Produkta atribūti

Dokumenti un mediji

Vides un eksporta klasifikācijas

Integrētās shēmas

Integrētā shēma (IC) ir pusvadītāju mikroshēma, kurā ir daudz sīku komponentu, piemēram, kondensatori, diodes, tranzistori un rezistori.Šīs mazās sastāvdaļas tiek izmantotas, lai aprēķinātu un uzglabātu datus, izmantojot digitālo vai analogo tehnoloģiju.Jūs varat domāt par IC kā mazu mikroshēmu, ko var izmantot kā pilnīgu, uzticamu shēmu.Integrētās shēmas var būt skaitītājs, oscilators, pastiprinātājs, loģikas vārti, taimeris, datora atmiņa vai pat mikroprocesors.

IC tiek uzskatīts par visu mūsdienu elektronisko ierīču pamatelementu.Tās nosaukums liecina par vairāku savstarpēji saistītu komponentu sistēmu, kas iestrādāta plānā, no silīcija izgatavotā pusvadītāja materiālā.

Integrēto shēmu vēsture 

Integrēto shēmu tehnoloģiju 1950. gadā Amerikas Savienotajās Valstīs ieviesa Roberts Noiss un Džeks Kilbijs.ASV gaisa spēki bija pirmie šī jaunā izgudrojuma patērētāji.Džeks arī Kilbijs ieguva Nobela prēmiju fizikā 2000. gadā par savu miniaturizēto IC izgudrojumu.

1,5 gadus pēc Kilbija dizaina ieviešanas Roberts Noiss iepazīstināja ar savu integrētās shēmas versiju.Viņa modelis atrisināja vairākas praktiskas problēmas Kilbija ierīcē.Noiss savam modelim izmantoja arī silīciju, savukārt Džeks Kilbijs izmantoja germāniju. 

Gan Roberts Noiss, gan Džeks Kilbijs ieguva ASV patentus par ieguldījumu integrālajās shēmās.Viņi vairākus gadus cīnījās ar juridiskiem jautājumiem.Visbeidzot, gan Noyce, gan Kilby uzņēmumi nolēma savstarpēji licencēt savus izgudrojumus un iepazīstināt tos ar milzīgu globālo tirgu.

Integrēto shēmu veidi

Ir divu veidu integrētās shēmas.Šie ir:

1. Analogās IC

Analogajiem IC ir pastāvīgi maināma izeja atkarībā no signāla, ko tie saņem.Teorētiski šādas IC var sasniegt neierobežotu skaitu stāvokļu.Šāda veida IC kustības izejas līmenis ir signāla ieejas līmeņa lineāra funkcija.

Lineārie IC var darboties kā radiofrekvences (RF) un audio frekvences (AF) pastiprinātāji.Operacionālais pastiprinātājs (operācijas pastiprinātājs) ir ierīce, ko parasti izmanto šeit.Turklāt temperatūras sensors ir vēl viens izplatīts lietojums.Lineārie IC var ieslēgt un izslēgt dažādas ierīces, kad signāls sasniedz noteiktu vērtību.Šo tehnoloģiju var atrast krāsnīs, sildītājos un gaisa kondicionieros. 

2. Digitālās IC 

Tie atšķiras no analogajiem IC.Tie nedarbojas pastāvīgā signāla līmeņu diapazonā.Tā vietā tie darbojas dažos iepriekš iestatītos līmeņos.Digitālās IC pamatā darbojas ar loģisko vārtu palīdzību.Loģiskie vārti izmanto bināros datus.Bināro datu signāliem ir tikai divi līmeņi, kas pazīstami kā zems (loģika 0) un augsts (loģika 1).

Digitālās IC tiek izmantotas dažādās lietojumprogrammās, piemēram, datoros, modemos utt.

Kāpēc integrētās shēmas ir populāras?

Neskatoties uz to, ka integrētās shēmas tika izgudrotas gandrīz pirms 30 gadiem, tās joprojām tiek izmantotas daudzos lietojumos.Apspriedīsim dažus elementus, kas ir atbildīgi par to popularitāti: 

1. Mērogojamība 

Pirms dažiem gadiem pusvadītāju nozares ieņēmumi sasniedza neticami 350 miljardus USD.Intel šeit bija lielākais ieguldītājs.Bija arī citi spēlētāji, un lielākā daļa no tiem piederēja digitālajam tirgum.Ja paskatās uz skaitļiem, jūs redzēsit, ka 80 procenti no pusvadītāju nozares pārdošanas apjoma bija no šī tirgus.

Liela loma šajos panākumos ir bijusi integrētajām shēmām.Redziet, pusvadītāju nozares pētnieki analizēja integrālo shēmu, tās lietojumus un specifikācijas un palielināja to mērogu.

Pirmajam izgudrotajam IC bija tikai daži tranzistori – 5, lai būtu konkrēti.Un tagad mēs esam redzējuši Intel 18 kodolu Xeon ar kopumā 5,5 miljardiem tranzistoru.Turklāt IBM Storage Controller 2015. gadā bija 7,1 miljards tranzistoru ar 480 MB L4 kešatmiņu.

Šai mērogojamībai ir bijusi liela nozīme integrēto shēmu popularitātē.

2. Izmaksas

Ir notikušas vairākas debates par IC izmaksām.Gadu gaitā ir bijis nepareizs priekšstats par IC faktisko cenu.Iemesls tam ir tāds, ka IC vairs nav vienkāršs jēdziens.Tehnoloģija attīstās ārkārtīgi ātri, un mikroshēmu dizaineriem ir jāseko šim tempam, aprēķinot IC izmaksas.

Pirms dažiem gadiem IC izmaksu aprēķināšanā izmantoja silīcija presformu.Tajā laikā mikroshēmas izmaksu aplēses varēja viegli noteikt pēc formas izmēra.Lai gan silīcijs joprojām ir galvenais elements to aprēķinos, ekspertiem, aprēķinot IC izmaksas, jāņem vērā arī citi komponenti.

Līdz šim eksperti ir secinājuši diezgan vienkāršu vienādojumu, lai noteiktu IC galīgās izmaksas:

Galīgās IC izmaksas = iepakojuma izmaksas + pārbaudes izmaksas + sliežu ceļa izmaksas + piegādes izmaksas

Šajā vienādojumā ir ņemti vērā visi nepieciešamie elementi, kuriem ir milzīga loma mikroshēmas ražošanā.Papildus tam var ņemt vērā arī citus faktorus.Vissvarīgākais, kas jāpatur prātā, aprēķinot IC izmaksas, ir tas, ka cena ražošanas procesa laikā var atšķirties vairāku iemeslu dēļ.

Arī jebkuri tehniskie lēmumi, kas pieņemti ražošanas procesā, var būtiski ietekmēt projekta izmaksas.

3. Uzticamība

Integrēto shēmu ražošana ir ļoti jutīgs uzdevums, jo tam ir nepieciešams, lai visas sistēmas nepārtraukti strādātu miljoniem ciklu laikā.Ārējiem elektromagnētiskajiem laukiem, ekstremālām temperatūrām un citiem darbības apstākļiem ir svarīga loma IC darbībā.

Tomēr lielākā daļa šo problēmu tiek novērstas, izmantojot pareizi kontrolētu augsta stresa testēšanu.Tas nenodrošina jaunus atteices mehānismus, palielinot integrēto shēmu uzticamību.Mēs varam arī noteikt bojājumu sadalījumu salīdzinoši īsā laikā, izmantojot lielāku spriegumu.

Visi šie aspekti palīdz nodrošināt integrālās shēmas pareizu darbību.

Turklāt šeit ir dažas funkcijas, lai noteiktu integrēto shēmu uzvedību:

Temperatūra

Temperatūra var krasi atšķirties, padarot IC ražošanu ārkārtīgi sarežģītu.

Spriegums.

Ierīces darbojas ar nominālo spriegumu, kas var nedaudz atšķirties.

Process

Vissvarīgākās procesa variācijas, ko izmanto ierīcēm, ir sliekšņa spriegums un kanāla garums.Procesa izmaiņas tiek klasificētas šādi:

• Daudz uz daudz
• Vafele līdz vafelei
• Mirst, lai mirtu

Integrēto shēmu paketes

Iepakojumā ir iekļauts integrētās shēmas uzgalis, kas ļauj mums viegli izveidot savienojumu ar to.Katrs matricas ārējais savienojums ir savienots ar nelielu zelta stieples gabalu ar tapu uz iepakojuma.Tapas ir izspiežamas spailes, kas ir sudraba krāsā.Tie iziet cauri ķēdei, lai izveidotu savienojumu ar citām mikroshēmas daļām.Tie ir ļoti svarīgi, jo tie iet apkārt ķēdei un savienojas ar vadiem un pārējiem ķēdes komponentiem.

