen få dusin komponenter og vil være knyttet til ett eller noen få lag med metalliske sammenkoblinger ...

Typer IC-er

Det er ikke bare én type, men flere typer integrerte kretser. De mest fremtredende du kan finne er:

• Digitale integrerte kretser: de er ganske populære og brukes i mange moderne enheter, fra datamaskiner, til mobile enheter, smart-TVer, etc. De kjennetegnes ved å arbeide basert på det digitale systemet, det vil si med 0 og 1, hvor 0 er et lavspentsignal og 1 er et høysignal. Dette er hvordan de koder informasjon og fungerer. Eksempler kan være PLS, FPGA, minner, CPU, GPU, MCU, etc.
• Analog: i stedet for å være basert på binære signaler, er de i dette tilfellet kontinuerlige signaler variabler i spenning. Takket være dette kan de oppnå oppgaver som filtrering, signalutvidelse, demodulering, modulasjon osv. Selvfølgelig fungerer mange systemer med både analoge og digitale kretser, og benytter seg av AD / DA omformere. De kan deles inn i to store grupper, lineære integrerte kretser og radiofrekvens (RF). Eksempler kan være en brikke for lydfiltrering, lydforsterkere, emisjons- eller mottakssystemer for elektromagnetiske bølger, sensorer, etc.
• Blandede signal-ICer: som navnet antyder, er de en blanding av begge. Noen eksempler kan være analog-digital eller digital-analog omformere selv, visse brikker for klokker, tidtakere, kodere/dekodere, etc.

Forskjeller med trykte kretser

Integrerte kretser må ikke forveksles med trykte kretser. De er begge forskjellige ting. Mens de førstnevnte refererer til mikrobrikker, som du har sett, trykte kretser, eller PCBDe er en annen type elektroniske kretser som er trykt på større plater.

Las diferencias mest bemerkelsesverdige er:

• Trykte kretser: de består av en plate som har et mønster av ledende linjer, for eksempel kobberspor for å koble sammen de forskjellige innsatte komponentene (kondensatorer, transistorer, motstander, mikrobrikker, ...), loddet ved tinnlodding, i tillegg til et dielektrikum materiale ( substrat) som skiller lagene med forbindelsesforbindelser. De har også vanligvis gjennomgående hull, eller vias, for ikke-overflatemonterte (SMD) komponenter. På den annen side har de vanligvis en legende, en serie merker, bokstaver og tall for å identifisere komponentene og lette vedlikeholdet. For å beskytte kobber, som oksiderer lett, har de vanligvis en overflatebehandling. Og, i motsetning til integrerte kretser, kan de repareres, erstatte skadede komponenter eller gjenopprette sammenkoblinger.
• Integrerte kretserDe er veldig små i størrelse, solid tilstand og har lave masseproduksjonskostnader. I motsetning til et PCB, kan disse ikke repareres da komponentene og koblingene deres er så ekstremt små at det er umulig.

Verken integrerte kretser er erstatninger for trykte kretser eller omvendt. Begge har sine bruksområder, og i de fleste tilfeller går de sammen i praktiske anvendelser ...

Mest populære integrerte kretser

Til slutt er det en mengde svært populære integrerte kretser ansatte for elektronikkprosjekter, som for eksempel logiske porter. De er billige, og kan lett finnes i butikker som Amazon eller spesialisert elektronikk. For eksempel, her er noen av de mest populære:

• 75 populære IC-sett fra Interstellar Electronics
• Ingen produkter funnet..
• 10 IC-er av den populære NE555-timeren.
• Ingen produkter funnet..