単一の半導体チップ上に 2 つ以上のトランジスタを作成するというアイデアを誰が最初に思いついたのかは不明です。半導体素子の生産が始まった直後の発想だったのかもしれません。このアプローチの理論的基礎は、前世紀の 50 年代初頭に発表されたことが知られています。技術的な問題を克服するのに 10 年もかからず、すでに 60 年代初頭には、複数の電子部品を 1 つのパッケージに収めた最初のデバイス、マイクロチップ (チップ）。それ以来、人類は改善の道を歩み始めましたが、その道はまだ終わりを迎えていません。
ICの目的
現在、さまざまな程度の集積度を持つ多種多様な電子アセンブリが、統合設計で作られています。それらから、レンガのように、さまざまな電子機器を組み立てることができます。したがって、無線受信機の回路はさまざまな方法で実装できます。出発点は、チップとトランジスタのセットを使用することです。それらのピンを接続することで、受信デバイスを作成できます。次のステップは、統合された設計で個々のアセンブリを使用することです (それぞれが独自のエンクロージャーに):
- 高周波増幅器;
- ヘテロダイン;
- ミキサー;
- オーディオ周波数アンプ。
最後に、最新のバリアント - 単一チップ内の受信機全体で、いくつかの外部受動要素を追加するだけで済みます。当然、集積度が上がるほど回路の構成は単純になります。今日では、完全なコンピューターでさえ、1 つのチップで実現できます。その性能は従来のコンピューティング デバイスよりも低くなりますが、技術の発展により、この点でも克服できる可能性があります。
チップの種類
現在、膨大な数のチップの種類があります。標準または専用のほぼすべての完全な電子アセンブリは、マイクロ設計で提供されます。 1回のレビューで全種類を出品・分解することはできません。しかし、一般に、チップはその機能に応じて 3 つのグローバル カテゴリに分類できます。
- デジタル.それらは離散信号で動作します。デジタルレベルが入力に供給され、デジタル形式の信号も出力から取得されます。このクラスのデバイスは、単純なロジック エレメントから最先端のマイクロプロセッサまでの分野をカバーしています。また、プログラマブル ロジック マトリックス、メモリ デバイスなども含まれます。
- アナログ.それらは、連続法則に従って変化する信号を処理します。このようなチップの典型的な例は、オーディオ周波数増幅器です。このクラスには、統合ライン スタビライザー、信号発生器、測定センサーなども含まれます。アナログ カテゴリには、受動素子のセットも含まれます (抵抗器、RC回路など).
- アナログからデジタル (デジタルからアナログ).これらのチップは、離散データを連続データに、またはその逆に変換するだけではありません。同じ場合のソースまたは受信信号は、増幅、変換、変調、デコードなどを行うことができます。アナログ/デジタル センサーは、さまざまな技術プロセスの測定回路をコンピューティング デバイスと通信するために広く使用されています。
また、マイクロ回路は生産の種類に応じて分類されます。
- 半導体 - 単一の半導体結晶上に作られています。
- フィルム - 受動素子は、厚膜または薄膜に基づいて作成されます。
- ハイブリッド: アクティブ半導体デバイスは、パッシブ フィルム要素に「植え付け」られます (トランジスタ 等。）。
しかし、マイクロ回路のアプリケーションでは、ほとんどの場合、この分類はあまり実用的な情報を提供しません.
チップシェル
内部の内容を保護し、取り付けを簡素化するために、マイクロ回路がパッケージに配置されています。当初、ほとんどの超小型回路は金属シェルで製造されていました (円形または長方形) 周囲に沿って柔軟なピンが配置されています。
この設計では、結晶のサイズに比べてデバイスの寸法が非常に大きいため、小型化のすべての利点を利用することはできませんでした。さらに、統合度が低く、問題を悪化させるだけでした。 60 年代半ば、DIP (デュアルインラインパッケージ)、両側に堅いピンが付いている長方形の箱。かさばるサイズの問題は解決されませんでしたが、それでもこの解決策により、より高い実装密度を実現し、電子回路の自動アセンブリを簡素化することができました。 DIP パッケージのチップ ピンの数は 4 ～ 64 の範囲ですが、40 を超える「脚」を持つパッケージはまだまれです。
重要！ 国内生産の DIP マイクロ回路のピン間隔は 2.5 mm ですが、輸入品では 2.54 mm (1 ライン = 0.1 インチ）。このため、ロシアと輸入された生産の完全な一見類似物を相互に交換するときに問題が発生します。わずかな違いがあると、ボードとパネルに同じ機能とピン割り当てデバイスを取り付けることが難しくなります。
電子技術の発展に伴い、DIPパッケージの欠点が明らかになりました。マイクロプロセッサには十分なピンがなく、ピン数を増やすにはパッケージのサイズを大きくする必要がありました。 DIP独占時代に終止符を打った第二の問題は、表面実装の普及でした。これらのチップは、ボードの穴に取り付けられなくなりましたが、パッドに直接はんだ付けされました。この実装方法は非常に合理的であることが判明したため、表面はんだ付けに適したパッケージ内のチップが必要になったのです。そして、「穴」取り付けのためのデバイスの変位のプロセス（真の穴) という名前の要素 SMD (表面実装の詳細).
表面実装への最初のステップは、SOIC パッケージとその変更の導入でした (SOP、HSOP、およびその他のバリアント）。 DIP と同様に、長辺に 2 列の位置決めピンがありますが、エンクロージャの底面に平行です。
さらなる開発は、QFP ハウジングです。このケースには、両側に四角形のピンがあります。これは PLLC ケースに似ていましたが、ピンも全周に配置されていましたが、DIP ケースに近いものでした。
しばらくの間、DIP チップはプログラマブル デバイスの分野で独自の地位を占めていました (ROM、コントローラー、PLM）、しかし、オンチッププログラミングの急増により、真のホール2列パッケージもその領域から追い出されました.現在では、一体型ボルテージレギュレーターなど、ホールマウントに代わる部品がないように見えた部品もSMDフォーマットになっています。
マイクロプロセッサ用のハウジングの開発は、別の道を歩んできました。ピンの数は適切なサイズの正方形の周囲に収まらないため、大きなチップの足は行列の形で配置されます (PGA、LGAなど).
チップを使うメリット
マイクロチップの出現は、エレクトロニクスの世界に革命をもたらしました (特にマイクロプロセッサ技術では）。 1 つまたは複数の部屋を占めていた電球型コンピューターは、歴史的な珍品として記憶されています。しかし、最新のプロセッサには約 200 億個のトランジスタが含まれています。ディスクリート トランジスタの面積を 0.1 平方センチメートル以上と仮定すると、プロセッサ全体が占める面積は少なくとも 200000 平方メートル、つまり 3 部屋の中規模のアパート約 2000 平方メートルになる必要があります。
また、メモリ、サウンド カード、オーディオ カード、ネットワーク アダプタ、およびその他の周辺機器用のスペースも必要です。非常に多くのディスクリート エレメントを取り付けるコストは膨大になり、信頼性は許容できないほど低くなります。トラブルシューティングと修理には、信じられないほど長い時間がかかりました。高度に集積化されたチップがなければ、パーソナル コンピュータの時代が到来しなかったことは明らかです。また、今日のテクノロジーがなければ、民生用から産業用または科学用まで、コンピューティング集約型のデバイス
エレクトロニクスの発展の方向性は、今後何年も前から決まっています。これは、まず第一に、技術の継続的な開発に関連するマイクロチップ要素の集積度の向上です。マイクロエレクトロニクスの能力が限界に達すると、質的な飛躍が待っていますが、これはかなり先のことです。
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