On ne sait pas qui a eu l'idée de mettre deux transistors ou plus sur une seule puce semi-conductrice. L'idée a pu naître juste après que l'industrie des semi-conducteurs ait commencé à produire des éléments semi-conducteurs. On sait que la base théorique de cette approche a été publiée au début des années 1950. Il a fallu moins de 10 ans pour surmonter les problèmes technologiques et, dès le début des années 60, le premier dispositif contenant plusieurs composants électroniques dans un seul emballage - une puce électronique (puce). Depuis lors, l'humanité s'est engagée sur un chemin de perfection qui n'est pas encore terminé.
Objectif des circuits imprimés
À l'heure actuelle, une grande variété de composants électroniques avec différents degrés d'intégration sont fabriqués dans des circuits intégrés. Ils peuvent être utilisés comme des blocs de construction pour assembler divers dispositifs électroniques. Par exemple, un circuit de récepteur radio peut être mis en œuvre de différentes manières. Un point de départ consiste à utiliser des ensembles de microcircuits de transistors. En reliant leurs fils, il est possible de fabriquer un dispositif récepteur. L'étape suivante consiste à utiliser des assemblages individuels dans une conception intégrée (chacun dans son propre logement):
- amplificateur de radiofréquence
- hétérodyne;
- mélangeur ;
- amplificateur de fréquence audio.
Enfin, la variante la plus moderne consiste à avoir l'ensemble du récepteur dans une seule puce, en ajoutant seulement quelques éléments passifs externes. Évidemment, plus le degré d'intégration augmente, plus la construction des circuits se simplifie. Même un ordinateur complet peut désormais être implanté sur une seule puce. Ses performances seront toujours inférieures à celles des appareils informatiques classiques, mais avec les progrès de la technologie, peut-être ce point pourra-t-il être conquis également.
Types de puces
Il existe un très grand nombre de types de microcircuits fabriqués aujourd'hui. Pratiquement tous les assemblages électroniques complets, standard ou spécialisés, existent en version micro. Il n'est pas possible d'énumérer et de démonter tous les types dans le cadre d'un seul examen. Mais d'une manière générale, les circuits intégrés peuvent être divisés en trois catégories globales en fonction de leur fonctionnalité.
- Digital. Ils travaillent avec des signaux discrets. Des niveaux numériques sont introduits à l'entrée et des signaux sous forme numérique sont également prélevés à la sortie. Cette catégorie de dispositifs couvre le champ des éléments logiques simples aux microprocesseurs les plus avancés. Cela inclut également les réseaux logiques programmables, les dispositifs de mémoire, etc.
- Analogique. Ils travaillent avec des signaux qui changent selon une loi continue. Un exemple typique de ce type de puce est un amplificateur de fréquence audio. Cette classe comprend également des stabilisateurs de ligne intégrés, des générateurs de signaux, des capteurs de mesure, etc. Les ensembles d'éléments passifs (résistances, circuits RC, etc.) appartiennent également à la catégorie analogique.résistances, circuits RC, etc.).
- Analogique à numérique (numérique à analogique). Ces puces ne se contentent pas de convertir des données discrètes en données continues ou vice versa. Les signaux sources ou reçus dans le même boîtier peuvent être amplifiés, convertis, modulés, décodés, etc. Les capteurs analogiques-numériques sont largement utilisés pour faire communiquer les circuits de mesure de divers processus technologiques avec des dispositifs informatiques.
Les circuits intégrés sont également subdivisés en fonction du type de fabrication :
- Semi-conducteur - fabriqué sur une seule puce semi-conductrice ;
- Les éléments passifs en film sont fabriqués sur la base de films épais ou minces ;
- Hybride : dispositifs à semi-conducteurs actifs (transistors etc.).
Mais pour l'application des microcircuits, cette classification ne donne pas beaucoup d'informations pratiques dans la plupart des cas.
Chipshells
Pour protéger le contenu interne et simplifier l'installation, les microcircuits sont placés dans un boîtier. Au départ, la plupart des microcircuits étaient produits dans un boîtier métallique (rond ou rectangulaire) avec des broches flexibles disposées sur le périmètre.
Cette conception ne pouvait pas tirer pleinement parti de la miniaturisation car les dimensions du dispositif étaient très importantes par rapport à la taille de la puce. En outre, le degré d'intégration était faible, ce qui n'a fait qu'exacerber le problème. Au milieu des années soixante, le boîtier DIP (paquet double en ligne), une boîte rectangulaire avec des broches rigides des deux côtés. Le problème de la grande taille n'a pas été résolu, mais cette solution a néanmoins permis d'atteindre une plus grande densité d'emballage, ainsi que de faciliter l'assemblage automatisé des circuits électroniques. Le nombre de broches DIP varie de 4 à 64, bien que les boîtiers comportant plus de 40 broches soient encore très rares.
Important ! L'espacement des broches des microcircuits DIP de production nationale est de 2,5 mm, celui des microcircuits importés est de 2,54 mm (1 ligne = 0,1 pouce.). C'est pourquoi des problèmes se posent lors du remplacement d'homologues russes et importés apparemment complets. Une petite différence rend difficile l'intégration de la même fonctionnalité et de la même affectation de broches dans les cartes et les panneaux.
Avec le développement de la technologie électronique, les inconvénients des boîtiers DIP sont devenus évidents. Les microprocesseurs n'avaient pas assez de broches, et l'augmentation du nombre de broches nécessitait plus d'espace sur les cartes. Le deuxième problème qui a mis fin à l'ère de la domination des DIP a été la prolifération du montage en surface. Au lieu de souder les puces dans les trous des cartes, elles étaient soudées directement sur des pastilles. Cette méthode de montage s'est avérée très rationnelle, d'où la nécessité de disposer de puces dans des boîtiers adaptés au soudage à la surface. Et le processus de remplacement des dispositifs de montage "à trou" (trou véritable) nommés comme SMD (détail en surface).
La première étape vers un design monté en surface a été l'introduction des boîtiers SOIC et leurs modifications (SOP, HSOP et autres modèles). Comme les types DIP, ces boîtiers comportent deux rangées de goujons sur les côtés longs, mais ceux-ci sont parallèles à la face inférieure du boîtier.
Le boîtier QFP constitue une nouvelle évolution. Cet étui comporte des broches de forme carrée de chaque côté. Il est similaire au paquet PLLC mais il est plus proche du DIP bien que les jambes soient également tout autour de la circonférence.
Pendant un certain temps, les puces DIP ont tenu leur rang dans le secteur des dispositifs programmables (ROMs, contrôleurs, PLM), mais la prolifération de la programmation sur puce a évincé les boîtiers à double rangée de trous véritables de cette zone également. Aujourd'hui, même les pièces qui étaient auparavant montées dans des trous - comme les régulateurs de tension intégrés, etc. - sont désormais prêtes à être montées en surface.
Le développement des boîtiers de microprocesseurs a pris un chemin différent. Comme le nombre de broches ne rentre pas dans le périmètre d'un carré de taille raisonnable, les pattes d'une grande puce sont disposées en forme de matrice (PGA, LGA, etc.).
Avantages de l'utilisation des puces
L'avènement de la micro-puce a révolutionné le monde de l'électronique (notamment dans la technologie des microprocesseurs). Les ordinateurs sur tubes, qui occupaient une ou plusieurs pièces, sont considérés comme une curiosité historique. Mais un processeur moderne contient environ 20 milliards de transistors. Si l'on suppose que la surface des transistors discrets est d'au moins 0,1 centimètre carré, la surface occupée par le processeur dans son ensemble devrait être d'au moins 200 000 mètres carrés, soit environ 2000 appartements de taille moyenne de trois pièces.
Il faut également prévoir de l'espace pour la mémoire, les cartes de son, les cartes audio, les adaptateurs de réseau et autres périphériques. Le coût du montage d'un si grand nombre de composants discrets serait énorme et la fiabilité serait inacceptable. Le dépannage et la réparation auraient pris énormément de temps. Il est clair que l'ère de l'ordinateur personnel sans les circuits hautement intégrés n'aurait jamais eu lieu. En outre, sans la technologie moderne, les appareils à forte intensité informatique, qu'il s'agisse d'appareils grand public ou d'appareils industriels ou scientifiques, n'auraient pas vu le jour.
La direction du développement de l'électronique est prédéterminée pour de nombreuses années à venir. Il s'agit principalement d'une augmentation du degré d'intégration des éléments de la micropuce, qui est due au développement continu de la technologie. Un saut qualitatif est prévu lorsque les capacités de la microélectronique atteindront leurs limites, mais il s'agit d'un avenir plutôt lointain.
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