Nie je známe, kto prvý prišiel s myšlienkou umiestniť dva alebo viac tranzistorov na jeden polovodičový čip. Táto myšlienka mohla vzniknúť hneď po tom, ako polovodičový priemysel začal vyrábať polovodičové prvky. Je známe, že teoretický základ tohto prístupu bol publikovaný začiatkom 50. rokov 20. storočia. Prekonanie technologických problémov trvalo menej ako 10 rokov a už začiatkom 60. rokov sa objavilo prvé zariadenie obsahujúce niekoľko elektronických súčiastok v jednom balení - mikročip (čip). Odvtedy sa ľudstvo vydalo na cestu dokonalosti, ktorá sa ešte len skončí.
Účel plošných spojov
V súčasnosti sa v integrovaných obvodoch vyrába široká škála elektronických komponentov s rôznym stupňom integrácie. Dajú sa použiť ako stavebné bloky na zostavenie rôznych elektronických zariadení. Napríklad obvod rádiového prijímača môže byť realizovaný rôznymi spôsobmi. Východiskovým bodom je použitie mikroobvodových sústav tranzistorov. Spojením ich vodičov je možné vytvoriť prijímač. Ďalším krokom je použitie jednotlivých zostáv v integrovanom návrhu (každý vo vlastnom puzdre):
- rádiofrekvenčný zosilňovač
- heterodyn;
- mixér;
- zosilňovač zvukovej frekvencie.
Najmodernejším variantom je umiestnenie celého prijímača do jedného čipu a pridanie len niekoľkých externých pasívnych prvkov. Je zrejmé, že s rastúcim stupňom integrácie sa konštrukcia obvodov zjednodušuje. Dokonca aj kompletný počítač môže byť teraz implementovaný na jednom čipe. Jeho výkon bude stále nižší ako výkon bežných počítačových zariadení, ale s pokrokom v technológiách sa možno podarí prekonať aj tento bod.
Typy čipov
V súčasnosti sa vyrába obrovské množstvo typov mikroobvodov. Prakticky akákoľvek kompletná elektronická zostava, štandardná alebo špecializovaná, je k dispozícii v mikroprojekte. V rámci jedného prehľadu nie je možné uviesť a rozobrať všetky typy. Vo všeobecnosti však možno integrované obvody rozdeliť do troch globálnych kategórií podľa ich funkčnosti.
- Digitálne. Pracujú s diskrétnymi signálmi. Digitálne úrovne sa privádzajú na vstup a signály v digitálnej forme sa odoberajú aj z výstupu. Táto trieda zariadení pokrýva oblasť od jednoduchých logických prvkov až po najpokročilejšie mikroprocesory. Patria sem aj programovateľné logické polia, pamäťové zariadenia atď.
- Analógové. Pracujú so signálmi, ktoré sa menia podľa spojitého zákona. Typickým príkladom tohto typu čipu je zosilňovač zvukovej frekvencie. Do tejto triedy patria aj integrované stabilizátory vedenia, generátory signálu, meracie senzory a ďalšie. Súbory pasívnych prvkov (rezistory, RC obvody atď.) tiež patria do kategórie analógových.rezistory, RC obvody atď.).
- Analógový na digitálny (digitálny na analógový). Tieto čipy nielenže konvertujú diskrétne údaje na spojité alebo naopak. Zdrojové alebo prijímané signály v tom istom puzdre môžu byť zosilnené, konvertované, modulované, dekódované atď. Na komunikáciu meracích obvodov rôznych technologických procesov s výpočtovými zariadeniami sa široko používajú analógovo-digitálne snímače.
IC sa tiež delia podľa typu výroby:
- Polovodičový - vyrobený na jednom polovodičovom čipe;
- Filmové - pasívne prvky sa vyrábajú na báze hrubých alebo tenkých filmov;
- Hybrid: aktívne polovodičové zariadenia (tranzistory atď.).
Pre aplikáciu mikroobvodov však táto klasifikácia vo väčšine prípadov neposkytuje veľa praktických informácií.
Čipové škrupiny
Na ochranu vnútorného obsahu a zjednodušenie inštalácie sú mikroobvody umiestnené v obale. Spočiatku sa väčšina mikroobvodov vyrábala v kovovom kryte (okrúhle alebo obdĺžnikové) s pružnými kolíkmi rozmiestnenými po obvode.
Tento návrh nemohol plne využiť výhody miniaturizácie, pretože rozmery zariadenia boli v porovnaní s veľkosťou čipu veľmi veľké. Okrem toho bol stupeň integrácie nízky, čo tento problém len zhoršovalo. V polovici šesťdesiatych rokov sa začal používať balík DIP (dvojitý radový balík), obdĺžnikový box s pevnými kolíkmi na oboch stranách. Problém veľkých rozmerov sa nevyriešil, ale napriek tomu toto riešenie umožnilo dosiahnuť vyššiu hustotu balenia, ako aj uľahčiť automatizovanú montáž elektronických obvodov. Počet pinov DIP sa pohybuje od 4 do 64, hoci jednotky s viac ako 40 pinmi sú stále veľmi zriedkavé.
Dôležité! Rozstup pinov mikroobvodov DIP domácej výroby je 2,5 mm, u dovážaných mikroobvodov je to 2,54 mm (1 riadok = 0,1 palca.). Z tohto dôvodu vznikajú problémy pri výmene kompletných, zdanlivo ruských a dovezených náprotivkov. Malá odchýlka sťažuje umiestnenie rovnakej funkčnosti a priradenia pinov do dosiek a panelov.
S rozvojom elektronických technológií sa ukázali nevýhody DIP balíkov. Mikroprocesory nemali dostatok pinov a zvyšujúci sa počet pinov si vyžadoval viac miesta na doskách. Druhým problémom, ktorý ukončil éru dominancie DIP, bolo rozšírenie povrchovej montáže. Namiesto spájkovania čipov do otvorov na doskách sa spájkovali priamo na podložky. Tento spôsob montáže sa ukázal ako veľmi racionálny, preto vznikla potreba čipov v obaloch prispôsobených na spájkovanie na povrch. A proces výmeny montážnych zariadení s otvormi (pravý otvor) prvky nazývané SMD (detail montáže na povrch).
Prvým krokom smerom k povrchovej montáži bolo zavedenie puzdier SOIC a ich modifikácií (SOP, HSOP a iné návrhy). Podobne ako puzdrá typu DIP majú tieto puzdrá na dlhých stranách dva rady kolíkov, ktoré sú však rovnobežné so spodnou stranou puzdra.
Ďalším vývojom je bývanie QFP. Toto puzdro má na každej strane kolíky v tvare štvorca. Je podobný balíku PLLC, ale je bližšie k DIP, hoci nožičky sú tiež po celom obvode.
Čipy DIP si istý čas udržiavali svoju pozíciu v sektore programovateľných zariadení (ROM, radiče, PLM), ale rozšírenie programovania na čipe vytlačilo z tejto oblasti aj dvojriadkové balíky s pravými dierami. V súčasnosti sú dokonca aj súčiastky, ktoré sa predtým montovali do otvorov, ako napríklad integrované regulátory napätia atď., pripravené na montáž SMD.
Vývoj puzdier mikroprocesorov sa uberal inou cestou. Keďže počet vývodov sa nezmestí do obvodu žiadneho štvorca rozumnej veľkosti, sú ramená veľkého čipu usporiadané do matice (PGA, LGA atď.).
Výhody používania čipov
Príchod mikročipu spôsobil revolúciu vo svete elektroniky (najmä v mikroprocesorovej technológii). Počítače na elektrónkach, ktoré zaberali jednu alebo viac miestností, sa spomínajú ako historická kuriozita. Moderný procesor však obsahuje približne 20 miliárd tranzistorov. Ak predpokladáme plochu diskrétneho tranzistora aspoň 0,1 štvorcového centimetra, plocha, ktorú zaberá procesor ako celok, by musela byť aspoň 200 000 štvorcových metrov - približne 2000 trojizbových stredne veľkých bytov.
Je potrebné zabezpečiť aj miesto pre pamäť, zvukové karty, zvukové karty, sieťové adaptéry a iné periférne zariadenia. Náklady na montáž toľkých diskrétnych komponentov by boli obrovské a spoľahlivosť by bola neprijateľne nízka. Odstraňovanie problémov a opravy by boli časovo veľmi náročné. Je jasné, že éra osobných počítačov by bez vysoko integrovaných obvodov nikdy nenastala. Bez moderných technológií by nevznikli ani zariadenia náročné na výpočtovú techniku, od spotrebných až po priemyselné alebo vedecké zariadenia.
Smer vývoja elektroniky je na dlhé roky predurčený. Ide predovšetkým o zvýšenie stupňa integrácie prvkov čipu, ktoré je spôsobené neustálym vývojom technológií. Kvalitatívny skok nastane, keď možnosti mikroelektroniky dosiahnu svoje hranice, ale to je otázka skôr vzdialenej budúcnosti.
Súvisiace články:
