Não se sabe quem teve a ideia inicial de colocar dois ou mais transístores num único chip semicondutor. A ideia pode ter tido origem logo após a indústria de semicondutores ter começado a produzir elementos semicondutores. Sabe-se que a base teórica para esta abordagem foi publicada no início da década de 1950. Foram necessários menos de 10 anos para superar problemas tecnológicos, e já no início dos anos 60 o primeiro dispositivo contendo vários componentes electrónicos num único pacote - um microchip (chip). Desde então, a humanidade enveredou por um caminho de perfeição que ainda está por acabar.
Finalidade dos circuitos impressos
Actualmente, uma grande variedade de componentes electrónicos com diferentes graus de integração são fabricados em circuitos integrados. Podem ser utilizados como blocos de construção para montar vários dispositivos electrónicos. Por exemplo, um circuito receptor de rádio pode ser implementado de diferentes maneiras. Um ponto de partida é a utilização de conjuntos de microcircuitos de transístores. Ao ligar os seus cabos, é possível fazer um dispositivo receptor. O passo seguinte é utilizar montagens individuais num desenho integrado (cada um no seu próprio invólucro):
- amplificador de radiofrequência
- heterodyne;
- misturador;
- amplificador de frequência de áudio.
Finalmente, a variante mais moderna é ter o receptor inteiro num único chip, adicionando apenas alguns elementos passivos externos. Obviamente, à medida que o grau de integração aumenta, a concepção dos circuitos torna-se mais simples. Mesmo um computador completo pode agora ser implementado num único chip. O seu desempenho ainda será inferior ao dos dispositivos informáticos convencionais, mas com os avanços da tecnologia, talvez este ponto também possa ser conquistado.
Tipos de chip
Há um enorme número de tipos de microcircuitos a serem fabricados hoje em dia. Praticamente qualquer montagem electrónica completa, standard ou especializada, vem num micro desenho. Não é possível listar e desmontar todos os tipos no âmbito de uma única revisão. Mas de um modo geral, os CI podem ser divididos em três categorias globais de acordo com a sua funcionalidade.
- Digital. Trabalham com sinais discretos. Os níveis digitais são alimentados na entrada e os sinais em formato digital são também retirados da saída. Esta classe de dispositivos cobre o campo desde simples elementos lógicos até aos microprocessadores mais avançados. Isto inclui também matrizes lógicas programáveis, dispositivos de memória, etc.
- Analógico. Trabalham com sinais que mudam de acordo com uma lei contínua. Um exemplo típico deste tipo de chip é um amplificador de frequência de áudio. Também incluídos nesta classe estão estabilizadores de linha integrados, geradores de sinais, sensores de medição, e muito mais. Os conjuntos de elementos passivos (resistências, circuitos RC, etc.) também pertencem à categoria analógica.resistências, circuitos RC, etc.).
- Analógico para digital (digital para analógico). Estes chips não só convertem dados discretos em dados contínuos, como também vice-versa. Os sinais de origem ou recebidos na mesma caixa podem ser amplificados, convertidos, modulados, descodificados, etc. Os sensores analógico-digitais são amplamente utilizados para comunicar circuitos de medição de vários processos tecnológicos com dispositivos informáticos.
Os CI são também subdivididos de acordo com o tipo de fabrico:
- Semicondutor - feito sobre um único chip semicondutor;
- Película - os elementos passivos são fabricados com base em películas grossas ou finas;
- Híbrido: dispositivos semicondutores activos (transístores etc.).
Mas para a aplicação de microcircuitos, esta classificação não dá muitas informações práticas na maioria dos casos.
Chipshells
Para proteger o conteúdo interno e para simplificar a instalação, os microcircuitos são colocados num pacote. Inicialmente, a maioria dos microcircuitos eram produzidos num invólucro metálico (redondo ou rectangular) com pinos flexíveis dispostos ao redor do perímetro.
Este desenho não podia tirar o máximo partido da miniaturização porque as dimensões do dispositivo eram muito grandes em comparação com o tamanho do chip. Além disso, o grau de integração era baixo, o que só exacerbou o problema. Em meados da década de sessenta, o pacote DIP (pacote duplo em linha), uma caixa rectangular com pinos rígidos em ambos os lados. O problema das grandes dimensões não foi resolvido, mas mesmo assim, esta solução permitiu alcançar uma maior densidade de embalagem, bem como facilitar a montagem automatizada de circuitos electrónicos. O número de pinos DIP varia de 4 a 64, embora as unidades com mais de 40 ainda sejam muito raras.
Importante! O espaçamento entre pinos dos microcircuitos DIP de produção nacional é de 2,5 mm, o dos microcircuitos importados é de 2,54 mm (1 linha = 0,1 polegada.). Devido a isto, surgem problemas quando se substituem homólogos russos e importados aparentemente completos. Uma pequena discrepância torna difícil encaixar a mesma funcionalidade e atribuição de pinos em placas e painéis.
Com o desenvolvimento da tecnologia electrónica, as desvantagens dos pacotes DIP tornaram-se aparentes. Os microprocessadores não tinham pinos suficientes, e um número crescente de pinos exigia mais espaço nas placas. O segundo problema que encerrou a era da dominação do DIP foi a proliferação da montagem à superfície. Em vez de soldar lascas em buracos em placas, foram soldadas directamente em almofadas. Este método de montagem provou ser muito racional, pelo que houve necessidade de aparas em embalagens adaptadas à soldadura à superfície. E o processo de substituição dos dispositivos de montagem 'hole' (verdadeiro buraco) elementos chamados SMD (detalhe montado à superfície).
O primeiro passo para um design montado à superfície foi a introdução de pacotes SOIC e as suas modificações (SOP, HSOP e outros desenhos). Tal como os tipos DIP, os caules estão dispostos em duas filas nos lados compridos, mas são paralelos à parte inferior da caixa.
Um outro desenvolvimento é o alojamento do QFP. Este caso tem pinos em forma de quadrado em cada lado. É semelhante ao pacote PLLC mas está mais próximo do DIP, embora as pernas também estejam à volta da circunferência.
Durante algum tempo os chips DIP mantiveram-se no sector dos dispositivos programáveis (ROMs, controladores, PLM), mas a proliferação da programação on-chip deslocou também as embalagens de buracos verdadeiros de duas linhas desta área. Actualmente, mesmo as peças que costumavam ser montadas em furos - tais como reguladores de tensão integrados, etc. - estão agora preparadas para SMD.
O desenvolvimento de carcaças de microprocessadores tomou um caminho diferente. Como o número de pinos não cabe no perímetro de qualquer quadrado de tamanho razoável, as pernas de um grande chip estão dispostas numa matriz (PGA, LGA, etc.).
Vantagens da utilização de fichas
O advento do microchip revolucionou o mundo da electrónica (especialmente em tecnologia de microprocessadores). Os computadores em tubos, que ocupavam uma ou mais salas, são lembrados como uma curiosidade histórica. Mas uma CPU moderna contém cerca de 20 mil milhões de transístores. Se assumirmos uma área transistorizada discreta de pelo menos 0,1 centímetro quadrado, a área ocupada pelo processador como um todo teria de ser de pelo menos 200000 metros quadrados - cerca de 2000 apartamentos de três quartos de tamanho médio.
Também deve ser previsto espaço para memória, placas de som, placas de áudio, adaptadores de rede e outros periféricos. O custo de montagem de tantos componentes discretos seria enorme e a fiabilidade seria inaceitavelmente baixa. A resolução de problemas e a reparação teriam sido incrivelmente demoradas. É evidente que a era do computador pessoal sem circuitos altamente integrados nunca teria ocorrido. Além disso, sem a tecnologia moderna, não teriam sido criados dispositivos informáticos intensivos, desde dispositivos de consumo até dispositivos industriais ou científicos
A direcção do desenvolvimento da electrónica tem sido pré-determinada há muitos anos. Isto é principalmente um aumento do grau de integração dos elementos do chip, o que se deve ao contínuo desenvolvimento da tecnologia. Há um salto qualitativo à frente quando as capacidades da microelectrónica atingem os seus limites, mas isto é uma questão de futuro bastante distante.
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