Атрибуты продукта

Документы и СМИ

Экологические и экспортные классификации

Интегральные схемы 

Интегральная схема (ИС) — это полупроводниковый чип, содержащий множество крошечных компонентов, таких как конденсаторы, диоды, транзисторы и резисторы.Эти крошечные компоненты используются для расчета и хранения данных с помощью цифровых или аналоговых технологий.Вы можете думать об ИС как о небольшом чипе, который можно использовать как законченную надежную схему.Интегральные схемы могут представлять собой счетчик, генератор, усилитель, логический элемент, таймер, компьютерную память или даже микропроцессор.

Микросхема считается фундаментальным строительным блоком всех современных электронных устройств.Его название предполагает систему множества взаимосвязанных компонентов, встроенных в тонкий полупроводниковый материал из кремния.

История интегральных микросхем

Технология, лежащая в основе интегральных схем, была впервые представлена ​​в 1950 году Робертом Нойсом и Джеком Килби в Соединенных Штатах Америки.ВВС США были первым потребителем этого нового изобретения.Джек также Килби получил Нобелевскую премию по физике в 2000 году за изобретение миниатюрных микросхем.

Через 1,5 года после появления конструкции Килби Роберт Нойс представил свою собственную версию интегральной схемы.Его модель решила несколько практических проблем устройства Килби.Нойс также использовал для своей модели кремний, а Джек Килби — германий.

Роберт Нойс и Джек Килби получили патенты США за вклад в создание интегральных схем.Несколько лет они боролись с юридическими проблемами.Наконец, компании Нойса и Килби решили перекрестно лицензировать свои изобретения и представить их огромному мировому рынку.

Типы интегральных схем

Существует два типа интегральных схем.Это:

1. Аналоговые микросхемы

Аналоговые микросхемы имеют постоянно изменяемый выходной сигнал в зависимости от получаемого сигнала.Теоретически такие микросхемы могут достигать неограниченного числа состояний.В ИС этого типа выходной уровень движения является линейной функцией входного уровня сигнала.

Линейные микросхемы могут функционировать как усилители радиочастоты (RF) и звуковой частоты (AF).Обычно здесь используется операционный усилитель (ОУ).Кроме того, датчик температуры является еще одним распространенным применением.Линейные микросхемы могут включать и выключать различные устройства, когда сигнал достигает определенного значения.Вы можете найти эту технологию в духовках, обогревателях и кондиционерах.

2. Цифровые микросхемы

Они отличаются от аналоговых микросхем.Они не работают в постоянном диапазоне уровней сигнала.Вместо этого они работают на нескольких заранее установленных уровнях.Цифровые микросхемы в основном работают с помощью логических вентилей.Логические элементы используют двоичные данные.Сигналы в двоичных данных имеют только два уровня: низкий (логический 0) и высокий (логическая 1).

Цифровые микросхемы используются в широком спектре приложений, таких как компьютеры, модемы и т. д.

Почему интегральные схемы популярны?

Несмотря на то, что интегральные схемы были изобретены почти 30 лет назад, они до сих пор используются во многих приложениях.Давайте обсудим некоторые элементы, ответственные за их популярность:

1. Масштабируемость 

Несколько лет назад доходы полупроводниковой промышленности достигли невероятных 350 миллиардов долларов США.Intel внесла здесь наибольший вклад.Были и другие игроки, и большинство из них принадлежало цифровому рынку.Если вы посмотрите на цифры, то увидите, что 80 процентов продаж полупроводниковой промышленности приходится на этот рынок.

Большую роль в этом успехе сыграли интегральные схемы.Видите ли, исследователи полупроводниковой промышленности проанализировали интегральную схему, ее применение и характеристики и масштабировали ее.

В первой когда-либо изобретенной микросхеме было всего несколько транзисторов — пять, если быть точным.И теперь мы увидели 18-ядерный процессор Intel Xeon с 5,5 миллиардами транзисторов.Кроме того, в 2015 году контроллер хранилища IBM имел 7,1 миллиарда транзисторов и 480 МБ кэш-памяти L4.

Эта масштабируемость сыграла большую роль в преобладающей популярности интегральных микросхем.

2. Стоимость

Было несколько споров о стоимости микросхемы.На протяжении многих лет существовало неправильное представление о реальной цене микросхемы.Причина этого в том, что микросхемы больше не являются простой концепцией.Технологии развиваются чрезвычайно быстро, и разработчики микросхем должны идти в ногу с этим темпом при расчете стоимости ИС.

Несколько лет назад при расчете стоимости микросхемы использовались кремниевые кристаллы.В то время оценку стоимости чипа можно было легко определить по размеру кристалла.Хотя кремний по-прежнему является основным элементом в своих расчетах, экспертам необходимо учитывать и другие компоненты при расчете стоимости ИС.

На данный момент эксперты вывели довольно простое уравнение для определения окончательной стоимости микросхемы:

Окончательная стоимость микросхемы = стоимость упаковки + стоимость тестирования + стоимость кристалла + стоимость доставки

Это уравнение учитывает все необходимые элементы, которые играют огромную роль в производстве чипа.Помимо этого, можно учитывать и другие факторы.Самое важное, что следует учитывать при оценке затрат на микросхемы, — это то, что цена может меняться в ходе производственного процесса по множеству причин.

Кроме того, любые технические решения, принятые в процессе производства, могут оказать существенное влияние на стоимость проекта.

3. Надежность

Производство интегральных схем — очень деликатная задача, поскольку требует непрерывной работы всех систем в течение миллионов циклов.Внешние электромагнитные поля, экстремальные температуры и другие условия эксплуатации играют важную роль в работе ИС.

Однако большинство этих проблем устраняются с помощью правильно контролируемого стресс-тестирования.Он не обеспечивает новых механизмов отказа, повышая надежность интегральных схем.Мы также можем определить распределение отказов за относительно короткое время, используя более высокие напряжения.

Все эти аспекты помогают гарантировать правильную работу интегральной схемы.

Кроме того, вот некоторые особенности, определяющие поведение интегральных схем:

Температура

Температура может сильно меняться, что чрезвычайно затрудняет производство ИС.

Напряжение.

Устройства работают при номинальном напряжении, которое может незначительно меняться.

Процесс

Наиболее важными вариациями процесса, используемыми для устройств, являются пороговое напряжение и длина канала.Вариации процесса классифицируются как:

• Лот к лоту
• Вафля к вафле
• Умереть, чтобы умереть

Интегральные схемы

Пакет окружает кристалл интегральной схемы, облегчая нам подключение к ней.Каждое внешнее соединение на кристалле соединено крошечным кусочком золотой проволоки с контактом на корпусе.Штыри представляют собой выдавливаемые клеммы серебристого цвета.Они проходят через схему и соединяются с другими частями чипа.Они очень важны, поскольку они обходят цепь и подключаются к проводам и остальным компонентам цепи.

Здесь можно использовать несколько различных типов пакетов.Все они имеют уникальные типы крепления, уникальные размеры и количество контактов.Давайте посмотрим, как это работает.

Подсчет контактов

Все интегральные схемы поляризованы, и каждый вывод отличается как по функции, так и по расположению.Это означает, что на упаковке необходимо указать и отделить все контакты друг от друга.В большинстве микросхем для обозначения первого контакта используется либо точка, либо выемка.

Как только вы определите расположение первого контакта, номера остальных контактов последовательно увеличиваются по мере движения против часовой стрелки по схеме.

Монтаж

Монтаж является одной из уникальных характеристик типа упаковки.Все корпуса можно отнести к одной из двух категорий монтажа: для поверхностного монтажа (SMD или SMT) или для сквозного монтажа (PTH).С пакетами сквозного типа работать гораздо проще, поскольку они больше по размеру.Они предназначены для крепления на одной стороне схемы и припаивания к другой.

Корпуса для поверхностного монтажа бывают разных размеров: от маленьких до миниатюрных.Они закрепляются на одной стороне коробки и припаиваются к поверхности.Выводы этого корпуса либо перпендикулярны чипу, выдавлены сбоку, либо иногда установлены в матрице на основании чипа.Интегральные схемы для поверхностного монтажа также требуют специальных инструментов для сборки.

Двойной рядный

Двойной рядный пакет (DIP) является одним из наиболее распространенных пакетов.Это тип корпуса микросхем со сквозным отверстием.Эти маленькие микросхемы содержат два параллельных ряда контактов, выходящих вертикально из черного пластикового прямоугольного корпуса.

Расстояние между контактами составляет около 2,54 мм — стандарт, идеально подходящий для макетных плат и некоторых других макетных плат.В зависимости от количества контактов габариты корпуса DIP могут варьироваться от 4 до 64.

Область между каждым рядом контактов расположена так, чтобы микросхемы DIP перекрывали центральную область макета.Это гарантирует, что штифты будут иметь свой собственный ряд и не будут замыкаться.

Маленький контур

Корпуса интегральных схем малого контура или SOIC аналогичны устройствам для поверхностного монтажа.Его изготавливают путем сгибания всех контактов DIP и их сжатия.Собирать эти пакеты можно твердой рукой и даже с закрытыми глазами – это так просто!

Четырехместная квартира

Пакеты Quad Flat расставляют штыри во всех четырех направлениях.Общее количество контактов в четырехъядерной микросхеме может варьироваться от восьми контактов на стороне (всего 32) до семидесяти контактов на стороне (всего 300+).Расстояние между этими штифтами составляет от 0,4 до 1 мм.Меньшие варианты четырехплоского корпуса состоят из низкопрофильного (LQFP), тонкого (TQFP) и очень тонкого (VQFP) корпуса.

Массивы шариковых сеток

Ball Grid Arrays или BGA — это самые передовые корпуса ИС.Это невероятно сложные маленькие корпуса, в которых крошечные шарики припоя расположены в двумерной сетке на основании интегральной схемы.Иногда специалисты прикрепляют шарики припоя прямо к кристаллу!

Пакеты Ball Grid Arrays часто используются для современных микропроцессоров, таких как Raspberry Pi или pcDuino.