L integrālās shēmas, mikroshēmas, mikroshēmas, IC (integrētā shēma) vai CI (integrētā shēma), vai kā jūs vēlaties tos saukt, tie ir elektronisko shēmu veids, kas ir ļāvis attīstīt tehnoloģiju līdz pašreizējam līmenim. Bez šī izgudrojuma skaitļošanas tehnika un telekomunikācijas, iespējams, nebūtu tādas, kādas tās ir, un elektroniskās un elektriskās ierīces būtu ļoti atšķirīgas.
Neskatoties uz to nelielo izmēru un to, ka tās ir visur, šīs integrālās shēmas slēpjas lieliski pārsteigumi, ko atklāt. Šeit jūs varat uzzināt daudz vairāk par tiem Elektroniskās sastāvdaļas...
Kas ir integrālās shēmas?
L integrālās shēmas ir pusvadītāju paliktņi iekapsulēts un satur ierakstītu elektronisko shēmu. Atkarībā no loģikas saimes, kurai tās pieder, šīs shēmas sastāvēs no dažādiem miniaturizētiem elektroniskiem komponentiem. Piemēram, tie var būt diodes, tranzistori, rezistori, kondensatori utt.
Pateicoties viņiem, ir bijis iespējams attīstīties moderna elektronika un sākt jaunu ēru, ņemot vērā to lielo integrāciju. Patiesībā dažas no mūsdienu vismodernākajām mikroshēmām var integrēt līdz pat miljardiem tranzistoru veidnē, kas ir tikai dažus milimetrus kvadrātā.
Čipsu vēsture
Sākumā elektronika sāka izmantot neapstrādātu vakuuma vārsti līdzīgi parastajām spuldzēm. Šie vārsti bija lieli, ļoti neefektīvi, diezgan uzkarsa, un viegli salūza, tāpēc vajadzēja nomainīt izpūstos, lai datori un cita tehnika, kurā tie bija, strādātu.
En 1947. gadā pienāktu tranzistora izgudrojums, gabals, kas aizstātu vecos vārstus un kas arī radītu apvērsumu elektronikā. Pateicoties viņam, bija iespējams iegūt cietvielu ierīci, daudz izturīgāku, efektīvāku un ātrāku nekā vārsti. Tomēr daži domāja, ka varētu integrēt vairākus no šiem elementiem vienā silīcija mikroshēmā. Tādā veidā tika izveidotas pirmās integrālās shēmas vēsturē.
Laika gaitā cietvielu elektronika attīstījās un samazināja komponentu izmērus, kā arī samazināja izmaksas. 50. gadu beigās Texas Instruments izgudrotājs nosauca Džeks Kilbijs, viņam ienāca prātā izveidot pusvadītāju mikroshēmu un dažus vadus, kas savija dažādas daļas. Šī kļuva par pirmo mikroshēmu vēsturē, un viņš par to ieguva Nobela prēmiju.
Gandrīz paralēli, Roberts NoissToreiz viņš, Fairchild Semiconductor (vēlāk viens no Intel dibinātājiem) darbinieks, arī izstrādāja līdzīgu ierīci, taču ar lielām priekšrocībām salīdzinājumā ar Kilby's. Noiss bija radījis ideju, kas dotu ceļu mūsdienu integrālajām shēmām. Šo tehnoloģiju sauca par plakanu, un tai bija priekšrocības salīdzinājumā ar Kilbijas mesa tehnoloģiju.
Kopš tā laika tas nav apstājies evolūcija un šo komponentu uzlabošana. Izmaksas ir strauji samazinājušās, tāpat kā degvielas ekonomija un izmērs, savukārt veiktspēja un veiktspēja ir ievērojami uzlabojusies. Neviena cita nozare nav tik ļoti attīstījusies, un nevienai citai nozarei nav bijusi tik liela ietekme uz cilvēci...
Kā tie tiek izgatavoti?
Procedūra integrālo shēmu ražošana tas ir ārkārtīgi sarežģīti. Tomēr, kā redzams videoklipā, to var apkopot dažos vienkāršākos soļos, lai cilvēki saprastu, kā tas tiek darīts.
Šeit es mēģināšu apkopojiet projektēšanas soļus labākais iespējamais, neiedziļinoties, jo tas dotu tūkstošiem rakstu:
- Esiet daļa no vajadzības, lietojumprogrammas, kurai jums ir jāizveido elektroniskā shēma.
- Dizaina komanda ir atbildīga par mikroshēmas raksturlielumu un specifikāciju izklāstu.
- Pēc tam dizains sāks izmantot loģiskos vārtus un citus atmiņas elementus utt., līdz tiks sasniegts loģisks dizains, kas attīsta funkciju, kurai šī mikroshēma ir paredzēta.
- Pēc tam tas veiks virkni darbību, starp kurām tiek veiktas pārbaudes un simulācijas, lai noteiktu, vai tas darbojas pareizi loģikas līmenī, un pat tiek ražotas testa mikroshēmas, lai noskaidrotu, vai tās to dara fiziski.
- Kad projektēšanas posms ir pabeigts, no projektētās shēmas izkārtojuma tiek izveidotas ražošanai paredzētu masku sērijas. Uz tiem ir iegravēts raksts, lai to varētu iegravēt uz silīcija.
- Šo modeli izmanto lietuve vai rūpnīca, lai izveidotu integrālās shēmas pusvadītāju plāksnēs. Šīs vafeles dažos gadījumos parasti satur līdz 200 vai 300 mikroshēmām.
Tas ir tik tālu, cik projektēšanas stadijā, no ražošanas puse, ir:
- Silīcija minerālu iegūst no smiltīm vai kvarca.
- Kad tas ir rafinēts, lai tas kļūtu par īpaši tīru jeb EGS (elektroniskās kvalitātes silīciju), kura tīrības līmenis ir augstāks nekā citās nozarēs izmantotajam silīcijam.
- Šis EGS gabalu veidā nonāk lietuvē, kur tas tiek izkausēts tīģelī un caur sēklu kristālu tiek likts augt, izmantojot Czochralski metodi. Lai to būtu viegli saprast, tas ir līdzīgi tam, kā gadatirgos tiek izgatavota tipiskā kokvilnas konfekte, jūs ieviešat kociņu (sēklu kristālu) un kokvilnas (izkausēta silīcija) nūjas un palielina apjomu.
- Šīs darbības beigās tiek iegūts lietnis, liels monokristāliska silīcija kristāla gabals cilindra formā. Šo batoniņu sagriež ļoti plānās vafelēs.
- Šīs vafeles iziet virkni procesu, lai pulētu virsmu, lai tās paliktu nepiesārņotas līdz ražošanas sākumam.
- Pēc tam šīm vafelēm tiks veiktas vairākas atkārtotas darbības, lai uz tām izveidotu mikroshēmas. Šie procesi ir fizikāli ķīmiska tipa, piemēram, fotolitogrāfija, kodināšana vai kodināšana, epitaksiālā augšana, oksidēšana, jonu implantācija utt.
- Galīgā ideja ir uz vafeļu pamatnes izveidot elektroniskus komponentus, parasti tranzistorus, un pēc tam pievienot slāņus, lai savienotu šos komponentus, veidojot loģiskos vārtus zemākajā slānī, pēc tam nākamajos slāņos šie vārti tiek savienoti, veidojot elementāras vienības (summētājus, reģistri, ...), turpmākajos slāņos funkcionālās vienības (atmiņa, ALU, FPU, ...) un visbeidzot visas ir savstarpēji savienotas, lai izveidotu pilnu ķēdi, piemēram, CPU. Uzlabotā mikroshēmā var būt līdz 20 slāņiem.
- Pēc visiem šiem procesiem, kuru pabeigšana var aizņemt vairākus mēnešus, katrai vafelei tiks iegūti simtiem vienādu shēmu. Nākamā lieta ir tos pārbaudīt un sagriezt, tas ir, sadalīt atsevišķās silīcija mikroshēmās.
- Tagad, kad tie ir vaļīgi, mēs turpinām iekapsulēt (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...), kur mikroshēma ir aizsargāta un ir savienoti spilventiņi, kas ir vadoši celiņi uz virsmas, ar integrālās shēmas tapām. .
Acīmredzot, ne visas integrālās shēmas ir vienādas. Šeit es runāju par funkcionālajām vienībām un sarežģītākām lietām, piemēram, centrālo procesoru, taču ir arī ļoti vienkāršas shēmas, piemēram, 555 taimeris vai IC ar 4 loģiskiem vārtiem, kas ir ļoti vienkārši. Tiem būs tikai daži desmiti komponentu, un tie būs saistīti ar vienu vai dažiem metāla starpsavienojumu slāņiem...
IC veidi
Ir ne tikai viens veids, bet vairāki integrālo shēmu veidi. Visievērojamākie, ko varat atrast, ir:
- Digitālās integrālās shēmas: tie ir diezgan populāri un tiek izmantoti daudzās mūsdienu ierīcēs, sākot no datoriem, līdz mobilajām ierīcēm, viedtelevizoriem utt. Tiem ir raksturīgs darbs, pamatojoties uz digitālo sistēmu, tas ir, ar 0 un 1, kur 0 ir zemsprieguma signāls un 1 ir augsts signāls. Šādi viņi kodē informāciju un darbojas. Piemēri var būt PLC, FPGA, atmiņas, CPU, GPU, MCU utt.
- Analogs: tā vietā, lai balstītos uz bināriem signāliem, šajā gadījumā tie ir nepārtraukti signāli sprieguma mainīgie. Pateicoties tam, viņi var sasniegt tādus uzdevumus kā filtrēšana, signāla paplašināšana, demodulācija, modulācija utt. Protams, daudzas sistēmas darbojas gan ar analogajām, gan digitālajām shēmām, izmantojot AD / DA pārveidotāji. Tos var iedalīt divās lielās grupās: lineārās integrālās shēmas un radiofrekvences (RF). Piemēri varētu būt mikroshēma audio filtrēšanai, skaņas pastiprinātāji, elektromagnētisko viļņu emisijas vai uztveršanas sistēmas, sensori utt.
- Jaukta signāla IC: kā norāda nosaukums, tie ir abu sajaukums. Daži piemēri varētu būt paši analogie-digitālie vai digitālie-analogie pārveidotāji, noteiktas mikroshēmas pulksteņiem, taimeri, kodētāji/dekoderi utt.
Atšķirības ar iespiedshēmām
Integrālās shēmas nedrīkst jaukt ar iespiedshēmām. Tās abas ir dažādas lietas. Lai gan pirmais attiecas uz mikroshēmām, kā jūs redzējāt, iespiedshēmas, vai PCBTie ir cita veida elektroniskās shēmas, kas tiek drukātas uz lielākām plāksnēm.
the atšķirības visievērojamākie ir:
- Iespiedshēmas: tie ir izgatavoti no plāksnes, kurai ir vadošu līniju raksts, piemēram, vara sliedes, lai savienotu dažādas ievietotās sastāvdaļas (kondensatorus, tranzistorus, rezistorus, mikroshēmas utt.), kas papildus dielektriķim ir pielodēti ar alvas lodēšanu. materiāls (substrāts), kas atdala savienojošo starpsavienojumu slāņus. Tiem parasti ir arī caurumi vai caurumi nevirsmas montāžas (SMD) komponentiem. No otras puses, tiem parasti ir leģenda, virkne zīmju, burtu un ciparu, lai identificētu sastāvdaļas un atvieglotu apkopi. Lai aizsargātu varu, kas viegli oksidējas, tiem parasti ir virsmas apstrāde. Un atšķirībā no integrālajām shēmām tās var salabot, nomainot bojātās sastāvdaļas vai atjaunojot starpsavienojumus.
- Integrētās shēmasTie ir ļoti maza izmēra, cietā stāvoklī, un tiem ir zemas masveida ražošanas izmaksas. Atšķirībā no PCB, tos nevar salabot, jo to sastāvdaļas un savienojumi ir tik ļoti niecīgi, ka tas nav iespējams.
Ne integrētās shēmas neaizstāj iespiedshēmas, ne arī otrādi. Abiem ir savs pielietojums, un vairumā gadījumu tie iet kopā praktiskā pielietojumā ...
Populārākās integrālās shēmas
Visbeidzot, ir daudz ļoti populāras integrālās shēmas darbinieki elektronikas projektiem, piemēram, loģikas vārti. Tie ir lēti, un tos var viegli atrast tādos veikalos kā Amazon vai specializētā elektronikā. Piemēram, šeit ir daži no populārākajiem:
- 75 populārs IC komplekts no Interstellar Electronics
- Netika atrasts neviens produkts..
- 10 populārā NE555 taimera IC.
- Netika atrasts neviens produkts..