Ni znano, kdo se je prvi domislil izdelati dva ali več tranzistorjev na enem polprevodniškem čipu. Ideja je morda nastala takoj po začetku proizvodnje polprevodniških elementov. Znano je, da so bile teoretične osnove tega pristopa objavljene v začetku 50. let prejšnjega stoletja. Za premostitev tehnoloških težav je trajalo manj kot 10 let in že v začetku 60. let je bila izdelana prva naprava, ki je vsebovala več elektronskih komponent v enem paketu - mikročip (čip). Od takrat je človeštvo stopilo na pot izboljšav, ki ji še ni videti konca.
Namen IC
Trenutno je široka paleta elektronskih sklopov z različnimi stopnjami integracije izdelana v integriranih oblikah. Iz njih, kot iz opeke, lahko sestavite različne elektronske naprave. Tako je vezje radijskega sprejemnika mogoče izvesti na različne načine. Izhodišče je uporaba čipov in sklopov tranzistorjev. Če povežete njihove nožice, lahko naredite sprejemno napravo. Naslednji korak je uporaba posameznih sklopov v integrirani zasnovi (vsak v svoji ogradi):
- radiofrekvenčni ojačevalnik;
- heterodin;
- mešalnik;
- ojačevalnik zvočnih frekvenc.
Končno najsodobnejša varianta - celoten sprejemnik v enem samem čipu, dodati morate le nekaj zunanjih pasivnih elementov. Očitno, ko se stopnja integracije poveča, postane konstrukcija vezij enostavnejša. Celo celoten računalnik je danes mogoče realizirati na enem čipu. Njegova zmogljivost bo še vedno nižja od zmogljivosti običajnih računalniških naprav, a z razvojem tehnologije bo mogoče tudi to točko premagati.
Vrste čipov
Danes obstaja ogromno število vrst čipov. Praktično vsak celoten elektronski sklop, standardni ali specializiran, je na voljo v mikro zasnovi. V enem pregledu ni mogoče našteti in razstaviti vseh vrst. Toda na splošno lahko čipe razdelimo v tri globalne kategorije glede na njihovo funkcionalnost.
- Digitalno. Delujejo z diskretnimi signali. Digitalni nivoji se napajajo na vhod, signali v digitalni obliki pa se vzamejo tudi iz izhoda. Ta razred naprav pokriva področje od preprostih logičnih elementov do najnaprednejših mikroprocesorjev. Vključuje tudi programabilne logične matrike, pomnilniške naprave itd.
- Analogni. Delujejo s signali, ki se spreminjajo po neprekinjenem zakonu. Tipičen primer takega čipa je avdiofrekvenčni ojačevalnik. Ta razred vključuje tudi integrirane stabilizatorje linij, generatorje signalov, merilne senzorje in drugo. Analogna kategorija vključuje tudi sklope pasivnih elementov (Upori, RC vezja itd.).
- Analogno-digitalni (digitalno-analogni). Ti čipi ne samo pretvarjajo diskretne podatke v neprekinjene podatke ali obratno. Izvorne ali prejete signale je v istem primeru mogoče ojačati, pretvoriti, modulirati, dekodirati itd. Analogno-digitalni senzorji se pogosto uporabljajo za komunikacijo merilnih vezij različnih tehnoloških procesov z računalniškimi napravami.
Tudi mikrovezja so razdeljena glede na vrsto proizvodnje:
- Polprevodnik - izdelan na enem polprevodniškem kristalu;
- Film - pasivni elementi so ustvarjeni na osnovi debelih ali tankih filmov;
- Hibrid: aktivne polprevodniške naprave so "posajene" na elemente pasivnega filma (tranzistorji itd.).
Toda za uporabo mikrovezij ta klasifikacija v večini primerov ne daje veliko praktičnih informacij.
Škrlatne lupine
Za zaščito notranje vsebine in poenostavitev namestitve so mikrovezja v paketu. Sprva je bila večina mikrovezij izdelana v kovinski lupini (okrogla ali pravokotna) s prilagodljivimi zatiči, razporejenimi po obodu.
Ta zasnova ni omogočala uporabe vseh prednosti miniaturizacije, saj so bile dimenzije naprave zelo velike v primerjavi z velikostjo kristala. Poleg tega je bila stopnja integracije nizka, kar je težavo le še poslabšalo. Sredi šestdesetih let je DIP (dual in-line paket), pravokotna škatla s togimi zatiči na obeh straneh. Problem velike velikosti ni bil rešen, vendar je ta rešitev kljub temu omogočila doseganje večje gostote pakiranja in poenostavitev avtomatiziranega sestavljanja elektronskih vezij. Število zatičev čipov v paketu DIP se giblje od 4 do 64, čeprav so paketi z več kot 40 "nogami" še vedno redki.
Pomembno! DIP mikrovezja domače proizvodnje imajo razmik nožic 2,5 mm, uvožene pa 2,54 mm (1 vrstica = 0,1 palca). Zaradi tega se pojavijo težave pri medsebojni zamenjavi popolnih, na videz analogov ruske in uvožene proizvodnje. Majhno odstopanje oteži namestitev iste funkcionalnosti in naprav za dodelitev pinov v plošče in panele.
Z razvojem elektronske tehnologije so se pokazale slabosti DIP paketov. Mikroprocesorji niso imeli dovolj zatičev, vse večje število zatičev pa je zahtevalo povečanje velikosti paketov. Druga težava, ki je pripeljala do konca dominacije DIP, je bilo širjenje površinske montaže.Ti čipi niso bili več nameščeni v luknje na ploščah, ampak spajkani neposredno na ploščice. Ta način montaže se je izkazal za zelo racionalnega, zato se je pojavila potreba po čipih v paketih, ki so prilagojeni površinskemu spajkanju. In postopek premikanja naprav za montažo "luknje" (prava luknja) elementi, imenovani kot SMD (nadometni detajl).
Prvi korak k površinski vgradnji je bila uvedba paketov SOIC in njihovih modifikacij (SOP, HSOP in druge različice). Tako kot DIP imajo na dolgih straneh dve vrsti zatičev, vendar so vzporedni s spodnjo ravnino ohišja.
Nadaljnji razvoj je ohišje QFP. Ta etui ima na vsaki strani kvadratne zatiče. Bilo je podobno ohišju PLLC, vendar je bilo še vedno bližje ohišju DIP, čeprav so bili zatiči prav tako po vsem obodu.
DIP čipi so se nekaj časa držali v sektorju programabilnih naprav (ROM, krmilnik, PLM), vendar je širjenje programiranja na čipu potisnilo prave dvovrstne pakete s pravimi luknjami tudi s tega področja. Dandanes so celo deli, za katere se je zdelo, da ni druge možnosti kot vgradnja v luknjo - kot so integrirani napetostni regulatorji itd. - formatirani v SMD.
Razvoj ohišij za mikroprocesorje je ubral drugačno pot. Ker se število zatičev ne prilega obodu katerega koli kvadrata razumne velikosti, so kraki velikega žetona razporejeni v obliki matrice (PGA, LGA itd.).
Prednosti uporabe čipov
Pojav mikročipov je revolucioniral svet elektronike (predvsem v mikroprocesorski tehniki). Kot zgodovinska zanimivost se spominjamo računalnikov z žarnicami, ki so zavzeli eno ali več sob. Toda sodoben procesor vsebuje približno 20 milijard tranzistorjev.Če predpostavimo, da je površina diskretnega tranzistorja vsaj 0,1 kvadratnega centimetra, bi morala biti površina, ki jo zaseda procesor kot celota, vsaj 200.000 kvadratnih metrov - približno 2000 trisobnih srednje velikih stanovanj.
Prav tako je treba zagotoviti prostor za pomnilnik, zvočno kartico, avdio kartico, omrežni adapter in druge zunanje naprave. Stroški montaže toliko ločenih elementov bi bili ogromni, zanesljivost pa nesprejemljivo nizka. Odpravljanje težav in popravilo bi trajalo neverjetno dolgo. Jasno je, da dobe osebnih računalnikov nikoli ne bi bilo brez visoko integriranih čipov. Tudi brez današnje tehnologije, računalniško intenzivnih naprav, od potrošniških do industrijskih ali znanstvenih
Smer razvoja elektronike je vnaprej določena za več let. To je najprej povečanje stopnje integracije elementov mikročipov, kar je povezano z nenehnim razvojem tehnologije. Pred nami je kvalitativni preskok, ko bodo zmožnosti mikroelektronike dosegle svoje meje, vendar je to stvar precej oddaljene prihodnosti.
Povezani članki:
