Ei tiedetä, kuka keksi ensimmäisenä laittaa kaksi tai useampia transistoreita yhdelle puolijohdesirulle. Idea on saattanut syntyä heti sen jälkeen, kun puolijohdeteollisuus alkoi valmistaa puolijohde-elementtejä. Tiedetään, että tämän lähestymistavan teoreettinen perusta julkaistiin 1950-luvun alussa. Teknologisten ongelmien voittaminen kesti alle 10 vuotta, ja jo 60-luvun alussa saatiin aikaan ensimmäinen laite, joka sisälsi useita elektronisia komponentteja samassa paketissa - mikrosiru (siru). Siitä lähtien ihmiskunta on lähtenyt täydellisyyden tielle, joka ei ole vielä päättynyt.
Painettujen piirien tarkoitus
Tällä hetkellä integroiduissa piireissä valmistetaan monenlaisia elektroniikkakomponentteja, joiden integrointiaste vaihtelee. Niitä voidaan käyttää kuin rakennuspalikoita erilaisten elektronisten laitteiden kokoamiseen. Esimerkiksi radiovastaanotinpiiri voidaan toteuttaa eri tavoin. Lähtökohtana on käyttää transistorien mikropiirisarjoja. Yhdistämällä niiden johdot on mahdollista tehdä vastaanottolaite. Seuraava vaihe on käyttää yksittäisiä kokoonpanoja integroidussa suunnittelussa (kukin omassa kotelossaan):
- radiotaajuusvahvistin
- heterodyni;
- sekoitin;
- audiotaajuusvahvistin.
Nykyaikaisin vaihtoehto on, että koko vastaanotin on yhdellä sirulla ja siihen lisätään vain muutama ulkoinen passiivielementti. On selvää, että kun integrointiaste kasvaa, piirien suunnittelu yksinkertaistuu. Jopa kokonainen tietokone voidaan nyt toteuttaa yhdellä sirulla. Sen suorituskyky on edelleen alhaisempi kuin perinteisten laskentalaitteiden, mutta tekniikan kehittyessä ehkä tämäkin seikka voidaan voittaa.
Sirutyypit
Nykyään valmistetaan valtavasti erilaisia mikropiirejä. Käytännössä kaikki elektroniset kokoonpanot, vakio- tai erikoiskokoonpanot, ovat mikromalleja. Kaikkia tyyppejä ei ole mahdollista luetella ja purkaa yhden tarkastelun puitteissa. Yleisesti ottaen IC:t voidaan kuitenkin jakaa kolmeen yleisluokkaan niiden toiminnallisuuden mukaan.
- Digitaalinen. Ne toimivat erillisillä signaaleilla. Digitaaliset tasot syötetään sisääntuloon ja digitaaliset signaalit otetaan myös ulostulosta. Tämä laiteluokka kattaa yksinkertaisista loogisista elementeistä edistyneimpiin mikroprosessoreihin. Tähän kuuluvat myös ohjelmoitavat logiikkasarjat, muistilaitteet jne.
- Analoginen. Ne toimivat signaalien kanssa, jotka muuttuvat jatkuvan lain mukaisesti. Tyypillinen esimerkki tämäntyyppisestä sirusta on audiotaajuusvahvistin. Tähän luokkaan kuuluvat myös integroidut linjastabilisaattorit, signaaligeneraattorit, mittausanturit ja paljon muuta. Myös passiivisten elementtien sarjat (vastukset, RC-piirit jne.) kuuluvat analogiseen luokkaan.vastukset, RC-piirit jne.).
- Analogisesta digitaaliseksi (digitaalinen analogiseksi). Nämä sirut eivät ainoastaan muunna diskreettiaineistoa jatkuvaksi aineistoksi tai päinvastoin. Samassa kotelossa olevia lähde- tai vastaanottosignaaleja voidaan vahvistaa, muuntaa, moduloida, dekoodata jne. Analogi-digitaaliantureita käytetään laajalti erilaisten teknisten prosessien mittauspiirien ja tietojenkäsittelylaitteiden väliseen tiedonsiirtoon.
IC:t jaetaan myös valmistustyypin mukaan:
- Puolijohde - valmistettu yhdellä puolijohdesirulla;
- Filmipassiiviset elementit valmistetaan paksujen tai ohuiden kalvojen pohjalta;
- Hybridi: aktiiviset puolijohdekomponentit (transistorit jne.).
Mikropiirien soveltamisessa tämä luokittelu ei kuitenkaan useimmissa tapauksissa anna paljon käytännön tietoa.
Chipshells
Sisäisen sisällön suojaamiseksi ja asennuksen yksinkertaistamiseksi mikropiirit on sijoitettu pakkaukseen. Aluksi useimmat mikropiirit valmistettiin metallikotelossa (pyöreä tai suorakaiteen muotoinen), jonka ympärille on sijoitettu joustavat nastat.
Tässä mallissa ei voitu hyödyntää täysin pienentämistä, koska laitteen mitat olivat hyvin suuret verrattuna sirun kokoon. Lisäksi integraatioaste oli alhainen, mikä vain pahensi ongelmaa. Kuusikymmenluvun puolivälissä DIP-paketti (dual in-line-paketti), suorakulmainen laatikko, jonka molemmilla puolilla on jäykät nastat. Suuren koon ongelmaa ei ratkaistu, mutta tämä ratkaisu mahdollisti kuitenkin suuremman pakkaustiheyden saavuttamisen ja helpotti elektroniikkapiirien automaattista kokoonpanoa. DIP-nastojen määrä vaihtelee 4:stä 64:ään, vaikka yli 40 nastan pakkaukset ovat vielä hyvin harvinaisia.
Tärkeää! Kotimaisen tuotannon DIP-mikropiirien nastaväli on 2,5 mm ja tuontimikropiirien 2,54 mm (1 viiva = 0,1 tuumaa.). Tämän vuoksi ongelmia syntyy, kun näennäisesti täydellisiä venäläisiä ja maahantuotuja vastineita korvataan. Pieni ero vaikeuttaa saman toiminnallisuuden ja nastojen jakamisen sovittamista levyihin ja paneeleihin.
Elektroniikkatekniikan kehittyessä DIP-pakettien haitat tulivat ilmeisiksi. Mikroprosessoreissa ei ollut tarpeeksi nastoja, ja yhä useammat nastat vaativat enemmän tilaa piirilevyillä. Toinen ongelma, joka päätti DIP-piirien ylivallan aikakauden, oli pinta-asennuksen yleistyminen. Sen sijaan, että siruja olisi juotettu piirilevyjen reikiin, ne juotettiin suoraan tyynyihin. Tämä kiinnitysmenetelmä osoittautui hyvin järkeväksi, joten tarvittiin siruja, joiden pakkaukset oli mukautettu juottamaan pinnalle. Ja "reikä"-kiinnityslaitteiden vaihtoprosessi (todellinen reikä) elementit nimeltä SMD (pinta-asennettu yksityiskohta).
Ensimmäinen askel kohti pinta-asennettua suunnittelua oli SOIC-koteloiden ja niiden muutosten käyttöönotto (SOP, HSOP ja muut mallit). DIP-tyyppien tapaan varret on sijoitettu kahteen riviin pitkille sivuille, mutta ne ovat yhdensuuntaiset kotelon alapinnan kanssa.
QFP-kotelo on uusi kehitysaskel. Tässä kotelossa on neliönmuotoiset nastat kummallakin puolella. Se on samanlainen kuin PLLC-paketti, mutta se on lähempänä DIP-pakettia, vaikka myös sen jalat ovat ympäri kehää.
DIP-sirut pitivät jonkin aikaa pintansa ohjelmoitavien laitteiden alalla (ROMit, ohjaimet, PLM), mutta piirin sisäisen ohjelmoinnin yleistyminen on syrjäyttänyt myös tältä alueelta kaksiriviset True Reole -pakkaukset. Nykyään jopa osat, jotka ennen asennettiin reikiin - kuten integroidut jännitteensäätimet jne. - ovat nykyään SMD-valmiita.
Mikroprosessorikoteloiden kehitys on kulkenut eri tietä. Koska nastojen määrä ei mahdu minkään kohtuullisen kokoisen neliön kehälle, suuren sirun jalat on järjestetty matriisiksi (PGA, LGA jne.).
Sirujen käytön edut
Mikrosirun tulo mullisti elektroniikan maailman (erityisesti mikroprosessoritekniikassa). Putkissa olevat tietokoneet, jotka veivät yhden tai useamman huoneen, muistetaan historiallisena kuriositeettina. Nykyaikaisessa suorittimessa on kuitenkin noin 20 miljardia transistoria. Jos oletetaan, että transistorien pinta-ala on vähintään 0,1 neliösenttimetriä, prosessorin koko pinta-alan olisi oltava vähintään 200000 neliömetriä - noin 2000 keskikokoista kolmen huoneen asuntoa.
Myös muistille, äänikortille, äänikortille, verkkosovittimille ja muille oheislaitteille on varattava tilaa. Näin monen erillisen komponentin asentaminen maksaisi valtavasti, ja luotettavuus olisi kohtuuttoman alhainen. Vianmääritys ja korjaus olisi ollut erittäin aikaa vievää. On selvää, että henkilökohtaisten tietokoneiden aikakautta ei olisi koskaan tullut ilman integroituja piirejä. Ilman nykyaikaista teknologiaa ei myöskään olisi luotu tietokoneita vaativia laitteita kuluttajalaitteista teollisiin tai tieteellisiin laitteisiin.
Elektroniikan kehityksen suunta on jo ennalta määrätty moneksi vuodeksi eteenpäin. Tämä johtuu pääasiassa siruelementtien integrointiasteen kasvusta, joka johtuu teknologian jatkuvasta kehityksestä. Edessä on laadullinen harppaus, kun mikroelektroniikan mahdollisuudet saavuttavat rajansa, mutta tämä on melko kaukaisen tulevaisuuden asia.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