Šeit var izmantot vairākus dažādu veidu pakotnes.Visiem tiem ir unikāli stiprinājuma veidi, unikāli izmēri un tapu skaits.Apskatīsim, kā tas darbojas.

Pin skaitīšana

Visas integrālās shēmas ir polarizētas, un katra tapa ir atšķirīga gan funkcijas, gan atrašanās vietas ziņā.Tas nozīmē, ka uz iepakojuma ir jānorāda un jānodala visas tapas viena no otras.Lielākā daļa IC izmanto vai nu punktu, vai iecirtumu, lai parādītu pirmo tapu.

Kad esat identificējis pirmās tapas atrašanās vietu, pārējie tapu numuri palielinās secībā, virzoties pretēji pulksteņrādītāja virzienam ap ķēdi.

Montāža

Montāža ir viena no iepakojuma veida unikālajām īpašībām.Visas paketes var iedalīt kategorijās vienā no divām stiprinājuma kategorijām: virsmas montāža (SMD vai SMT) vai caurums (PTH).Ir daudz vieglāk strādāt ar caurumu iepakojumiem, jo ​​tie ir lielāki.Tie ir paredzēti nostiprināšanai vienā ķēdes pusē un pielodēšanai citā.

Virsmas montāžas iepakojumi ir dažāda izmēra, sākot no maziem līdz maziem.Tie ir fiksēti vienā kastes pusē un ir pielodēti pie virsmas.Šīs paketes tapas ir vai nu perpendikulāras mikroshēmai, izspiestas no sāniem vai dažreiz ir ievietotas matricā uz mikroshēmas pamatnes.Integrētajām shēmām virsmas stiprinājuma veidā ir nepieciešami arī īpaši instrumenti, lai tos samontētu.

Dual In-Line

Dual In-line Package (DIP) ir viena no visizplatītākajām pakotnēm.Šis ir IC pakotnes veids ar caurumu.Šīs mazās mikroshēmas satur divas paralēlas tapu rindas, kas vertikāli stiepjas no melna, plastmasas, taisnstūra korpusa.

Attālums starp tapām ir aptuveni 2,54 mm — tas ir standarts, kas lieliski piemērots maizes dēļiem un dažos citos prototipēšanas dēļos.Atkarībā no tapu skaita DIP pakotnes kopējie izmēri var atšķirties no 4 līdz 64.

Reģions starp katru tapu rindu ir izvietots tā, lai DIP IC varētu pārklāties ar maizes paneļa centrālo reģionu.Tas nodrošina, ka tapām ir sava rinda un tās nav īssavienojuma.

Small-Outline

Mazas kontūras integrālo shēmu pakotnes jeb SOIC ir līdzīgas virsmas montāžai.To veido, saliekot visas DIP tapas un samazinot to.Šos iepakojumus var salikt ar stabilu roku un pat ar aizvērtu aci – tas ir tik vienkārši!

Quad dzīvoklis

Quad Flat iepakojumi izspiež tapas visos četros virzienos.Kopējais tapu skaits četrplakanā IC var atšķirties no astoņām tapām vienā sānā (kopā 32) līdz septiņdesmit tapām vienā sānā (kopā 300+).Starp šīm tapām ir aptuveni 0,4–1 mm atstarpe.Mazāki četrkāršās paketes varianti sastāv no zema profila (LQFP), plānas (TQFP) un ļoti plānas (VQFP) pakotnes.

Lodīšu režģu masīvi

Ball Grid Arrays jeb BGA ir vismodernākās IC pakotnes.Tie ir neticami sarežģīti, mazi iepakojumi, kuros mazas lodēšanas lodītes ir izveidotas divdimensiju režģī uz integrālās shēmas pamatnes.Dažreiz eksperti piestiprina lodēšanas lodītes tieši pie matricas!

Ball Grid Arrays pakotnes bieži tiek izmantotas uzlabotiem mikroprocesoriem, piemēram, Raspberry Pi vai pcDuino.