Интегральные схемы: какие они, отличия от печатных и другое

интегральные схемы, чипы, микрочипы, IC (интегральная схема) или CI (интегральная схема), или как бы вы их ни называли, это тип электронных схем, которые сделали возможным продвижение технологий до современного уровня. Без этого изобретения вычислительная техника и телекоммуникации, вероятно, не были бы такими, какие они есть, а электронные и электрические устройства были бы совсем другими.

Несмотря на свои крошечные размеры и то, что они повсюду, эти интегральные схемы скрывают большие сюрпризы, чтобы обнаружить. Здесь вы можете узнать больше об этих Электронные компоненты...

Что такое интегральные схемы?

интегральные схемы - это пластины полупроводника инкапсулированный и содержащий записанную электронную схему. В зависимости от логического семейства, к которому они принадлежат, эти схемы будут состоять из различных миниатюрных электронных компонентов. Например, это могут быть диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы и т.д.

Благодаря им удалось разработать современная электроника и начать новую эру, учитывая большую интеграцию, которую они позволяют. На самом деле, некоторые из самых современных микросхем могут интегрировать до миллиардов транзисторов в кристалле площадью всего несколько квадратных миллиметров.

История чипсов

Поначалу в электронике стали использовать грубые вакуумные клапаны аналогично обычным лампочкам. Эти клапаны были большими, очень неэффективными, сильно нагревались и легко ломались, поэтому необходимо было заменить перегоревшие, чтобы компьютеры и другое оборудование, на котором они были, продолжали работать.

En 1947 год – изобретение транзистора., элемент, который заменит старые клапаны и произведет революцию в электронике. Благодаря ему стало возможным иметь твердотельное устройство, гораздо более стойкое, эффективное и быстродействующее, чем вентили. Однако некоторые думали, что они могут интегрировать несколько таких элементов в один кремниевый чип. Так были созданы первые в истории интегральные схемы.

Со временем твердотельная электроника развивалась и уменьшала размер компонентов, а также снижала затраты. В конце 50-х годов изобретатель компании Texas Instruments по имени Джек Килби, ему пришло в голову создать полупроводниковый чип и некую проводку, которая переплетала бы разные части. Это стало первым чипом в истории, за который он получил Нобелевскую премию.

Почти параллельно, Роберт НойсВ то время сотрудник Fairchild Semiconductor (впоследствии один из основателей Intel) тоже разработал подобное устройство, но с большими преимуществами перед Килби. Нойс создал идею, которая уступит место современным интегральным схемам. Эта технология называлась планарной и имела преимущества перед меза-технологией Килби.

С тех пор не прекращается эволюция и усовершенствование этих компонентов. Затраты резко упали, как и экономия топлива и размер, в то время как производительность и производительность резко улучшились. Ни один другой сектор не развивался так сильно, и ни один другой сектор не оказал такого большого влияния на человечество...

Как они сделаны?

Процедура производство интегральных схем это чрезвычайно сложно. Однако, как видно из видео, его можно описать несколькими более простыми шагами, чтобы люди могли понять, как это делается.

вот попробую суммировать этапы проектирования как можно лучше, не вдаваясь слишком глубоко, так как это дало бы тысячи статей:

1. Станьте частью потребности, приложения, для которого нужно создать электронную схему.
2. Команда разработчиков отвечает за определение характеристик и спецификаций, которыми должен обладать чип.
3. Затем схема начнет использовать логические вентили и другие элементы памяти и т. д., пока не будет достигнута логическая конструкция, реализующая функцию, для которой предназначена эта микросхема.
4. После этого он пройдет ряд шагов, между которыми проводятся тесты и симуляции, чтобы определить, правильно ли он работает на логическом уровне, и даже производятся тестовые чипы, чтобы увидеть, работают ли они физически.
5. После завершения этапа проектирования на основе макета разработанной схемы создается серия масок для производства. На них выгравирован узор, чтобы его можно было выгравировать на кремнии.
6. Этот шаблон используется литейным цехом или фабрикой для создания интегральных схем на полупроводниковой пластине. Эти пластины обычно содержат до 200 или 300 чипов в некоторых случаях.

Это что касается стадии проектирования, т. производственная сторона, мы имеем:

1. Минерал кремния получают из песка или кварца.
2. После того, как он очищен до сверхчистого, или EGS (кремний электронного класса), с уровнем чистоты выше, чем у кремния, используемого в других отраслях промышленности.
3. Этот ЭГС в виде кусков поступает в литейный цех, где его переплавляют в тигле и через затравочный кристалл выращивают по методу Чохральского. Чтобы было легко понять, это похоже на то, как производится типичная сладкая вата на ярмарках: вы вводите палочки (затравочный кристалл) и палочки из ваты (расплавленный кремний) и увеличиваете их объем.
4. В конце этого этапа в результате получается слиток, большой кусок монокристаллического кристалла кремния в форме цилиндра. Этот батончик нарезается на очень тонкие вафли.
5. Эти пластины проходят ряд процессов полировки поверхности, чтобы они оставались незагрязненными к началу производства.
6. После этого эти пластины будут проходить через несколько повторяющихся процессов для создания на них чипов. Эти процессы относятся к физико-химическому типу, например фотолитография, травление или травление, эпитаксиальный рост, окисление, ионная имплантация и т. д.
7. Окончательная идея состоит в том, чтобы создать электронные компоненты, как правило, транзисторы, на подложке пластины, а затем добавить слои для соединения указанных компонентов для формирования логических элементов в самом нижнем слое, а затем в следующих слоях эти элементы соединяются для формирования элементарных блоков (сумматоров, регистры, ...), в следующих слоях функциональные блоки (память, ALU, FPU, ...), и, наконец, все они связаны между собой, чтобы создать полную схему, например, ЦП. На продвинутом чипе может быть до 20 слоев.
8. После всех этих процессов, на выполнение которых может уйти несколько месяцев, для каждой пластины будут получены сотни одинаковых схем. Следующее — протестировать и разрезать их, то есть разделить на отдельные кремниевые чипы.
9. Теперь, когда они являются свободными кристаллами, мы приступаем к инкапсуляции (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...), где чип защищен и контактные площадки, которые представляют собой проводящие дорожки на поверхности, с выводами интегральной схемы. .

очевидно, не все интегральные схемы одинаковы. Здесь я говорил о функциональных блоках и более сложных вещах, таких как ЦП, но есть и очень простые схемы, такие как таймер 555 или ИС с 4 логическими элементами, которые чрезвычайно просты. Они будут состоять всего из нескольких десятков компонентов и будут связаны одним или несколькими слоями металлических взаимосвязей...

Типы ИС

Существует не один тип, а несколько типы интегральных схем. Наиболее известные из них, которые вы можете найти:

• Цифровые интегральные схемы: они довольно популярны и используются во многих современных устройствах, от компьютеров до мобильных устройств, Smart TV и т. д. Они характеризуются работой на основе цифровой системы, то есть с 0 и 1, где 0 — сигнал низкого напряжения, а 1 — сигнал высокого напряжения. Вот как они кодируют информацию и работают. Примерами могут быть ПЛК, ПЛИС, память, ЦП, ГП, микроконтроллер и т. д.
• Аналоговый: вместо того, чтобы основываться на двоичных сигналах, в данном случае это непрерывные сигналы переменные напряжения. Благодаря этому они могут решать такие задачи, как фильтрация, расширение сигнала, демодуляция, модуляция и т.д. Конечно, многие системы работают как с аналоговыми, так и с цифровыми схемами, используя АЦП/ЦАП преобразователи. Их можно разделить на две большие группы: линейные интегральные схемы и радиочастотные (РЧ). Примерами могут быть микросхемы для фильтрации звука, усилители звука, системы излучения или приема электромагнитных волн, датчики и т. д.
• ИС смешанных сигналов: как следует из названия, они представляют собой смесь обоих. Некоторыми примерами могут быть сами аналого-цифровые или цифро-аналоговые преобразователи, определенные микросхемы для часов, таймеры, энкодеры/декодеры и т.д.

Отличия от печатных плат

Интегральные схемы не следует путать с печатными схемами. Это разные вещи. В то время как первые относятся к микрочипам, как вы видели, печатные платы, или печатная платаЭто еще один тип электронных схем, которые печатаются на пластинах большего размера.

Лас- различия наиболее примечательны:

• Печатные схемы: они состоят из пластины с рисунком проводящих линий, таких как медные дорожки для соединения различных вставленных компонентов (конденсаторов, транзисторов, резисторов, микросхем и т. д.), спаянных оловянной пайкой в ​​дополнение к диэлектрику. материал (подложка), разделяющий слои соединительных взаимосвязей. Они также обычно имеют сквозные отверстия или переходные отверстия для компонентов, не предназначенных для поверхностного монтажа (SMD). С другой стороны, они обычно имеют легенду, ряд меток, букв и цифр для идентификации компонентов и облегчения обслуживания. Для защиты меди, которая легко окисляется, они обычно имеют поверхностную обработку. И, в отличие от интегральных схем, их можно ремонтировать, заменяя поврежденные компоненты или восстанавливая межсоединения.
• Интегральные схемыОни очень маленькие по размеру, твердотельные и имеют низкую стоимость массового производства. В отличие от печатных плат, их нельзя отремонтировать, поскольку их компоненты и соединения настолько малы, что это невозможно.

Ни интегральные схемы не заменяют печатные схемы, ни наоборот. У обоих есть свое применение, и в большинстве случаев они идут вместе в практических приложениях...

Самые популярные интегральные схемы

Наконец, существует множество очень популярные интегральные схемы сотрудников для проектов в области электроники, таких как те из логические ворота. Они дешевы, и их легко найти в таких магазинах, как Amazon или в специализированных магазинах электроники. Например, вот некоторые из самых популярных:

• 75 популярных комплектов микросхем от Interstellar Electronics
• Товар не был найден..
• 10 микросхем популярного таймера NE555.
• Товар не был найден..