Het is niet bekend wie als eerste op het idee kwam om twee of meer transistors op één halfgeleiderchip te plaatsen. Het idee is wellicht ontstaan net nadat de halfgeleiderindustrie halfgeleiderelementen begon te produceren. Het is bekend dat de theoretische basis voor deze benadering in het begin van de jaren vijftig werd gepubliceerd. Het duurde minder dan 10 jaar om de technologische problemen te overwinnen, en reeds in het begin van de jaren '60 werd het eerste apparaat dat verschillende elektronische componenten in één pakket bevatte - een microchip (chip). Sindsdien is de mensheid begonnen aan een weg van volmaaktheid die nog moet eindigen.
Doel van gedrukte schakelingen
Momenteel wordt een grote verscheidenheid van elektronische componenten met uiteenlopende integratieniveaus vervaardigd in geïntegreerde schakelingen. Deze assemblages kunnen worden gebruikt voor de assemblage van diverse elektronische apparaten. Een radio-ontvangerschakeling kan bijvoorbeeld op verschillende manieren worden uitgevoerd. Een beginpunt is het gebruik van microschakel-sets van transistors. Door de draden met elkaar te verbinden, is het mogelijk een ontvangtoestel te maken. De volgende stap is het gebruik van afzonderlijke samenstellingen in een geïntegreerd ontwerp (elk in zijn eigen omhulsel):
- radiofrequente versterker
- heterodyne;
- mixer;
- audiofrequentieversterker.
De modernste variant tenslotte bestaat erin de volledige ontvanger in één chip onder te brengen, waarbij slechts een paar externe passieve elementen worden toegevoegd. Het is duidelijk dat naarmate de mate van integratie toeneemt, het ontwerpen van schakelingen eenvoudiger wordt. Zelfs een complete computer kan nu op een enkele chip worden geïmplementeerd. De prestaties zullen nog steeds lager zijn dan die van conventionele computerapparatuur, maar met de vooruitgang van de technologie kan ook dit punt misschien worden overwonnen.
Soorten chips
Er worden tegenwoordig een enorm aantal soorten microschakelingen vervaardigd. Vrijwel elke complete elektronische assemblage, standaard of gespecialiseerd, is verkrijgbaar in een micro-ontwerp. Het is niet mogelijk om in het kader van één overzicht alle types op te sommen en te ontleden. Maar in het algemeen kunnen IC's op grond van hun functionaliteit in drie globale categorieën worden onderverdeeld.
- Digitaal. Ze werken met discrete signalen. Digitale niveaus worden aan de ingang toegevoerd en signalen in digitale vorm worden ook aan de uitgang onttrokken. Deze klasse van toestellen bestrijkt het gebied van eenvoudige logische elementen tot de meest geavanceerde microprocessoren. Dit omvat ook programmeerbare logische arrays, geheugeninrichtingen, enz.
- Analoog. Zij werken met signalen die veranderen volgens een continue wet. Een typisch voorbeeld van een dergelijke chip is een audiofrequentieversterker. In deze klasse zijn ook geïntegreerde lijnstabilisatoren, signaalgeneratoren, meetsensoren, en meer opgenomen. Reeksen passieve elementen (weerstanden, RC-schakelingen, enz.) behoren eveneens tot de categorie analoog.weerstanden, RC circuits, enz.).
- Analoog naar digitaal (digitaal naar analoog). Deze chips zetten niet alleen discrete gegevens om in continue gegevens of omgekeerd. Bron- of ontvangstsignalen in dezelfde behuizing kunnen worden versterkt, omgezet, gemoduleerd, gedecodeerd, enz. Analoog-digitale sensoren worden op grote schaal gebruikt om meetcircuits van diverse technologische processen te communiceren met computerapparatuur.
IC's worden ook onderverdeeld volgens het type fabricage:
- Halfgeleider - gemaakt op een enkele halfgeleiderchip;
- Film - passieve elementen worden vervaardigd op basis van dikke of dunne films;
- Hybride: actieve halfgeleiderelementen (transistors etc.).
Maar voor de toepassing van microschakelingen geeft deze indeling in de meeste gevallen niet veel praktische informatie.
Chipshells
Om de interne inhoud te beschermen en de installatie te vereenvoudigen, worden de microschakelingen in een pakket geplaatst. Aanvankelijk werden de meeste microschakelingen geproduceerd in een metalen behuizing (rond of rechthoekig) met flexibele pinnen rond de omtrek.
Bij dit ontwerp kon niet ten volle worden geprofiteerd van de miniaturisatie omdat de afmetingen van de apparatuur zeer groot waren in vergelijking met de chipgrootte. Bovendien was de mate van integratie laag, hetgeen het probleem alleen maar verergerde. In het midden van de jaren zestig werd het DIP-pakket (dubbel in-line pakket), een rechthoekige doos met stijve pennen aan beide zijden. Het probleem van de grote afmetingen werd niet opgelost, maar niettemin maakte deze oplossing het mogelijk een hogere verpakkingsdichtheid te bereiken en de geautomatiseerde assemblage van elektronische schakelingen te vergemakkelijken. Het aantal DIP-pinnen varieert van 4 tot 64, hoewel eenheden met meer dan 40 nog steeds zeer zeldzaam zijn.
Belangrijk! De penafstand van DIP-microschakelingen van binnenlandse productie is 2,5 mm, die van geïmporteerde microschakelingen is 2,54 mm (1 lijn = 0,1 inch.). Hierdoor ontstaan problemen bij het vervangen van schijnbaar complete Russische en geïmporteerde tegenhangers. Een kleine discrepantie maakt het moeilijk om dezelfde functionaliteit en pintoewijzing in te passen in borden en panelen.
Met de ontwikkeling van de elektronische technologie werden de nadelen van DIP-pakketten duidelijk. Microprocessoren hadden niet genoeg pinnen, en een toenemend aantal pinnen vergde meer ruimte op printplaten. Het tweede probleem dat een einde maakte aan het tijdperk van de DIP-dominantie was de proliferatie van de opbouwmontage. In plaats van chips in gaatjes op printplaten te solderen, werden ze direct op pads gesoldeerd. Deze wijze van montage bleek zeer rationeel te zijn, zodat er behoefte ontstond aan chips in verpakkingen die geschikt waren om aan het oppervlak te worden gesoldeerd. En het proces van het vervangen van de "gat" bevestigingsmiddelen (echt gat) elementen genoemd als SMD (opbouwdetail).
De eerste stap naar een ontwerp voor opbouwmontage was de invoering van SOIC-pakketten en de wijzigingen daarvan (SOP, HSOP en andere ontwerpen). Net als bij de DIP-types staan de stengels in twee rijen op de lange zijden, maar ze staan evenwijdig met de onderkant van de kast.
Een verdere ontwikkeling is de QFP-behuizing. Deze koffer heeft vierkante pinnen aan elke kant. Het is vergelijkbaar met het PLLC-pakket, maar het staat dichter bij de DIP, hoewel de poten ook rondom de omtrek lopen.
DIP-chips hebben een tijdlang stand gehouden in de sector van de programmeerbare apparaten (ROM's, regelaars, PLM), maar de proliferatie van programmering op de chip heeft ook hier de dubbelrijige "true hole"-pakketten verdrongen. Tegenwoordig zijn zelfs onderdelen die vroeger in gaten werden gemonteerd - zoals geïntegreerde spanningsregelaars, enz. - nu SMD-klaar.
De ontwikkeling van microprocessorbehuizingen is een andere weg gegaan. Omdat het aantal pinnen niet in de omtrek van een vierkant van redelijke grootte past, zijn de poten van een grote chip in een matrix gerangschikt (PGA, LGA, enz.).
Voordelen van het gebruik van chips
De komst van de microchip veroorzaakte een revolutie in de wereld van de elektronica (vooral in microprocessor technologie). Computers op buizen, die een of meer kamers in beslag namen, worden herinnerd als een historische curiositeit. Maar een moderne CPU bevat ongeveer 20 miljard transistors. Als we uitgaan van een discrete transistoroppervlakte van ten minste 0,1 vierkante centimeter, zou de oppervlakte die door de processor in zijn geheel wordt ingenomen ten minste 200000 vierkante meter moeten bedragen - ongeveer 2000 middelgrote driekamerflats.
Er moet ook ruimte worden voorzien voor geheugen, geluidskaarten, audiokaarten, netwerkadapters en andere randapparatuur. De kosten om zoveel discrete componenten te monteren zouden enorm zijn en de betrouwbaarheid zou onaanvaardbaar laag zijn. Problemen oplossen en repareren zou ongelooflijk tijdrovend zijn geweest. Het is duidelijk dat het tijdperk van de personal computer zonder sterk geïntegreerde schakelingen nooit zou hebben plaatsgevonden. Ook zouden zonder moderne technologie computerintensieve apparaten, van consumenten- tot industriële of wetenschappelijke apparatuur, niet tot stand zijn gekomen
De richting van de ontwikkeling van de elektronica ligt voor vele jaren vast. Dit is in de eerste plaats een toename van de mate van integratie van chip-elementen, die het gevolg is van de voortdurende ontwikkeling van de technologie. Er ligt een kwalitatieve sprong in het verschiet wanneer de mogelijkheden van de micro-elektronica hun grenzen bereiken, maar dit is een zaak van de tamelijk verre toekomst.
Verwante artikelen:
