Non si sa chi abbia avuto per primo l'idea di mettere due o più transistor su un singolo chip semiconduttore. L'idea potrebbe essere nata subito dopo che l'industria dei semiconduttori ha iniziato a produrre elementi semiconduttori. È noto che la base teorica di questo approccio è stata pubblicata nei primi anni '50. Ci sono voluti meno di 10 anni per superare i problemi tecnologici, e già nei primi anni '60 il primo dispositivo contenente diversi componenti elettronici in un unico pacchetto - il microchip (chip). Da allora l'umanità ha intrapreso un cammino di perfezione che deve ancora finire.
Scopo dei circuiti stampati
Attualmente, una grande varietà di componenti elettronici con vari gradi di integrazione sono prodotti in progetti integrati. Possono essere utilizzati come blocchi di costruzione per assemblare vari dispositivi elettronici. Per esempio, un circuito di ricezione radio può essere implementato in diversi modi. Un punto di partenza è l'uso di microcircuiti di transistor. Collegando i loro cavi, è possibile fare un dispositivo di ricezione. Il passo successivo è quello di utilizzare i singoli assemblaggi in un progetto integrato (ognuno nel suo involucro):
- amplificatore a radiofrequenza
- eterodina;
- mixer;
- amplificatore di frequenza audio.
Infine, la variante più moderna è quella di avere l'intero ricevitore in un unico chip, aggiungendo solo pochi elementi passivi esterni. Ovviamente, all'aumentare del grado di integrazione, la progettazione dei circuiti diventa più semplice. Anche un computer completo può ora essere implementato su un singolo chip. Le sue prestazioni saranno ancora inferiori a quelle dei dispositivi informatici convenzionali, ma con i progressi della tecnologia, forse anche questo punto può essere conquistato.
Tipi di chip
Esiste un numero enorme di tipi di microcircuiti prodotti oggi. Praticamente qualsiasi assemblaggio elettronico completo, standard o specializzato, è disponibile in un micro design. Non è possibile elencare e smontare tutti i tipi nel quadro di una recensione. Ma in generale, gli IC possono essere divisi in tre categorie globali secondo la loro funzionalità.
- Digitale. Lavorano con segnali discreti. I livelli digitali sono immessi nell'ingresso e i segnali in forma digitale sono anche presi dall'uscita. Questa classe di dispositivi copre il campo dai semplici elementi logici ai microprocessori più avanzati. Questo include anche gli array logici programmabili, i dispositivi di memoria, ecc.
- Analogico. Lavorano con segnali che cambiano secondo una legge continua. Un esempio tipico di questo tipo di chip è un amplificatore di frequenza audio. Sono inclusi in questa classe anche stabilizzatori di linea integrati, generatori di segnali, sensori di misura e altro ancora. Anche gli insiemi di elementi passivi (resistenze, circuiti RC, ecc.) appartengono alla categoria analogica.resistenze, circuiti RC, ecc.).
- Da analogico a digitale (da digitale ad analogico). Questi chip non solo convertono dati discreti in dati continui o viceversa. I segnali sorgente o ricevuti nello stesso alloggiamento possono essere amplificati, convertiti, modulati, decodificati, ecc. I sensori analogico-digitali sono ampiamente utilizzati per comunicare i circuiti di misurazione di vari processi tecnologici con i dispositivi di calcolo.
Gli IC sono anche suddivisi secondo il tipo di fabbricazione:
- Semiconduttore - fatto su un singolo chip semiconduttore;
- Film - gli elementi passivi sono fabbricati sulla base di film spessi o sottili;
- Ibrido: dispositivi a semiconduttore attivi (transistor ecc.).
Ma per l'applicazione dei microcircuiti questa classificazione non dà molte informazioni pratiche nella maggior parte dei casi.
Chipshells
Per proteggere il contenuto interno e semplificare l'installazione, i microcircuiti sono collocati in un pacchetto. Inizialmente, la maggior parte dei microcircuiti erano prodotti in un involucro di metallo (rotondo o rettangolare) con perni flessibili disposti lungo il perimetro.
Questo progetto non poteva trarre pieno vantaggio dalla miniaturizzazione perché le dimensioni del dispositivo erano molto grandi rispetto alla dimensione del chip. Inoltre, il grado di integrazione era basso, il che non faceva che esacerbare il problema. A metà degli anni sessanta, il pacchetto DIP (pacchetto doppio in linea), una scatola rettangolare con perni rigidi su entrambi i lati. Il problema delle grandi dimensioni non è stato risolto, ma tuttavia questa soluzione ha permesso di ottenere una maggiore densità di imballaggio, oltre a facilitare l'assemblaggio automatizzato dei circuiti elettronici. Il numero di pin DIP varia da 4 a 64, anche se i pacchetti con più di 40 sono ancora molto rari.
Importante! La spaziatura dei pin dei microcircuiti DIP di produzione nazionale è di 2,5 mm, quella dei microcircuiti importati è di 2,54 mm (1 linea = 0,1 pollici.). A causa di questo, sorgono problemi quando si sostituiscono le controparti russe e importate apparentemente complete. Una piccola discrepanza rende difficile inserire la stessa funzionalità e l'assegnazione dei pin in schede e pannelli.
Con lo sviluppo della tecnologia elettronica, gli svantaggi dei pacchetti DIP sono diventati evidenti. I microprocessori non avevano abbastanza pin, e il numero crescente di pin richiedeva più spazio sulle schede. Il secondo problema che ha portato alla fine dell'era del dominio DIP è stata la proliferazione del montaggio superficiale. Invece di saldare i chip nei fori delle schede, venivano saldati direttamente sui pad. Questo metodo di montaggio si è rivelato molto razionale, quindi c'era bisogno di chip in pacchetti adatti alla saldatura sulla superficie. E il processo di sostituzione dei dispositivi di montaggio del "buco" (buco vero) elementi chiamati SMD (dettaglio montato in superficie).
Il primo passo verso un design a montaggio superficiale fu l'introduzione dei pacchetti SOIC e le loro modifiche (SOP, HSOP e altri design). Come i tipi DIP, gli steli sono disposti in due file sui lati lunghi, ma sono paralleli alla parte inferiore della cassa.
Un ulteriore sviluppo è l'alloggiamento QFP. Questa custodia ha dei perni di forma quadrata su ogni lato. È simile al pacchetto PLLC ma è più vicino al DIP anche se le gambe sono anche tutte intorno alla circonferenza.
Per qualche tempo i chip DIP hanno tenuto testa al settore dei dispositivi programmabili (ROM, controllori, PLM), ma la proliferazione della programmazione on-chip ha spostato i pacchetti a doppia fila true hole anche da quest'area. Al giorno d'oggi, anche le parti che prima venivano montate nei fori - come i regolatori di tensione integrati, ecc.
Lo sviluppo degli alloggiamenti per microprocessori ha preso una strada diversa. Poiché il numero di pin non rientra nel perimetro di nessun quadrato di dimensioni ragionevoli, le gambe di un grande chip sono disposte in una matrice (PGA, LGA, ecc.).
Vantaggi dell'uso dei chip
L'avvento del microchip ha rivoluzionato il mondo dell'elettronica (specialmente nella tecnologia dei microprocessori). I computer su tubi, che occupavano una o più stanze, sono ricordati come una curiosità storica. Ma una CPU moderna contiene circa 20 miliardi di transistor. Se assumiamo un'area discreta di transistor di almeno 0,1 centimetro quadrato, l'area occupata dal processore nel suo insieme dovrebbe essere di almeno 200000 metri quadrati - circa 2000 appartamenti di tre stanze di medie dimensioni.
Bisogna anche prevedere lo spazio per la memoria, le schede audio, le schede di rete e altre periferiche. Il costo del montaggio di così tanti componenti discreti sarebbe enorme e l'affidabilità sarebbe inaccettabilmente bassa. La risoluzione dei problemi e la riparazione sarebbero state incredibilmente lunghe. È chiaro che l'era del personal computer senza circuiti altamente integrati non sarebbe mai esistita. Inoltre, senza la tecnologia moderna, i dispositivi ad alta intensità di calcolo, da quelli di consumo a quelli industriali o scientifici, non sarebbero stati creati
La direzione dello sviluppo dell'elettronica è stata predeterminata per molti anni a venire. Questo è principalmente un aumento del grado di integrazione degli elementi del microchip, che è dovuto al continuo sviluppo della tecnologia. C'è un salto di qualità quando le capacità della microelettronica raggiungono i loro limiti, ma questo è un futuro piuttosto lontano.
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