Nem tudni, hogy ki találta ki először azt az ötletet, hogy két vagy több tranzisztort helyezzenek el egyetlen félvezető chipen. Az ötlet közvetlenül azután keletkezhetett, hogy a félvezetőipar megkezdte a félvezető elemek gyártását. Ismeretes, hogy e megközelítés elméleti alapjait az 1950-es évek elején publikálták. Kevesebb mint 10 év kellett a technológiai problémák leküzdéséhez, és már a 60-as évek elején megjelent az első olyan eszköz, amely több elektronikus alkatrészt tartalmazott egy csomagban - a mikrochip (chip). Azóta az emberiség elindult a tökéletesség útján, amelynek még nincs vége.
A nyomtatott áramkörök célja
Jelenleg az integrált áramkörökben különböző integráltsági fokú elektronikus alkatrészek széles skáláját gyártják. Ezek építőkockaként használhatók különböző elektronikus eszközök összeállításához. Például egy rádióvevő áramkör többféleképpen is megvalósítható. A kiindulópont a tranzisztorokból álló mikroáramkör-készletek használata. Vezetékeik összekapcsolásával egy vevőberendezés készíthető. A következő lépés az egyes részegységek integrált tervezésben történő felhasználása (mindegyik a saját házában):
- rádiófrekvenciás erősítő
- heterodyne;
- mixer;
- hangfrekvenciás erősítő.
Végül a legmodernebb változat az, hogy a teljes vevő egyetlen chipben van, és csak néhány külső passzív elemet adnak hozzá. Nyilvánvaló, hogy az integráció mértékének növekedésével az áramkörök tervezése egyszerűbbé válik. Ma már akár egy teljes számítógép is megvalósítható egyetlen chipen. Teljesítménye még mindig alacsonyabb lesz, mint a hagyományos számítástechnikai eszközöké, de a technológia fejlődésével talán ez a pont is meghódítható.
Chip típusok
Manapság rengetegféle mikroáramkört gyártanak. Gyakorlatilag bármilyen teljes elektronikai szerelvény, legyen az szabványos vagy speciális, elérhető mikro kivitelben. Egy felülvizsgálat keretében nem lehetséges az összes típus felsorolása és szétszedése. Általánosságban azonban az IC-k funkcionalitásuk alapján három globális kategóriába sorolhatók.
- Digitális. Diszkrét jelekkel dolgoznak. A bemenetre digitális szinteket táplálnak, és a kimenetről is digitális formátumú jeleket vesznek. Ez az eszközosztály az egyszerű logikai elemektől a legfejlettebb mikroprocesszorokig terjed. Ide tartoznak a programozható logikai tömbök, memóriaeszközök stb. is.
- Analóg. Olyan jelekkel dolgoznak, amelyek egy folyamatos törvény szerint változnak. Az ilyen típusú chipek tipikus példája egy audiofrekvenciás erősítő. Ebbe az osztályba tartoznak az integrált vonalstabilizátorok, jelgenerátorok, mérőérzékelők és egyéb eszközök is. A passzív elemek (ellenállások, RC-áramkörök stb.) szintén az analóg kategóriába tartoznak.ellenállások, RC áramkörök stb.).
- Analógból digitálisba (digitálisból analógba). Ezek a chipek nem csak a diszkrét adatokat alakítják át folyamatos adatokká, vagy fordítva. A forrás- vagy fogadott jeleket ugyanabban a házban lehet erősíteni, átalakítani, modulálni, dekódolni stb. Az analóg-digitális érzékelőket széles körben használják a különböző technológiai folyamatok mérőáramköreinek a számítástechnikai eszközökkel való kommunikációjára.
Az IC-ket a gyártás típusa szerint is felosztják:
- Félvezető - egyetlen félvezető chipen készült;
- A film - passzív elemeket vastag vagy vékony filmek alapján gyártják;
- Hibrid: aktív félvezető eszközök (tranzisztorok stb.).
A mikroáramkörök alkalmazása szempontjából azonban ez az osztályozás a legtöbb esetben nem sok gyakorlati információt ad.
Chipshells
A belső tartalom védelme és a telepítés egyszerűsítése érdekében a mikroáramköröket egy csomagban helyezik el. Kezdetben a legtöbb mikroáramkört fémházban gyártották (kerek vagy téglalap alakú), a kerület körül elhelyezett rugalmas csapokkal.
Ez a kialakítás nem tudta teljes mértékben kihasználni a miniatürizálás előnyeit, mivel az eszköz méretei nagyon nagyok voltak a chip méretéhez képest. Ráadásul az integráció mértéke alacsony volt, ami csak súlyosbította a problémát. A hatvanas évek közepén a DIP-csomag (kettős in-line csomag), egy téglalap alakú doboz, amelynek mindkét oldalán merev csapok vannak. A nagy méret problémáját nem sikerült megoldani, de mindazonáltal ez a megoldás lehetővé tette a nagyobb csomagolási sűrűség elérését, valamint az automatizált elektronikus áramkör-összeszerelés megkönnyítését. A DIP-tűk száma 4 és 64 között mozog, bár a 40-nél többel rendelkező egységek még mindig nagyon ritkák.
Fontos! A hazai gyártású DIP mikroáramkörök tűtávolsága 2,5 mm, az importált mikroáramköröké 2,54 mm (1 vonal = 0,1 hüvelyk.). Emiatt problémák merülnek fel a teljes, látszólag orosz és importált társaik cseréjekor. Egy kis eltérés megnehezíti az azonos funkcionalitás és tűkiosztás beillesztését a táblákba és a panelekbe.
Az elektronikai technológia fejlődésével nyilvánvalóvá váltak a DIP-csomagok hátrányai. A mikroprocesszorok nem rendelkeztek elegendő tűvel, és a növekvő tűszám több helyet igényelt a lapokon. A második probléma, amely a DIP uralmának korszakát lezárta, a felületi szerelés elterjedése volt. Ahelyett, hogy a chipeket a lapkákon lévő lyukakba forrasztották volna, közvetlenül a lapkákra forrasztották őket. Ez a szerelési módszer nagyon racionálisnak bizonyult, ezért szükség volt a felületre forrasztáshoz igazított csomagolású chipekre. És a "lyukas" rögzítőeszközök cseréjének folyamata (valódi lyuk) elemeket hívnak SMD (felületre szerelt részlet).
Az első lépés a felületre szerelt kialakítás felé a SOIC-csomagok és azok módosításainak bevezetése volt (SOP, HSOP és egyéb tervek). A DIP-típusokhoz hasonlóan ezeknél is két sor csapszeg található a hosszú oldalakon, de ezek párhuzamosak a ház aljával.
További fejlesztés a QFP ház. Ez a tok mindkét oldalán négyzet alakú csapokkal rendelkezik. Hasonlít a PLLC csomaghoz, de közelebb áll a DIP-hez, bár a lábak szintén a kerület körül helyezkednek el.
A DIP chipek egy ideig megállták a helyüket a programozható eszközök ágazatában (ROM-ok, vezérlők, PLM), de az on-chip programozás elterjedése kiszorította a kétsoros true hole csomagokat erről a területről is. Manapság még a korábban lyukakba szerelt alkatrészek - mint például az integrált feszültségszabályozók stb. - is SMD-képesek.
A mikroprocesszorházak fejlesztése más utat járt be. Mivel a csapok száma nem fér el egy ésszerű méretű négyzet kerületén, a nagyméretű chip lábai mátrixban vannak elrendezve (PGA, LGA stb.).
A chipek használatának előnyei
A mikrochip megjelenése forradalmasította az elektronika világát (különösen a mikroprocesszor-technológiában). Az egy vagy több szobát elfoglaló csöves számítógépek történelmi kuriózumként maradtak meg. Egy modern CPU azonban körülbelül 20 milliárd tranzisztort tartalmaz. Ha feltételezzük, hogy a diszkrét tranzisztorok területe legalább 0,1 négyzetcentiméter, akkor a processzor által elfoglalt területnek legalább 200000 négyzetméternek kellene lennie - körülbelül 2000 háromszobás, közepes méretű lakásnak.
Helyet kell biztosítani a memória, a hangkártyák, a hangkártyák, a hálózati adapterek és egyéb perifériák számára is. Ennyi diszkrét alkatrész beépítésének költségei óriásiak lennének, a megbízhatóság pedig elfogadhatatlanul alacsony lenne. A hibaelhárítás és a javítás hihetetlenül időigényes lett volna. Nyilvánvaló, hogy a személyi számítógépek korszaka a nagymértékben integrált áramkörök nélkül soha nem jött volna létre. A modern technológia nélkül nem jöttek volna létre a nagy számításigényű eszközök a fogyasztói, ipari vagy tudományos eszközökig.
Az elektronika fejlődésének iránya hosszú évekre előre meghatározott. Ez elsősorban a chipelemek integráltsági fokának növekedése, ami a technológia folyamatos fejlődésének köszönhető. Minőségi ugrás várható, amikor a mikroelektronikai képességek elérik határaikat, de ez még a távoli jövő kérdése.
Kapcsolódó cikkek:
