Nav zināms, kurš pirmais nāca klajā ar ideju vienā pusvadītāju mikroshēmā ievietot divus vai vairāk tranzistorus. Iespējams, šī ideja radās tieši pēc tam, kad pusvadītāju rūpniecība sāka pusvadītāju elementu ražošanu. Ir zināms, ka šīs pieejas teorētiskais pamats tika publicēts 50. gadu sākumā. Tehnoloģisko problēmu pārvarēšanai bija vajadzīgi mazāk nekā 10 gadi, un jau 60. gadu sākumā tika radīta pirmā ierīce, kas saturēja vairākas elektroniskās sastāvdaļas vienā iepakojumā, - mikroshēma (mikroshēma). Kopš tā laika cilvēce ir uzsākusi pilnveidošanās ceļu, kas vēl nav beidzies.
Iespiesto shēmu mērķis
Pašlaik integrētajos projektos tiek ražoti dažādi elektroniskie komponenti ar dažādu integrācijas pakāpi. Tos var izmantot kā konstruktīvus blokus dažādu elektronisko ierīču montāžai. Piemēram, radio uztvērēja shēmu var realizēt dažādos veidos. Sākuma punkts ir izmantot tranzistoru mikroshēmu kopas. Savienojot to vadus, ir iespējams izveidot uztvērēja ierīci. Nākamais solis ir izmantot atsevišķus mezglus integrētā projektā (katrs savā korpusā.):
- radiofrekvences pastiprinātājs
- heterodīns;
- maisītājs;
- audio frekvences pastiprinātājs.
Visbeidzot, vismodernākais variants ir viss uztvērējs vienā mikroshēmā, pievienojot tikai dažus ārējos pasīvos elementus. Acīmredzot, palielinoties integrācijas pakāpei, shēmas projektēšana kļūst vienkāršāka. Pat veselu datoru tagad var realizēt vienā mikroshēmā. Tās veiktspēja joprojām būs zemāka nekā parastajām skaitļošanas ierīcēm, taču, attīstoties tehnoloģijām, iespējams, arī šo punktu izdosies pārvarēt.
Mikroshēmu veidi
Mūsdienās tiek ražots ārkārtīgi daudz mikroshēmu veidu. Praktiski jebkurš pilnīgs elektroniskais mezgls, standarta vai specializēts, ir pieejams mikrokonstrukcijā. Vienā pārskatā nav iespējams uzskaitīt un sadalīt visus veidus. Taču kopumā integrālās shēmas var iedalīt trīs vispārējās kategorijās atkarībā no to funkcionalitātes.
- Digitālais. Tie darbojas ar diskrētiem signāliem. Ievadā tiek ievadīti digitālie līmeņi, un signāli digitālā formā tiek ņemti arī no izejas. Šī ierīču klase aptver jomu no vienkāršiem loģiskajiem elementiem līdz vismodernākajiem mikroprocesoriem. Tas attiecas arī uz programmējamiem loģiskajiem masīviem, atmiņas ierīcēm u. c.
- Analog. Tie darbojas ar signāliem, kas mainās saskaņā ar nepārtrauktu likumu. Tipisks šāda veida mikroshēmas piemērs ir audio frekvences pastiprinātājs. Šajā klasē ietilpst arī integrēti līnijas stabilizatori, signālu ģeneratori, mērīšanas sensori un citi. Arī pasīvo elementu komplekti (rezistori, RC shēmas u. c.) pieder analogo elementu kategorijai.rezistori, RC ķēdes utt.).
- Analogs uz ciparu (ciparu uz analogo). Šīs mikroshēmas ne tikai pārveido diskrētos datus nepārtrauktos datos vai otrādi. Avota vai uztvertos signālus vienā korpusā var pastiprināt, konvertēt, modulēt, dekodēt utt. Analogo ciparu sensori tiek plaši izmantoti dažādu tehnoloģisko procesu mērīšanas ķēžu saziņai ar skaitļošanas ierīcēm.
Mikroshēmas iedala arī pēc ražošanas veida:
- Pusvadītāju - izgatavots vienā pusvadītāju mikroshēmā;
- Plēves - pasīvos elementus ražo, izmantojot biezas vai plānas plēves;
- Hibrīds: aktīvās pusvadītāju ierīces (tranzistori utt.).
Taču mikroshēmu pielietošanai šī klasifikācija vairumā gadījumu nesniedz daudz praktiskas informācijas.
Čipša čaumalas
Lai aizsargātu iekšējo saturu un vienkāršotu uzstādīšanu, mikroshēmas ir ievietotas iepakojumā. Sākotnēji lielākā daļa mikroshēmu tika ražotas metāla korpusā (apaļas vai taisnstūra formas) ar elastīgām tapām, kas izvietotas pa perimetru.
Šajā projektā nebija iespējams pilnībā izmantot miniaturizācijas priekšrocības, jo ierīces izmēri bija ļoti lieli salīdzinājumā ar mikroshēmas izmēru. Turklāt integrācijas pakāpe bija zema, kas tikai saasināja problēmu. Sešdesmito gadu vidū DIP pakete (dubultā iebūvētā pakete), taisnstūra kaste ar stingriem tapām abās pusēs. Lielo izmēru problēma netika atrisināta, tomēr šis risinājums ļāva panākt lielāku iepakojuma blīvumu, kā arī atvieglot automatizētu elektronisko shēmu montāžu. DIP adatu skaits svārstās no 4 līdz 64, lai gan ierīces ar vairāk nekā 40 adatām joprojām ir ļoti reti sastopamas.
Svarīgi! Vietējās ražošanas DIP mikroshēmu kontakta atstarpe ir 2,5 mm, bet importēto mikroshēmu - 2,54 mm (1 līnija = 0,1 collas.). Tāpēc, apmainoties ar pilnīgiem, šķietami krievu un importētiem analogiem, rodas problēmas. Nelielas atšķirības apgrūtina vienādas funkcionalitātes un pieslēguma piešķiršanas iespējas dēļos un paneļos.
Attīstoties elektroniskajām tehnoloģijām, kļuva redzami DIP paku trūkumi. Mikroprocesoriem nebija pietiekami daudz adatu, un, palielinoties adatu skaitam, vajadzēja vairāk vietas uz platēm. Otra problēma, kas izbeidza DIP dominances laikmetu, bija virsmas montāžas izplatība. Tā vietā, lai lodētu mikroshēmas caurumos uz plates, tās tika lodētas tieši uz paliktņiem. Šī montāžas metode izrādījās ļoti racionāla, tāpēc bija nepieciešamas mikroshēmas pakās, kas pielāgotas lodēšanai uz virsmas. Un "caurumu" montāžas ierīču nomaiņas process (īstais caurums) elementus, ko sauc par SMD (virsmas montāžas detaļa).
Pirmais solis ceļā uz virsmas montāžu bija SOIC pakotņu un to modifikāciju ieviešana (SOP, HSOP un citas konstrukcijas). Līdzīgi kā DIP tipiem, kātiņi garajās pusēs ir izvietoti divās rindās, taču tie ir paralēli korpusa apakšējai daļai.
Turpmākā attīstība ir QFP korpuss. Šim korpusam ir kvadrātveida tapas katrā pusē. Tas ir līdzīgs PLLC paketei, bet ir tuvāk DIP, lai gan arī kājas ir pa visu apkārtmēru.
Kādu laiku DIP mikroshēmas ieņēma savu vietu programmējamo ierīču nozarē (ROM, kontrolieri, PLM), taču čipa programmēšanas izplatība ir izspiedusi divrindu patieso caurumu paketes arī no šīs jomas. Mūsdienās pat detaļas, kas agrāk tika montētas caurumos, piemēram, integrētie sprieguma regulatori u. c., tagad ir gatavas SMD montāžai.
Mikroprocesoru korpusu attīstība ir gājusi atšķirīgu ceļu. Tā kā adatu skaits neiekļaujas neviena saprātīga izmēra kvadrāta perimetrā, lielas mikroshēmas kājas ir izvietotas matricā (PGA, LGA utt.).
Trombu izmantošanas priekšrocības
Mikroshēmas parādīšanās izraisīja revolūciju elektronikas pasaulē (jo īpaši mikroprocesoru tehnoloģiju jomā.). Cauruļu datori, kas aizņēma vienu vai vairākas telpas, tiek pieminēti kā vēsturisks kuriozs. Taču mūsdienu centrālajā procesorā ir aptuveni 20 miljardi tranzistoru. Ja pieņemam, ka diskrētā tranzistora laukums ir vismaz 0,1 kvadrātcentimetrs, tad procesora kopējā aizņemtā platība būtu vismaz 200000 kvadrātmetru - aptuveni 2000 trīsistabu vidēja lieluma dzīvokļi.
Jāatvēl vieta arī atmiņai, skaņas kartēm, audio kartēm, tīkla adapteriem un citām perifērijas ierīcēm. Tik daudzu diskrēto komponentu montāžas izmaksas būtu milzīgas, un to uzticamība būtu nepieņemami zema. Problēmu novēršana un labošana būtu prasījusi ārkārtīgi daudz laika. Ir skaidrs, ka personālo datoru ēra bez augstas integrālās shēmas nekad nebūtu iestājusies. Bez modernām tehnoloģijām nebūtu radītas arī skaitļošanas ietilpīgas ierīces, sākot no plaša patēriņa un beidzot ar rūpnieciskām vai zinātniskām ierīcēm.
Elektronikas attīstības virziens ir iepriekš noteikts uz daudziem gadiem. Tas galvenokārt ir saistīts ar mikroshēmas elementu integrācijas pakāpes pieaugumu, kas ir saistīts ar nepārtrauktu tehnoloģiju attīstību. Kad mikroelektronikas iespējas sasniegs savas robežas, gaidāms kvalitatīvs lēciens, taču tas ir diezgan tālās nākotnes jautājums.
Saistītie raksti:
