Атрибути продукту

Документи та ЗМІ

Екологічні та експортні класифікації

Інтегральні схеми

Інтегральна схема (ІС) — це напівпровідниковий чіп, який містить багато дрібних компонентів, таких як конденсатори, діоди, транзистори та резистори.Ці маленькі компоненти використовуються для обчислення та зберігання даних за допомогою цифрових або аналогових технологій.Ви можете розглядати мікросхему як маленьку мікросхему, яку можна використовувати як повну надійну схему.Інтегральною схемою може бути лічильник, генератор, підсилювач, логічний вентиль, таймер, комп’ютерна пам’ять або навіть мікропроцесор.

IC вважається основним будівельним блоком усіх сучасних електронних пристроїв.Його назва свідчить про систему багатьох взаємопов’язаних компонентів, вбудованих у тонкий кремнієвий напівпровідниковий матеріал.

Історія інтегральних схем 

Технологію, що лежить в основі інтегральних схем, спочатку представили в 1950 році Роберт Нойс і Джек Кілбі в Сполучених Штатах Америки.ВПС США були першим споживачем цього винаходу.Джек також Кілбі отримав Нобелівську премію з фізики у 2000 році за винахід мініатюрних мікросхем.

Через 1,5 роки після представлення дизайну Кілбі Роберт Нойс представив власну версію інтегральної схеми.Його модель вирішила кілька практичних завдань у пристрої Кілбі.Нойс також використовував кремній для своєї моделі, тоді як Джек Кілбі використовував германій. 

Роберт Нойс і Джек Кілбі отримали патенти США за свій внесок у інтегральні схеми.Кілька років вони боролися з юридичними проблемами.Зрештою, компанії Нойса та Кілбі вирішили перехресно ліцензувати свої винаходи та вивести їх на величезний світовий ринок.

Типи інтегральних схем

Інтегральні схеми бувають двох типів.Це:

1. Аналогові мікросхеми

Аналогові мікросхеми мають вихід, що постійно змінюється, залежно від сигналу, який вони отримують.Теоретично такі мікросхеми можуть досягати необмеженої кількості станів.У цьому типі ІС вихідний рівень руху є лінійною функцією вхідного рівня сигналу.

Лінійні мікросхеми можуть функціонувати як підсилювачі радіочастот (RF) і звукових частот (AF).Зазвичай тут використовується операційний підсилювач (ОП).Крім того, ще одним поширеним застосуванням є датчик температури.Лінійні мікросхеми можуть вмикати та вимикати різні пристрої, коли сигнал досягає певного значення.Цю технологію можна знайти в духовках, обігрівачах і кондиціонерах. 

2. Цифрові ІС 

Вони відрізняються від аналогових мікросхем.Вони не працюють у постійному діапазоні рівнів сигналу.Натомість вони працюють на кількох попередньо встановлених рівнях.Цифрові мікросхеми принципово працюють за допомогою логічних елементів.Логічні вентилі використовують двійкові дані.Сигнали в двійкових даних мають лише два рівні, відомі як низький (логічний 0) і високий (логічний 1).

Цифрові мікросхеми використовуються в широкому діапазоні програм, таких як комп’ютери, модеми тощо.

Чому інтегральні схеми популярні?

Незважаючи на те, що інтегральні схеми були винайдені майже 30 років тому, інтегральні схеми все ще використовуються в багатьох додатках.Давайте обговоримо деякі з елементів, відповідальних за їх популярність: 

1. Масштабованість 

Кілька років тому дохід напівпровідникової промисловості сягав неймовірних 350 мільярдів доларів США.Intel зробила тут найбільший внесок.Були й інші гравці, і більшість із них належали до цифрового ринку.Якщо ви подивіться на цифри, ви побачите, що 80 відсотків продажів, отриманих напівпровідниковою промисловістю, припадає на цей ринок.

Інтегральні схеми зіграли велику роль у цьому успіху.Розумієте, дослідники напівпровідникової промисловості проаналізували інтегральну схему, її застосування та специфікації та розширили її.

Перша коли-небудь винайдена мікросхема мала лише кілька транзисторів – 5, якщо бути конкретним.І тепер ми побачили 18-ядерний Xeon від Intel із загальною кількістю 5,5 мільярдів транзисторів.Крім того, у 2015 році IBM Storage Controller мав 7,1 мільярда транзисторів із 480 МБ кеша L4.

Ця масштабованість зіграла велику роль у переважаючій популярності інтегральних схем.

2. Вартість

Було кілька дебатів щодо вартості IC.Протягом багатьох років існувало неправильне уявлення про фактичну ціну IC.Причина цього в тому, що мікросхеми більше не є простою концепцією.Технологія розвивається надзвичайно швидко, і розробники чіпів повинні йти в ногу з цим темпом під час розрахунку вартості IC.

Кілька років тому розрахунок вартості мікросхеми покладався на кремнієвий кристал.У той час оцінку вартості мікросхеми можна було легко визначити за розміром кристала.Хоча кремній все ще є основним елементом у їхніх розрахунках, експерти також повинні враховувати інші компоненти під час розрахунку вартості мікросхеми.

Наразі експерти вивели досить просте рівняння для визначення остаточної вартості IC:

Кінцева вартість IC = вартість упаковки + вартість тесту + вартість матриці + вартість доставки

Це рівняння враховує всі необхідні елементи, які відіграють величезну роль у виробництві чіпа.На додаток до цього, можуть бути деякі інші фактори, які можуть бути розглянуті.Найважливіше, про що слід пам’ятати при оцінці вартості ІС, це те, що ціна може змінюватися в процесі виробництва з багатьох причин.

Крім того, будь-які технічні рішення, прийняті в процесі виробництва, можуть мати значний вплив на вартість проекту.

3. Надійність

Виробництво інтегральних схем є дуже чутливим завданням, оскільки воно вимагає безперервної роботи всіх систем протягом мільйонів циклів.Зовнішні електромагнітні поля, екстремальні температури та інші робочі умови відіграють важливу роль у роботі ІС.

Однак більшість цих проблем усувається за допомогою правильно контрольованого високостресового тестування.Він не передбачає нових механізмів відмови, підвищуючи надійність інтегральних схем.Ми також можемо визначити розподіл відмов за відносно короткий час за допомогою більш високих напруг.

Усі ці аспекти допомагають переконатися, що інтегральна схема здатна функціонувати належним чином.

Крім того, ось деякі особливості для визначення поведінки інтегральних схем:

Температура

Температура може різко змінюватися, що робить виробництво IC надзвичайно складним.

Напруга.

Прилади працюють при номінальній напрузі, яка може незначно відрізнятися.

процес

Найбільш важливими варіаціями процесу, які використовуються для пристроїв, є порогова напруга та довжина каналу.Варіація процесу класифікується як:

• Багато до багато
• Вафля до вафлі
• Померти, щоб померти

Комплекти інтегральних схем

Пакет огортає матрицю інтегральної схеми, що полегшує нам підключення до неї.Кожне зовнішнє з’єднання на матриці з’єднане крихітним шматочком золотого дроту зі штифтом на упаковці.Шпильки — це видавлювані клеми сріблястого кольору.Вони проходять через схему, щоб з’єднатися з іншими частинами чіпа.Вони є дуже важливими, оскільки вони обходять ланцюг і підключаються до проводів та решти компонентів ланцюга.

Тут можна використовувати декілька різних типів пакетів.Усі вони мають унікальні типи кріплення, унікальні розміри та кількість контактів.Давайте подивимося, як це працює.

Підрахунок штифтів

Усі інтегральні схеми поляризовані, і кожен контакт відрізняється як функцією, так і розташуванням.Це означає, що на упаковці потрібно вказати та відокремити всі шпильки один від одного.Більшість мікросхем використовують або крапку, або виїмку, щоб показати перший штифт.

Коли ви визначите розташування першого контакту, номери решти контактів збільшуються в послідовності, коли ви рухаєтеся по ланцюгу проти годинникової стрілки.

Монтаж

Монтаж є однією з унікальних характеристик типу упаковки.Усі пакети можна класифікувати за однією з двох категорій монтажу: поверхневий монтаж (SMD або SMT) або наскрізний отвір (PTH).Набагато легше працювати з пакетами Through-hole, оскільки вони більші.Вони призначені для фіксації на одній стороні схеми та припаювання до іншої.

Пакети для поверхневого монтажу бувають різних розмірів, від маленьких до мініатюрних.Вони кріпляться з одного боку коробки і припаюються до поверхні.Виводи цього пакету або перпендикулярні мікросхемі, видавлені збоку, або іноді встановлюються в матрицю на основі мікросхеми.Для складання інтегральних схем у формі поверхневого монтажу також потрібні спеціальні інструменти.

Dual In-Line

Dual In-line Package (DIP) є ​​одним із найпоширеніших пакетів.Це тип упаковки мікросхем із наскрізним отвором.Ці маленькі мікросхеми містять два паралельні ряди контактів, що виходять вертикально з чорного пластикового прямокутного корпусу.

Відстань між штифтами становить близько 2,54 мм — стандарт, який ідеально підходить для макетних плат і деяких інших плат для прототипування.Залежно від кількості штифтів, габаритні розміри пакету DIP можуть варіюватися від 4 до 64.

Ділянка між кожним рядом контактів рознесена так, щоб мікросхеми DIP перекривали центральну область макетної плати.Це гарантує, що шпильки мають окремий ряд і не закорочуються.

Малий контур

Корпуси інтегральних схем малого розміру або SOIC схожі на корпуси для поверхневого монтажу.Він виготовлений шляхом згинання всіх штифтів на DIP і зменшення його.Ви можете зібрати ці пакунки міцною рукою і навіть із закритими очима – це так просто!

Quad Flat

Пакети Quad Flat фіксують шпильки в усіх чотирьох напрямках.Загальна кількість контактів у квадратній плоскій IC може варіюватися від восьми контактів збоку (всього 32) до сімдесяти контактів збоку (загалом 300+).Відстань між цими штифтами становить від 0,4 до 1 мм.Менші варіанти квадратної плоскої упаковки складаються з низькопрофільних (LQFP), тонких (TQFP) і дуже тонких (VQFP) упаковок.

Масиви кулькових сіток

Ball Grid Arrays або BGA є найсучаснішими пакетами IC.Це неймовірно складні невеликі пакети, у яких крихітні кульки припою встановлюються у двовимірну сітку на основі інтегральної схеми.Іноді експерти прикріплюють кульки припою безпосередньо до матриці!

Пакети Ball Grid Arrays часто використовуються для просунутих мікропроцесорів, таких як Raspberry Pi або pcDuino.