Pole teada, kes tuli esimesena välja ideele teha kaks või enam transistorit ühele pooljuhtkiibile. Idee võis tekkida vahetult pärast pooljuhtelementide tootmise algust. Teatavasti avaldati selle lähenemise teoreetilised alused eelmise sajandi 50. aastate alguses. Tehnoloogiliste probleemide ületamiseks kulus vähem kui 10 aastat ja juba 60ndate alguses toodeti esimene seade, mis sisaldas ühes pakendis mitut elektroonilist komponenti - mikrokiip (kiip). Sellest ajast peale on inimkond asunud paranemise teele, millel pole veel lõppu.
IC-de eesmärk
Praegu valmistatakse integreeritud konstruktsioonides mitmesuguseid erineva integratsiooniastmega elektroonikasõlmesid. Nendest, nagu tellistest, saate kokku panna mitmesuguseid elektroonikaseadmeid. Seega saab raadiovastuvõtja ahelat rakendada erineval viisil. Lähtepunktiks on kiipide ja transistoride komplektide kasutamine. Ühendades nende kontaktid, saate teha vastuvõtja seadme. Järgmine samm on üksikute sõlmede kasutamine integreeritud disainis (igaüks oma korpuses):
- raadiosagedusvõimendi;
- heterodüün;
- segisti;
- helisagedusvõimendi.
Lõpuks moodsaim variant – kogu vastuvõtja ühes kiibis, tuleb lisada vaid paar välist passiivset elementi. Ilmselgelt muutub integratsiooniastme kasvades ahelate ehitamine lihtsamaks. Ka täisarvuti saab tänapäeval realiseerida ühele kiibile. Selle jõudlus on endiselt madalam kui tavalistel arvutusseadmetel, kuid tehnoloogia arenguga saab isegi selle punkti lüüa.
Laastude tüübid
Tänapäeval on tohutul hulgal kiibitüüpe. Peaaegu iga täielik elektroonikakomplekt, nii standardne kui ka spetsialiseeritud, on mikrodisainiga. Kõiki tüüpe pole võimalik ühes ülevaates loetleda ja lahti võtta. Kuid üldiselt saab kiibid funktsionaalsuse järgi jagada kolme globaalsesse kategooriasse.
- Digitaalne. Nad töötavad diskreetsete signaalidega. Sisendisse suunatakse digitaalsed tasemed ja väljundist võetakse ka digitaalsel kujul signaale. See seadmete klass hõlmab valdkonda lihtsatest loogikaelementidest kuni kõige arenenumate mikroprotsessoriteni. Siia kuuluvad ka programmeeritavad loogikamaatriksid, mäluseadmed jne.
- Analoog. Nad töötavad signaalidega, mis muutuvad vastavalt pidevale seadusele. Sellise kiibi tüüpiline näide on helisagedusvõimendi. Sellesse klassi kuuluvad ka integreeritud liinistabilisaatorid, signaaligeneraatorid, mõõteandurid ja palju muud. Analoogkategooria hõlmab ka passiivsete elementide komplekte (Takistid, RC-ahelad jne.).
- Analoog-digitaal (digitaal-analoog). Need kiibid ei muuda mitte ainult diskreetseid andmeid pidevateks andmeteks või vastupidi. Allika- või vastuvõetud signaale saab samal juhul võimendada, teisendada, moduleerida, dekodeerida jne. Analoog-digitaalandureid kasutatakse laialdaselt erinevate tehnoloogiliste protsesside mõõteahelate edastamiseks arvutusseadmetega.
Ka mikroskeemid jagunevad tootmistüübi järgi:
- Pooljuht - valmistatud ühe pooljuhtkristalli peal;
- Kile - passiivsed elemendid luuakse paksude või õhukeste kilede baasil;
- Hübriid: aktiivsed pooljuhtseadmed on "istutatud" passiivsetele kileelementidele (transistorid jne.).
Kuid mikroskeemide rakendamiseks ei anna see klassifikatsioon enamikul juhtudel palju praktilist teavet.
Kiibikestad
Sisemise sisu kaitsmiseks ja paigaldamise lihtsustamiseks asetatakse mikroskeemid pakendisse. Algselt toodeti enamik mikroskeeme metallkestas (ringikujuline või ristkülikukujuline) painduvate tihvtidega, mis on paigutatud piki perimeetrit.
Selline disain ei võimaldanud kasutada kõiki miniaturiseerimise eeliseid, kuna seadme mõõtmed olid kristalli suurusega võrreldes väga suured. Lisaks oli integratsiooniaste madal, mis ainult süvendas probleemi. Kuuekümnendate keskel oli DIP (kahekordne pakett), ristkülikukujuline kast, mille mõlemal küljel on jäigad tihvtid. Suurte mõõtmete probleemi ei lahendatud, kuid sellegipoolest võimaldas see lahendus saavutada suuremat pakkimistihedust, samuti lihtsustada elektrooniliste vooluahelate automatiseeritud kokkupanekut. Kiibi tihvtide arv DIP-pakendis jääb vahemikku 4–64, kuigi rohkem kui 40 "jalaga" on ikka veel harva.
Tähtis! Kodumaise tootmise DIP-mikroskeemide kontaktide vahe on 2,5 mm, imporditud - 2,54 mm (1 rida = 0,1 tolli). Seetõttu tekivad probleemid Venemaa ja imporditud toodangu terviklike, näiliselt analoogide vastastikku asendamisel. Väike lahknevus raskendab sama funktsionaalsuse ja tihvtide määramise seadmete paigaldamist plaatidesse ja paneelidesse.
Elektroonikatehnoloogia arenedes ilmnesid DIP-pakettide puudused. Mikroprotsessoritel ei olnud piisavalt kontakte ja tihvtide arvu suurenemine nõudis pakendite suuruse suurendamist. Teine probleem, mis viis DIP domineerimise ajastu lõpule, oli pindmontaaži levik.Neid kiipe ei paigaldatud enam plaatide aukudesse, vaid joodeti otse patjadele. Selline paigaldusviis osutus väga ratsionaalseks, mistõttu tekkis vajadus pindjootmiseks kohandatud kiipide järele. Ja "augu" paigaldamise seadmete nihutamise protsess (tõeline auk) elemendid nimega kui SMD (pinnale paigaldatud detail).
Esimene samm pinnale paigaldamiseks oli SOIC-pakettide ja nende modifikatsioonide kasutuselevõtt (SOP, HSOP ja muud variandid). Nagu DIP-l, on nende pikkadel külgedel kaks rida tüüblitihvte, kuid need on paralleelsed korpuse alumise tasapinnaga.
Edasine arendus on QFP korpus. Selle korpuse mõlemal küljel on ruudukujulised tihvtid. See sarnanes PLLC-korpusega, kuid oli siiski DIP-korpusele lähemal, kuigi tihvtid olid samuti ümbermõõdu ümber.
Mõnda aega püsisid DIP-kiibid programmeeritavate seadmete sektoris (ROM, kontroller, PLM), kuid kiibile programmeerimise levik tõrjus tõelised kaherealised paketid ka sellest piirkonnast välja. Tänapäeval on SMD-vormingus isegi need osad, millel ei tundunud auku paigaldamisele alternatiivi – näiteks integreeritud pingeregulaatorid jne.
Mikroprotsessorite korpuste arendamine on läinud teist teed. Kuna tihvtide arv ei mahu ühegi mõistliku suurusega ruudu perimeetrisse, on suure kiibi jalad paigutatud maatriksi kujul (PGA, LGA jne.).
Kiipide kasutamise eelised
Mikrokiibi tulek muutis elektroonikamaailma.eriti mikroprotsessortehnoloogias). Ajaloolise kurioosumina mäletatakse elektripirnide arvuteid, mis võtsid enda alla ühe või mitu ruumi. Kuid kaasaegne protsessor sisaldab umbes 20 miljardit transistorit.Kui eeldada, et transistori diskreetne pindala on vähemalt 0,1 ruutsentimeetrit, peaks protsessori kui terviku hõivatav pind olema vähemalt 200 000 ruutmeetrit – umbes 2000 kolmetoalist keskmise suurusega korterit.
Samuti on vaja ruumi anda mälule, helikaardile, helikaardile, võrguadapterile ja muudele välisseadmetele. Nii paljude eraldiseisvate elementide paigaldamise kulud oleksid tohutud ja töökindlus oleks lubamatult madal. Veaotsing ja remont oleks võtnud uskumatult kaua aega. On selge, et personaalarvutite ajastut poleks kunagi toimunud ilma väga integreeritud kiipideta. Samuti ilma tänapäevase tehnoloogiata, arvutusmahukate seadmeteta, alates tarbekaupadest kuni tööstuslike või teaduslikeni
Elektroonika arendamise suund on ette määratud paljudeks aastateks. See on ennekõike mikrokiibi elementide integratsiooniastme tõus, mis on seotud tehnoloogia pideva arenguga. Mikroelektroonika võimekuse piirini jõudes on ees kvalitatiivne hüpe, kuid see on üsna kauge tuleviku küsimus.
Seotud artiklid:
