Qarqet e integruara: cilat janë ato, ndryshimet me ato të printuara dhe më shumë

L qarqe të integruara, çipa, mikroçipa, IC (qark i integruar) ose CI (qark i integruar), ose si të doni i quani, janë një lloj qarqesh elektronike që kanë bërë të mundur avancimin e teknologjisë në nivelet aktuale. Pa këtë shpikje, kompjuteri dhe telekomunikacioni ndoshta nuk do të ishin ato që janë, dhe pajisjet elektronike dhe elektrike do të ishin shumë të ndryshme.

Pavarësisht nga madhësia e tyre e vogël dhe se ato janë kudo, këto qarqe të integruara fshihen surpriza të mëdha për të zbuluar. Këtu mund të mësoni shumë më tepër për këto Komponentët elektronikë...

Çfarë janë qarqet e integruara?

L qarqet e integruara janë jastëkë të një gjysmëpërçuesi i kapsuluar dhe që përmban një qark elektronik të regjistruar. Në varësi të familjes logjike të cilës i përkasin, këto qarqe do të përbëhen nga komponentë të ndryshëm elektronikë të miniaturizuar. Për shembull, ato mund të jenë dioda, tranzistorë, rezistorë, kondensatorë, etj.

Falë tyre është bërë e mundur zhvillimi elektronikë moderne dhe të fillojnë një epokë të re duke pasur parasysh integrimin e madh që ata lejojnë. Në fakt, disa nga çipat më të avancuar të sotëm mund të integrojnë deri në miliarda tranzistorë në një model që është vetëm disa milimetra katrorë.

Historia e patate të skuqura

Në fillim, elektronika filloi të përdorte përafërt valvola vakumi të ngjashme me llambat e zakonshme. Këto valvola ishin të mëdha, shumë joefikase, nxeheshin mjaft dhe thyheshin lehtësisht, ndaj duhej zëvendësuar ato të fryra në mënyrë që kompjuterët dhe pajisjet e tjera që i kishin të vazhdonin të punonin.

En 1947 do të vinte shpikja e tranzistorit, një pjesë që do të zëvendësonte valvulat e vjetra dhe që do të revolucionarizonte edhe elektronikën. Falë tij u bë e mundur të kishim një pajisje në gjendje solide, shumë më rezistente, efikase dhe më e shpejtë se valvulat. Megjithatë, disa menduan se mund të integronin disa prej këtyre elementeve në një çip të vetëm silikoni. Kështu u krijuan qarqet e para të integruara në histori.

Me kalimin e kohës, elektronika e gjendjes së ngurtë evoluoi dhe zvogëloi madhësinë e komponentëve, si dhe uli kostot. Në fund të viteve 50, një shpikës i Teksasit Instruments u emërua Jack Kilby, i shkoi mendja të krijonte një çip gjysmëpërçues dhe disa instalime elektrike që ndërthurnin pjesët e ndryshme. Ky u bë çipi i parë në histori dhe ai do të fitonte çmimin Nobel për të.

Pothuajse paralelisht, Robert NojsNë atë kohë, një punonjës i Fairchild Semiconductor (më vonë një nga themeluesit e Intel), ai gjithashtu zhvilloi një pajisje të ngjashme, por me avantazhe të mëdha ndaj Kilby's. Noyce kishte krijuar idenë që do t'i linte vendin qarqeve të integruara të sotme. Kjo teknologji u quajt planare dhe kishte përparësi ndaj teknologjisë mesa të Kilby.

Që atëherë, ajo nuk ka të ndalur evolucioni dhe përmirësimin e këtyre komponentëve. Kostot kanë rënë, si ekonomia dhe madhësia e karburantit, ndërsa performanca dhe performanca janë përmirësuar në mënyrë dramatike. Asnjë sektor tjetër nuk ka evoluar kaq shumë, dhe asnjë sektor tjetër nuk ka pasur një ndikim kaq të madh në njerëzimin ...

Si janë bërë?

Procedura e prodhimin e qarqeve të integruara është jashtëzakonisht kompleks. Megjithatë, siç shihet në video, mund të përmblidhet në disa hapa më të thjeshtë në mënyrë që njerëzit të kuptojnë se si janë bërë.

Këtu do të përpiqem përmblidhni hapat e projektimit më e mira e mundshme, pa u thelluar shumë, pasi do të jepte për mijëra artikuj:

1. Bëhuni pjesë e një nevoje, një aplikacioni për të cilin ju duhet të krijoni një qark elektronik.
2. Një ekip projektimi është përgjegjës për të përshkruar karakteristikat dhe specifikimet që duhet të ketë çipi.
3. Më pas, dizajni do të fillojë të përdorë portat logjike dhe elementë të tjerë të memories, etj., derisa të arrihet një dizajn logjik që zhvillon funksionin për të cilin është projektuar ky çip.
4. Pas kësaj, ai do të kalojë nëpër një sërë hapash ndërmjet të cilëve kryhen teste dhe simulime për të përcaktuar nëse funksionon saktë në një nivel logjik, madje edhe çipat e testimit prodhohen për të parë nëse e bëjnë atë fizikisht.
5. Pasi të përfundojë faza e projektimit, krijohen një sërë maskash për prodhim nga faqosja e qarkut të projektuar. Mbi to është gdhendur një model në mënyrë që të mund të gdhendet në silikon.
6. Ky model përdoret nga shkritorja ose fabrika për të krijuar qarqet e integruara në një vaferë gjysmëpërçuese. Këto vafera zakonisht përmbajnë deri në 200 ose 300 patate të skuqura në disa raste.

Kjo është deri në fazën e projektimit, nga anën e prodhimit, kanë:

1. Minerali i silikonit merret nga rëra ose kuarci.
2. Pasi të rafinohet për të qenë ultra i pastër, ose EGS (Electronic-Grade Silicon), me një nivel pastërtie më të lartë se silikoni i përdorur në industri të tjera.
3. Ky EGS arrin në formën e copave në shkritore, ku shkrihet në një kavanoz dhe përmes një kristali farë bëhet të rritet duke përdorur metodën Czochralski. Që të kuptohet lehtë, është e ngjashme me mënyrën se si bëhet karamele tipike pambuku në panaire, ju futni shkopin (kristalin e farës) dhe pambukun (silikon i shkrirë) ngjitet dhe rritet në vëllim.
4. Në fund të këtij hapi, rezultati është një shufër, një copë e madhe kristali silikoni monokristalor në formën e një cilindri. Ky bar pritet në vafera shumë të holla.
5. Këto vafera kalojnë nëpër një sërë procesesh për të lustruar sipërfaqen në mënyrë që të mbeten të pandotura për fillimin e prodhimit.
6. Më pas, këto vafera do të kalojnë nëpër disa procese të përsëritura për të krijuar patate të skuqura mbi to. Këto procese janë të llojit fiziko-kimik, si fotolitografi, etching ose gravurë, rritje epitaksiale, oksidim, implantim jonesh etj.
7. Ideja përfundimtare është që të krijohen komponentë elektronikë, përgjithësisht transistorë, në nënshtresën e vaferës, dhe më pas të shtohen shtresa për të ndërlidhur komponentët e përmendur për të formuar portat logjike në shtresën më të ulët, pastaj në shtresat vijuese këto porta lidhen për të formuar njësi elementare (mbledhësit, regjistrat, ...), në shtresat e mëposhtme njësitë funksionale (memoria, ALU, FPU, ...), dhe në fund të gjitha janë të ndërlidhura për të krijuar qarkun e plotë, për shembull, një CPU. Në një çip të avancuar mund të ketë deri në 20 shtresa.
8. Pas gjithë këtyre proceseve, të cilat mund të duhen disa muaj për t'u përfunduar, qindra qarqe të barabarta do të përftohen për çdo vafer. Gjëja tjetër është testimi dhe prerja e tyre, domethënë, ndarja e tyre në patate të skuqura silikoni individuale.
9. Tani që ato janë të lirshme, ne vazhdojmë me inkapsulimin (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...) ku mbrohet çipi dhe janë lidhur jastëkët, të cilat janë gjurmë përçuese në sipërfaqe, me kunjat e qarkut të integruar. .

Me sa duket, jo të gjitha qarqet e integruara janë të njëjta. Këtu kam folur për njësi funksionale dhe gjëra më komplekse si CPU, por ka edhe qarqe shumë të thjeshta si një timer 555 ose një IC me 4 porta logjike që janë jashtëzakonisht të thjeshta. Ata do të kenë vetëm disa dhjetëra përbërës dhe do të lidhen me një ose disa shtresa ndërlidhjesh metalike ...

Llojet e IC-ve

Nuk ka vetëm një lloj, por disa llojet e qarqeve të integruara. Më të spikaturat që mund të gjeni janë:

• Qarqet e integruara dixhitale: janë mjaft të njohura dhe përdoren në shumë pajisje moderne, që nga kompjuterët, tek pajisjet mobile, televizorët inteligjentë, etj. Ato karakterizohen nga puna e bazuar në sistemin dixhital, pra me 0 dhe 1, ku 0 është sinjal i tensionit të ulët dhe 1 është sinjal i lartë. Kjo është mënyra se si ata kodojnë informacionin dhe funksionojnë. Shembuj mund të jenë PLC, FPGA, memorie, CPU, GPU, MCU, etj.
• Analoge: në vend që të bazohen në sinjale binare, në këtë rast janë sinjale të vazhdueshme variablat në tension. Falë kësaj, ata mund të arrijnë detyra të tilla si filtrimi, zgjerimi i sinjalit, demodulimi, modulimi, etj. Sigurisht, shumë sisteme punojnë me qarqe analoge dhe dixhitale, duke përdorur Konvertuesit AD / DA. Ato mund të ndahen në dy grupe të mëdha, qarqe të integruara lineare dhe radiofrekuencë (RF). Shembuj mund të jenë një çip për filtrimin e audios, përforcuesit e zërit, sistemet e emetimit ose marrjes për valët elektromagnetike, sensorët, etj.
• IC-të e sinjalit të përzier: siç sugjeron emri, ato janë një përzierje e të dyjave. Disa shembuj mund të jenë vetë konvertuesit analog-dixhital ose dixhital-analog, çipa të caktuar për orë, kohëmatës, kodues/dekoder, etj.

Dallimet me qarqet e shtypura

Qarqet e integruara nuk duhet të ngatërrohen me qarqet e printuara. Janë të dyja gjëra të ndryshme. Ndërsa të parët i referohen mikroçipave, siç e keni parë, qarqet e shtypura, ose PCBAto janë një lloj tjetër i qarqeve elektronike që printohen në pllaka më të mëdha.

L dallimet më të dalluarit janë:

• Qarqet e shtypura: ato përbëhen nga një pllakë që ka një model vijash përçuese, të tilla si gjurmë bakri për të lidhur komponentët e ndryshëm të futur (kondensatorë, transistorë, rezistorë, mikroçipa, ...), të bashkuara me saldim me kallaj, përveç një dielektrike material (substrati) që ndan shtresat e ndërlidhjeve lidhëse. Ata gjithashtu zakonisht kanë vrima, ose viza, për komponentët e montimit jo sipërfaqësor (SMD). Nga ana tjetër, ato zakonisht kanë një legjendë, një sërë shenjash, shkronjash dhe numrash për të identifikuar komponentët dhe për të lehtësuar mirëmbajtjen. Për të mbrojtur bakrin, i cili oksidohet lehtë, ato zakonisht kanë një trajtim sipërfaqësor. Dhe, ndryshe nga qarqet e integruara, ato mund të riparohen, duke zëvendësuar komponentët e dëmtuar ose duke rivendosur ndërlidhjet.
• Qarqe të integruaraAto janë shumë të vogla në përmasa, në gjendje solide dhe kanë kosto të ulët të prodhimit masiv. Ndryshe nga PCB-të, këto nuk mund të riparohen pasi komponentët dhe lidhjet e tyre janë aq të vogla sa është e pamundur.

As qarqet e integruara nuk janë zëvendësues për qarqet e printuara dhe as anasjelltas. Të dyja kanë përdorimet e tyre dhe në shumicën e rasteve shkojnë së bashku në aplikime praktike ...

Qarqet e integruara më të njohura

Së fundi, ka një mori të qarqet e integruara shumë të njohura punonjësit për projektet elektronike, si ato të portat logjike. Ato janë të lira dhe mund të gjenden lehtësisht në dyqane si Amazon ose elektronikë të specializuar. Për shembull, këtu janë disa nga më të njohurit:

• Kompleti i njohur i IC-ve 75 nga Interstellar Electronics
• Nuk u gjet asnjë produkt..
• 10 IC të kohëmatësit të njohur NE555.
• Nuk u gjet asnjë produkt..