Det vides ikke, hvem der først fik idéen om at sætte to eller flere transistorer på en enkelt halvlederchip. Ideen kan være opstået lige efter, at halvlederindustrien begyndte at producere halvlederelementer. Det er kendt, at det teoretiske grundlag for denne tilgang blev offentliggjort i begyndelsen af 1950'erne. Det tog mindre end 10 år at overvinde de teknologiske problemer, og allerede i begyndelsen af 60'erne blev den første enhed, der indeholdt flere elektroniske komponenter i én pakke - en mikrochip (chip). Siden da har menneskeheden indledt en proces af perfektion, som endnu ikke er afsluttet.
Formål med trykte kredsløb
På nuværende tidspunkt fremstilles en lang række elektroniske komponenter med forskellige grader af integration i integrerede designs. De kan bruges som byggeklodser til at samle forskellige elektroniske enheder. Et radiomodtagerkredsløb kan f.eks. implementeres på forskellige måder. Et udgangspunkt er at anvende mikrokredsløbssæt af transistorer. Ved at forbinde deres ledninger er det muligt at lave en modtagerenhed. Det næste skridt er at bruge de enkelte enheder i et integreret design (hver i sit eget kabinet):
- radiofrekvensforstærker
- heterodyne;
- mixer;
- lydfrekvensforstærker.
Endelig er den mest moderne variant at have hele modtageren i en enkelt chip, hvor der kun tilføjes nogle få eksterne passive elementer. Det er indlysende, at kredsløbsdesignet bliver enklere, efterhånden som integrationsgraden øges. Selv en komplet computer kan nu implementeres på en enkelt chip. Dens ydeevne vil stadig være lavere end konventionelle computeranordninger, men med teknologiske fremskridt kan dette punkt måske også overvindes.
Chip-typer
Der fremstilles i dag et enormt antal forskellige typer mikrokredsløb. Stort set enhver komplet elektronisk enhed, standard eller specialiseret, kan fås i et mikrodesign. Det er ikke muligt at opregne og adskille alle typer inden for rammerne af en enkelt gennemgang. Men generelt kan IC'er opdeles i tre overordnede kategorier efter deres funktionalitet.
- Digital. De arbejder med diskrete signaler. Digitale niveauer føres ind i indgangen, og signaler i digital form tages også fra udgangen. Denne klasse af enheder dækker området fra simple logiske elementer til de mest avancerede mikroprocessorer. Dette omfatter også programmerbare logiske arrays, hukommelsesenheder osv.
- Analog. De arbejder med signaler, som ændrer sig efter en kontinuerlig lov. Et typisk eksempel på denne type chip er en lydfrekvensforstærker. Denne klasse omfatter også integrerede linjestabilisatorer, signalgeneratorer, målesensorer og meget mere. Sæt af passive elementer (modstande, RC-kredsløb osv.) hører også til den analoge kategori.modstande, RC-kredsløb osv.).
- Analogt til digitalt (digitalt til analogt). Disse chips konverterer ikke kun diskrete data til kontinuerlige data eller omvendt. Kilde- eller modtagelsessignaler i samme kabinet kan forstærkes, konverteres, moduleres, dekodes osv. Analog-til-digital-sensorer anvendes i vid udstrækning til at kommunikere målekredsløb i forskellige teknologiske processer med datamateriel.
IC'er er også opdelt efter fremstillingsmetode:
- Halvleder - fremstillet på en enkelt halvlederchip;
- Film - passive elementer fremstilles på basis af tykke eller tynde film;
- Hybrid: aktive halvlederkomponenter (transistorer osv.).
Men i forbindelse med anvendelsen af mikrokredsløb giver denne klassifikation i de fleste tilfælde ikke meget praktisk information.
Chipshells
For at beskytte det indre indhold og for at forenkle installationen er mikrokredsløbene placeret i en pakke. Oprindeligt blev de fleste mikrokredsløb fremstillet i et metalkabinet (runde eller rektangulære) med fleksible stifter placeret rundt om kanten.
Dette design kunne ikke udnytte miniaturiseringen fuldt ud, fordi enhedens dimensioner var meget store i forhold til chipstørrelsen. Desuden var integrationsgraden lav, hvilket kun forværrede problemet. I midten af tresserne blev DIP-pakken (dobbelt in-line-pakke), en rektangulær kasse med stive stifter på begge sider. Problemet med den store størrelse blev ikke løst, men denne løsning gjorde det ikke desto mindre muligt at opnå en højere pakningstæthed og at lette automatiseret samling af elektroniske kredsløb. Antallet af DIP-stifter varierer fra 4 til 64, selv om enheder med mere end 40 stadig er meget sjældne.
Vigtigt! Pinafstanden for DIP-mikrokredsløb af indenlandsk produktion er 2,5 mm, mens den for importerede mikrokredsløb er 2,54 mm (1 linje = 0,1 tomme.). På grund af dette opstår der problemer ved udveksling af komplette, tilsyneladende russiske og importerede modstykker. En lille forskel gør det svært at få den samme funktionalitet og pin-allokering til at passe ind i printplader og paneler.
Med udviklingen af den elektroniske teknologi blev ulemperne ved DIP-pakker tydelige. Mikroprocessorer havde ikke nok pins, og det stigende antal pins krævede mere plads på printpladerne. Det andet problem, der satte en stopper for DIP-dominansen, var udbredelsen af overflademontering. I stedet for at lodde chips i huller på printpladerne blev de loddet direkte på pads. Denne monteringsmetode viste sig at være meget rationel, så der var behov for chips i pakninger, der var tilpasset til lodning på overfladen. Og processen med at udskifte monteringsanordningerne med "hul" (sandt hul) elementer kaldet SMD (overflade monteret detalje).
Det første skridt i retning af overflademonteret design var indførelsen af SOIC-pakker og deres ændringer (SOP, HSOP og andre konstruktioner). Ligesom DIP-typerne er stilkene anbragt i to rækker på langsiderne, men de er parallelle med kassens underside.
En yderligere udvikling er QFP-huset. Dette etui har firkantede stifter på hver side. Den ligner PLLC-pakken, men den er tættere på DIP-pakken, selv om benene også er hele vejen rundt om omkredsen.
I nogen tid holdt DIP-chips sig i hævd i sektoren for programmerbare enheder (ROM'er, controllere, PLM), men udbredelsen af on-chip-programmering har også fortrængt dobbeltrækkende true hole-pakker fra dette område. I dag er selv dele, som tidligere blev monteret i huller - f.eks. integrerede spændingsregulatorer osv. - nu SMD-klar.
Udviklingen af mikroprocessorhuse har taget en anden vej. Da antallet af pins ikke passer ind i omkredsen af et kvadrat af rimelig størrelse, er benene på en stor chip anbragt i en matrix (PGA, LGA osv.).
Fordele ved at bruge chips
Mikrochippen revolutionerede elektronikverdenen med sin indførelse (især inden for mikroprocessorteknologi). Computere på rør, som fyldte et eller flere rum, er i dag en historisk kuriositet. Men en moderne CPU indeholder omkring 20 milliarder transistorer. Hvis vi antager et diskret transistorareal på mindst 0,1 kvadratcentimeter, skal processoren som helhed fylde mindst 200000 kvadratmeter, dvs. ca. 2000 mellemstore treværelseslejligheder.
Der skal også være plads til hukommelse, lydkort, lydkort, netværksadaptere og andre perifere enheder. Omkostningerne ved at montere så mange diskrete komponenter ville være enorme, og pålideligheden ville være uacceptabelt lav. Fejlfinding og reparation ville have været utroligt tidskrævende. Det er klart, at den personlige computers æra uden højt integrerede kredsløb aldrig ville have fundet sted. Uden moderne teknologi ville der heller ikke være blevet skabt computerintensive apparater, lige fra forbrugerudstyr til industrielt eller videnskabeligt udstyr, hvis det ikke havde været muligt.
Retningen for udviklingen af elektronikken er fastlagt på forhånd for mange år fremover. Dette skyldes primært en stigning i integrationsgraden af chipelementer, som skyldes den løbende teknologiske udvikling. Der er et kvalitativt spring foran os, når mikroelektronikken når sine grænser, men det er et spørgsmål om en ret fjern fremtid.
Relaterede artikler:
