Nu se știe cine a venit primul cu ideea de a face doi sau mai mulți tranzistori pe un singur cip semiconductor. Poate că această idee a apărut imediat după începerea producției de elemente semiconductoare. Se știe că bazele teoretice ale acestei abordări au fost publicate la începutul anilor 1950. A fost nevoie de mai puțin de 10 ani pentru a depăși problemele tehnologice și, deja la începutul anilor 60, a fost lansat primul dispozitiv care conținea mai multe componente electronice într-un singur pachet - un microcircuit (cip). Din acel moment, omenirea a pornit pe calea perfecționării, care nu are sfârșit în vedere.
Conţinut
Scopul microcircuitelor
În versiunea integrată, în prezent se realizează o mare varietate de componente electronice cu grade diferite de integrare. Din ele, ca și din cuburi, puteți colecta diverse dispozitive electronice. Astfel, circuitul receptor radio poate fi implementat în diverse moduri. Opțiunea inițială este să folosiți cipuri de tranzistori.Conectând concluziile lor, puteți face un dispozitiv de recepție. Următorul pas este utilizarea nodurilor individuale într-un design integrat (fiecare în trupul său):
- amplificator de radiofrecvență;
- heterodină;
- mixer;
- amplificator de frecvență audio.
În cele din urmă, cea mai modernă opțiune este întregul receptor într-un singur cip, trebuie doar să adăugați câteva elemente pasive externe. Evident, pe măsură ce gradul de integrare crește, construcția circuitelor devine mai simplă. Chiar și un computer cu drepturi depline poate fi acum implementat pe un singur cip. Performanța sa va fi în continuare mai mică decât cea a dispozitivelor de calcul convenționale, dar odată cu dezvoltarea tehnologiei, este posibil ca acest moment să fie depășit.
Tipuri de cipuri
În prezent, sunt produse un număr mare de tipuri de microcircuite. Practic orice ansamblu electronic complet, standard sau specializat, este disponibil în micro. Nu este posibil să enumerați și să analizați toate tipurile în cadrul unei singure recenzii. Dar, în general, în funcție de scopul funcțional, microcircuitele pot fi împărțite în trei categorii globale.
- Digital. Lucrați cu semnale discrete. La intrare sunt aplicate niveluri digitale, semnalele sunt preluate și de la ieșire în formă digitală. Această clasă de dispozitive acoperă zona de la elemente logice simple până la cele mai moderne microprocesoare. Aceasta include, de asemenea, matrice logice programabile, dispozitive de memorie etc.
- Analogic. Ei lucrează cu semnale care se schimbă conform unei legi continue. Un exemplu tipic de astfel de microcircuit este un amplificator de frecvență audio. Această clasă include, de asemenea, stabilizatori liniari integrali, generatoare de semnal, senzori de măsurare și multe altele. Categoria analogică include și seturi de elemente pasive (rezistențe, circuite RC etc.).
- De la analog la digital (de la digital la analog). Aceste microcircuite nu numai că convertesc datele discrete în continue sau invers. Semnalele originale sau primite din același pachet pot fi amplificate, convertite, modulate, decodificate și altele asemenea. Senzorii analog-digitali sunt utilizați pe scară largă pentru conectarea circuitelor de măsurare a diferitelor procese tehnologice cu dispozitive de calcul.
Microcipurile sunt, de asemenea, împărțite în funcție de tipul de producție:
- semiconductor - realizat pe un singur cristal semiconductor;
- film - elementele pasive sunt create pe baza de pelicule groase sau subțiri;
- hibride - dispozitive active semiconductoare „se așează” la elemente de film pasive (tranzistoare etc.).
Dar pentru utilizarea microcircuitelor, această clasificare în majoritatea cazurilor nu oferă informații practice speciale.
Pachete cu cipuri
Pentru a proteja conținutul intern și pentru a simplifica instalarea, microcircuitele sunt plasate într-o carcasă. Inițial, majoritatea chips-urilor au fost produse într-o carcasă metalică (rotund sau dreptunghiular) cu cabluri flexibile situate în jurul perimetrului.
Acest design nu a permis utilizarea tuturor avantajelor miniaturizării, deoarece dimensiunile dispozitivului erau foarte mari în comparație cu dimensiunea cristalului. În plus, gradul de integrare a fost scăzut, ceea ce nu a făcut decât să agraveze problema. La mijlocul anilor '60, a fost dezvoltat pachetul DIP (pachet dual în linie) este o structură dreptunghiulară cu cabluri rigide pe ambele părți. Problema dimensiunilor voluminoase nu a fost rezolvată, dar cu toate acestea, o astfel de soluție a făcut posibilă obținerea unei densități mai mari de ambalare, precum și simplificarea asamblarii automate a circuitelor electronice.Numărul de pini de microcircuit dintr-un pachet DIP variază de la 4 la 64, deși pachetele cu mai mult de 40 de „picioare” sunt încă rare.
Important! Pasul pinului pentru microcircuite DIP interne este de 2,5 mm, pentru import - 2,54 mm (1 linie = 0,1 inch). Din această cauză, apar probleme cu înlocuirea reciprocă a analogilor completi, se pare, ai producției rusești și importate. O ușoară discrepanță face dificilă instalarea dispozitivelor care sunt identice ca funcționalitate și pinout în plăci și în panou.
Odată cu dezvoltarea tehnologiei electronice, dezavantajele pachetelor DIP au devenit evidente. Pentru microprocesoare, numărul de pini nu a fost suficient, iar creșterea lor în continuare a necesitat o creștere a dimensiunilor carcasei. astfel de microcircuite au început să ocupe prea mult spațiu nefolosit pe plăci. A doua problemă care a adus sfârșitul erei dominației DIP este utilizarea pe scară largă a montajului pe suprafață. Elementele au început să fie instalate nu în găurile de pe placă, ci lipite direct pe plăcuțele de contact. Această metodă de montare s-a dovedit a fi foarte rațională, astfel încât au fost necesare microcircuite în pachete adaptate pentru lipirea la suprafață. Și a început procesul de excludere a dispozitivelor pentru montarea „găurii” (adevărată gaură) elemente denumite ca smd (detaliu montat la suprafață).
Primul pas către tranziția la pachetele SOIC din oțel cu montare la suprafață și modificările acestora (SOP, HSOP și multe altele). Ei, ca și DIP, au picioare în două rânduri de-a lungul laturilor lungi, dar sunt paralele cu planul inferior al carcasei.
O dezvoltare ulterioară a fost pachetul QFP. Această carcasă în formă pătrată are terminale pe fiecare parte.Carcasa PLLC este similară cu aceasta, dar este încă mai aproape de DIP, deși picioarele sunt, de asemenea, situate în jurul întregului perimetru.
De ceva timp, cipurile DIP și-au păstrat pozițiile în sectorul dispozitivelor programabile (ROM, controlere, PLM), dar răspândirea programării în circuit a scos și pachetele cu două rânduri din această zonă. Acum, chiar și acele părți, a căror instalare în găuri părea să nu aibă nicio alternativă, au primit performanță SMD - de exemplu, stabilizatori de tensiune integrati etc.
Dezvoltarea carcasei cu microprocesoare a luat o cale diferită. Deoarece numărul de pini nu se potrivește în jurul perimetrului niciunuia dintre dimensiunile pătrate rezonabile, picioarele unui microcircuit mare sunt aranjate sub forma unei matrice (PGA, LGA etc.).
Beneficiile folosirii microcipurilor
Apariția microcircuitelor a revoluționat lumea electronicelor (mai ales în tehnologia microprocesoarelor). Calculatoarele pe lămpi care ocupă una sau mai multe camere sunt amintite ca o curiozitate istorică. Dar un procesor modern conține aproximativ 20 de miliarde de tranzistori. Dacă luăm aria unui tranzistor într-o versiune discretă de cel puțin 0,1 cm², atunci aria ocupată de procesor în ansamblu va trebui să fie de cel puțin 200.000 de metri pătrați - aproximativ 2.000 de trei camere de dimensiuni medii. apartamente.
De asemenea, trebuie să oferiți spațiu pentru memorie, placa de sunet, cardul audio, adaptorul de rețea și alte periferice. Costul montării unui astfel de număr de elemente discrete ar fi enorm, iar fiabilitatea funcționării este inacceptabil de scăzută. Depanarea și repararea ar dura un timp incredibil de lung. Este evident că era computerelor personale fără cipuri cu un grad ridicat de integrare nu ar fi venit niciodată.De asemenea, fără tehnologii moderne, dispozitivele care necesită o putere mare de calcul nu ar fi fost create - de la gospodărie până la industrial sau științific
Direcția de dezvoltare a electronicii este predeterminată pentru mulți ani de acum înainte. Aceasta este, în primul rând, o creștere a gradului de integrare a elementelor de microcircuit, care este asociată cu dezvoltarea continuă a tehnologiilor. Există un salt calitativ înainte, când posibilitățile microelectronicii vor ajunge la limită, dar aceasta este o chestiune de viitor destul de îndepărtat.
Articole similare:
