Интегрисана кола: шта су, разлике са штампаним и још много тога

Л интегрисана кола, чипови, микрочипови, ИЦ (интегрисано коло) или ЦИ (интегрисано коло), или како год желите да их назовете, они су врста електронских кола која су омогућила напредак технологије до садашњих нивоа. Без овог проналаска, рачунарство и телекомуникације вероватно не би били оно што јесу, а електронски и електрични уређаји би били веома различити.

Упркос својој малој величини и да су свуда, ова интегрисана кола се крију велика изненађења за откривање. Овде можете научити много више о њима Електронске компоненте...

Шта су интегрисана кола?

Л интегрисана кола су јастучићи од полупроводника инкапсулирано и које садржи снимљено електронско коло. У зависности од логичке породице којој припадају, ова кола ће бити састављена од различитих минијатуризованих електронских компоненти. На пример, могу бити диоде, транзистори, отпорници, кондензатори итд.

Захваљујући њима било је могуће развити се савремена електроника и започети нову еру с обзиром на велику интеграцију коју дозвољавају. У ствари, неки од данашњих најнапреднијих чипова могу да интегришу до милијарде транзистора у матрицу величине само неколико милиметара квадрата.

Историја чипса

У почетку је електроника почела да користи грубо вакуумски вентили слично конвенционалним сијалицама. Ови вентили су били велики, веома неефикасни, прилично су се загрејали и лако су се ломили, па је било неопходно заменити оне који су изгорели да би рачунари и друга опрема која их је имала наставили да раде.

En 1947. долази до проналаска транзистора, комад који би заменио старе вентиле и који би такође направио револуцију у електроници. Захваљујући њему, било је могуће имати чврсти уређај, много отпорнији, ефикаснији и бржи од вентила. Међутим, неки су мислили да би могли да интегришу неколико ових елемената у један силицијумски чип. Тако су настала прва интегрисана кола у историји.

Током времена, електроника у чврстом стању је еволуирала и смањила величину компоненти, као и смањила трошкове. Касних 50-их, проналазач Текас Инструментс назван Јацк Килби, пало му је на памет да направи полупроводнички чип и неко ожичење које преплиће различите делове. Ово је постао први чип у историји и он ће за то добити Нобелову награду.

Готово паралелно, Роберт НоицеУ то време, запослени у Фаирцхилд Семицондуцтор-у (касније један од оснивача Интела), такође је развио сличан уређај, али са великим предностима у односу на Килбијев. Нојс је створио идеју која ће уступити место данашњим интегрисаним колима. Ова технологија се звала планарна и имала је предности у односу на Килбијеву месу технологију.

Од тада то није престајало еволуција и побољшање ових компоненти. Трошкови су опали, као и економичност горива и величина, док су се перформансе и перформансе драматично побољшале. Ниједан други сектор није толико еволуирао и ниједан други сектор није имао тако велики утицај на човечанство...

Како се праве?

Поступак производња интегрисаних кола изузетно је сложен. Међутим, као што се види на видео снимку, може се сажети у неколико једноставнијих корака како би људи разумели како се то ради.

Ево покушаћу сумирати кораке дизајна најбоље могуће, а да не иде превише дубоко, јер би то дало за хиљаде чланака:

1. Будите део потребе, апликације за коју треба да креирате електронско коло.
2. Дизајнерски тим је задужен да наведе карактеристике и спецификације које чип треба да има.
3. Затим ће дизајн почети да користи логичке капије и друге меморијске елементе, итд., све док се не постигне логички дизајн који развија функцију за коју је овај чип дизајниран.
4. Након тога, проћи ће кроз низ корака између којих се спроводе тестови и симулације како би се утврдило да ли исправно ради на логичком нивоу, а чак се производе и тестни чипови да би се видело да ли то раде физички.
5. Када је фаза пројектовања завршена, креира се серија маски за производњу из распореда пројектованог кола. На њима је угравиран узорак тако да се може урезати на силицијум.
6. Овај образац користи ливница или фабрика за креирање интегрисаних кола у полупроводничкој плочици. Ове облатне обично садрже до 200 или 300 чипова у неким случајевима.

Ово је све до фазе пројектовања, од производну страну, имати:

1. Минерал силицијум се добија из песка или кварца.
2. Једном када се рафинише да буде ултра-чист, или ЕГС (Елецтрониц-Граде Силицон), са нивоом чистоће вишим од силицијума који се користи у другим индустријама.
3. Овај ЕГС у облику комада стиже у ливницу, где се топи у лончићу и кроз семенски кристал се узгаја методом Чохралског. Да би било лако разумети, слично је како се прави типична шећерна вата на сајмовима, уведете штапић (семенски кристал) и штапиће од памука (растопљени силицијум) и повећавате запремину.
4. На крају тог корака, резултат је ингот, велики комад монокристалног силицијумског кристала у облику цилиндра. Ова шипка је исечена на веома танке облатне.
5. Ове плочице пролазе кроз низ процеса за полирање површине како би остале незагађене за почетак производње.
6. Након тога, ове облатне ће проћи кроз неколико процеса који се понављају како би на њима створили чипс. Ови процеси су физичко-хемијског типа, као што су фотолитографија, нагризање или јеткање, епитаксијални раст, оксидација, имплантација јона итд.
7. Коначна идеја је да се креирају електронске компоненте, углавном транзистори, на подлози плочице, а затим се додају слојеви за међусобно повезивање поменутих компоненти како би се формирале логичке капије у најнижем слоју, а затим се у следећим слојевима ове капије повезују да формирају елементарне јединице (сабирачи, регистри, ...), у следећим слојевима функционалне јединице (меморија, АЛУ, ФПУ, ...), и на крају сви су међусобно повезани да би се створило комплетно коло, на пример, ЦПУ. На напредном чипу може бити до 20 слојева.
8. Након свих ових процеса, који могу да потрају и неколико месеци, добиће се стотине једнаких кола за сваку плочицу. Следећа ствар је да их тестирате и исечете, односно поделите на појединачне силиконске чипове.
9. Сада када су лабаве матрице, прелазимо на капсулирање (ДИП, СОИЦ, ПГА, КФП, ...) где је чип заштићен и спојени јастучићи, који су проводне стазе на површини, са пиновима интегрисаног кола .

Очигледно, нису сва интегрисана кола иста. Овде сам говорио о функционалним јединицама и сложенијим стварима као што је ЦПУ, али постоје и врло једноставна кола као што је 555 тајмер или ИЦ са 4 логичка врата која су изузетно једноставна. Они ће имати само неколико десетина компоненти и биће повезани са једним или неколико слојева металних интерконекција ...

Врсте ИЦ

Не постоји само један тип, већ неколико врсте интегрисаних кола. Најистакнутије које можете пронаћи су:

• Дигитална интегрисана кола: прилично су популарни и користе се у многим савременим уређајима, од рачунара, до мобилних уређаја, Смарт ТВ-а итд. Карактерише их рад заснован на дигиталном систему, односно са 0 и 1, при чему је 0 нисконапонски сигнал, а 1 високи сигнал. Овако они кодирају информације и раде. Примери могу бити ПЛЦ, ФПГА, меморије, ЦПУ, ГПУ, МЦУ итд.
• Аналогни: уместо да се заснивају на бинарним сигналима, у овом случају су то континуирани сигнали променљиве у напону. Захваљујући томе, они могу да остваре задатке као што су филтрирање, проширење сигнала, демодулација, модулација итд. Наравно, многи системи раде и са аналогним и са дигиталним колима, користећи се АД / ДА претварачи. Могу се поделити у две велике групе, линеарна интегрисана кола и радио фреквенција (РФ). Примери могу бити чип за аудио филтрирање, појачала звука, системи за емитовање или пријем електромагнетних таласа, сензори итд.
• ИК са мешовитим сигналом: као што име каже, они су мешавина оба. Неки примери могу бити сами аналогно-дигитални или дигитално-аналогни претварачи, одређени чипови за сатове, тајмери, енкодери/декодери, итд.

Разлике са штампаним колима

Интегрисана кола не треба мешати са штампаним колима. Обоје су различите ствари. Док се први односе на микрочипове, као што сте видели, штампана кола, или ПЦБОни су још једна врста електронских кола која се штампају на већим плочама.

Тхе razlike најистакнутији су:

• Штампана кола: састоје се од плоче која има шаблон проводних линија, као што су бакарне стазе за повезивање различитих уметнутих компоненти (кондензатори, транзистори, отпорници, микрочипови, ...), залемљени лемљењем калаја, поред диелектрика материјал (подлога) који раздваја слојеве везних међувеза. Такође обично имају пролазне рупе или пролазе за компоненте које се не постављају на површину (СМД). С друге стране, обично имају легенду, низ ознака, слова и бројева за идентификацију компоненти и олакшавање одржавања. Да би заштитили бакар, који лако оксидира, обично имају површинску обраду. И, за разлику од интегрисаних кола, могу се поправити, заменом оштећених компоненти или обнављањем интерконекција.
• Интегрисаних колаВеома су мале величине, чврстог стања и ниске цене масовне производње. За разлику од ПЦБ-а, они се не могу поправити јер су њихове компоненте и везе толико сићушни да је то немогуће.

Ни интегрисана кола нису замена за штампана кола нити обрнуто. Оба имају своју употребу и у већини случајева иду заједно у практичне примене ...

Најпопуларнија интегрисана кола

Коначно, постоји мноштво веома популарна интегрисана кола запослени за пројекте електронике, као што су они из логичка врата. Они су јефтини и лако се могу наћи у продавницама попут Амазона или специјализоване електронике. На пример, ево неких од најпопуларнијих:

• 75 популарних ИЦ комплета из Интерстеллар Елецтроницс
• Није пронађен ниједан производ..
• 10 ИЦ-а популарног НЕ555 тајмера.
• Није пронађен ниједан производ..