目前尚不清楚是谁首先提出在单个半导体芯片上制造两个或更多晶体管的想法。这个想法可能起源于半导体元件生产刚开始之后。众所周知,这种方法的理论基础发表于上世纪 50 年代初。解决技术问题用了不到 10 年的时间,早在 60 年代初就生产了第一个在一个封装中包含多个电子元件的设备 - 微芯片(芯片)。从那时起,人类就走上了一条尚未看到尽头的进步之路。
IC的用途
目前,在集成设计中制造了多种集成度不同的电子组件。从它们中,您可以像积木一样组装各种电子设备。因此,无线电接收器的电路可以以不同的方式实现。起点是使用芯片和晶体管组。通过连接它们的引脚,您可以制作接收器设备。下一步是在集成设计中使用单个组件(每个都在自己的外壳中):
- 射频放大器;
- 外差式;
- 混合器;
- 音频放大器。
最后,最现代的变体 - 整个接收器在一个芯片中,您只需要添加几个外部无源元件。显然,随着集成度的提高,电路的构建变得更加简单。如今,即使是一台完整的计算机也可以在一个芯片上实现。它的性能仍然会低于传统的计算设备,但随着技术的发展,也许连这一点都可以被打败。
芯片种类
现在有大量的芯片类型。几乎任何完整的电子组件,无论是标准的还是专业的,都采用微设计。不可能在一篇评论中列出和分解所有类型。但总的来说,芯片根据其功能可以分为三个全局类别。
- 数字的.它们处理离散信号。数字电平被馈送到输入端,数字形式的信号也从输出端获取。这类设备涵盖了从简单的逻辑元件到最先进的微处理器的各个领域。它还包括可编程逻辑矩阵、存储设备等。
- 模拟.它们处理根据连续规律变化的信号。这种芯片的典型例子是音频放大器。此类还包括集成线路稳定器、信号发生器、测量传感器等。模拟类别还包括无源元件组(电阻器、RC电路等).
- 模拟到数字(数字到模拟).这些芯片不仅将离散数据转换为连续数据,反之亦然。在同一情况下,源或接收的信号可以被放大、转换、调制、解码等。模数传感器被广泛用于各种技术过程的测量电路与计算设备的通信。
微电路也根据生产类型进行划分:
- 半导体——在单个半导体晶体上制成;
- 薄膜 - 无源元件是在厚或薄膜的基础上创建的;
- 混合:有源半导体器件被“种植”到无源薄膜元件(晶体管 ETC。)。
但是对于微电路的应用,这种分类在大多数情况下并没有提供太多的实用信息。
芯片壳
为了保护内部内容并简化安装,微电路被放置在一个封装中。最初,大多数微电路都是在金属外壳中生产的(圆形或矩形) 具有沿周边布置的柔性销。
这种设计不允许使用小型化的所有优点,因为与晶体的尺寸相比,设备的尺寸非常大。此外,集成度低,只会加剧问题。六十年代中期,DIP (双列直插式封装),一个长方形盒子,两边都有刚性销钉。体积庞大的问题并没有解决,但是,这种解决方案可以实现更高的封装密度,并简化电子电路的自动化组装。 DIP 封装中芯片管脚的数量从 4 到 64 不等,尽管“腿”超过 40 条的封装仍然很少见。
重要的! 国产DIP微电路的引脚间距为2.5mm,而进口——2.54mm(1 行 = 0.1 英寸)。因此,当相互替换完整的、看似类似的俄罗斯和进口产品时,就会出现问题。一个小的差异使得在电路板和面板中安装相同的功能和引脚分配设备变得困难。
随着电子技术的发展,DIP封装的缺点也越来越明显。微处理器没有足够的引脚,增加引脚数量需要增加封装尺寸。结束 DIP 统治时代的第二个问题是表面贴装的普及。这些芯片不再安装在板上的孔中,而是直接焊接到焊盘上。这种安装方式被证明是非常合理的,这就是为什么需要适合表面焊接的封装芯片。以及“孔”安装设备的位移过程(真洞) 元素命名为 贴片 (表面安装细节).
表面贴装的第一步是引入 SOIC 封装及其修改(SOP、HSOP 和其他变体)。与 DIP 一样,它们的长边有两排定位销,但它们平行于外壳的底部平面。
进一步的发展是 QFP 外壳。这种情况下每侧都有方形销。它类似于 PLLC 外壳,但仍然更接近 DIP 外壳,尽管引脚也都在圆周上。
一段时间以来,DIP 芯片在可编程器件领域占有一席之地(ROM、控制器、PLM),但片上编程的普及也将真正的孔双排封装推出了该领域。如今,即使是似乎无法替代孔安装的部件(例如集成稳压器等)也采用 SMD 格式。
微处理器外壳的开发采用了不同的路径。由于管脚的数量不适合任何合理尺寸正方形的周长,因此大芯片的腿以矩阵的形式排列(PGA、LGA等).
使用芯片的优势
微芯片的出现彻底改变了电子世界(特别是在微处理器技术方面)。占据一个或多个房间的灯泡计算机被认为是一种历史奇闻。但是现代处理器包含大约 200 亿个晶体管。如果我们假设一个分立晶体管的面积至少为 0.1 平方厘米,那么整个处理器所占用的面积至少要 200000 平方米——大约 2000 个三居室的中型公寓。
还需要为内存、声卡、声卡、网络适配器和其他外围设备提供空间。安装这么多分立元件的成本将是巨大的,而且可靠性会低得令人无法接受。故障排除和维修将花费非常长的时间。很明显,如果没有高度集成的芯片,个人电脑的时代就不会发生。此外,如果没有今天的技术,计算密集型设备,从消费者到工业或科学
电子产品的发展方向在未来很多年都是预先确定的。这首先是微芯片元件集成度的提高,这与技术的不断发展有关。当微电子能力达到极限时,会有质的飞跃,但这是一个相当遥远的未来。
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