Атрибути на продукта

Документи и медии

Екологични и експортни класификации

Интегрални схеми 

Интегралната схема (IC) е полупроводников чип, който носи много малки компоненти като кондензатори, диоди, транзистори и резистори.Тези малки компоненти се използват за изчисляване и съхраняване на данни с помощта на цифрова или аналогова технология.Можете да мислите за IC като малък чип, който може да се използва като цялостна, надеждна верига.Интегралните схеми могат да бъдат брояч, осцилатор, усилвател, логическа врата, таймер, компютърна памет или дори микропроцесор.

IC се счита за основен градивен елемент на всички днешни електронни устройства.Името му подсказва система от множество взаимосвързани компоненти, вградени в тънък, произведен от силиций полупроводников материал.

История на интегралните схеми

Технологията зад интегралните схеми първоначално е въведена през 1950 г. от Робърт Нойс и Джак Килби в Съединените американски щати.ВВС на САЩ бяха първият потребител на това ново изобретение.Джак също Килби спечели Нобелова награда за физика през 2000 г. за изобретението си на миниатюрни интегрални схеми.

1,5 години след въвеждането на дизайна на Килби, Робърт Нойс представи своя собствена версия на интегралната схема.Неговият модел решава няколко практически проблема в устройството на Килби.Нойс също използва силиций за своя модел, докато Джак Килби използва германий.

Робърт Нойс и Джак Килби получиха американски патенти за приноса си към интегралните схеми.Те се борят с правни проблеми в продължение на няколко години.Накрая компаниите на Нойс и Килби решават да лицензират кръстосано своите изобретения и да ги представят на огромен глобален пазар.

Видове интегрални схеми

Има два вида интегрални схеми.Това са:

1. Аналогови ИС

Аналоговите ИС имат постоянно променлив изход, в зависимост от сигнала, който получават.На теория такива ИС могат да достигнат неограничен брой състояния.В този тип IC изходното ниво на движението е линейна функция на входното ниво на сигнала.

Линейните интегрални схеми могат да функционират като радиочестотни (RF) и аудиочестотни (AF) усилватели.Операционният усилвател (op-amp) е устройството, което обикновено се използва тук.В допълнение, температурен сензор е друго често срещано приложение.Линейните интегрални схеми могат да включват и изключват различни устройства, след като сигналът достигне определена стойност.Можете да намерите тази технология във фурни, нагреватели и климатици.

2. Цифрови интегрални схеми

Те са различни от аналоговите ИС.Те не работят в постоянен диапазон от нива на сигнала.Вместо това те работят на няколко предварително зададени нива.Цифровите интегрални схеми основно работят с помощта на логически порти.Логическите порти използват двоични данни.Сигналите в двоичните данни имат само две нива, известни като ниско (логическа 0) и високо (логическа 1).

Цифровите интегрални схеми се използват в широк спектър от приложения като компютри, модеми и др.

Защо интегралните схеми са популярни?

Въпреки че са изобретени преди почти 30 години, интегралните схеми все още се използват в много приложения.Нека обсъдим някои от елементите, отговорни за тяхната популярност:

1. Мащабируемост 

Преди няколко години приходите на полупроводниковата индустрия достигнаха невероятните 350 милиарда щатски долара.Intel имаше най-голям принос тук.Имаше и други играчи и повечето от тях принадлежаха на цифровия пазар.Ако погледнете числата, ще видите, че 80 процента от продажбите, генерирани от индустрията на полупроводниците, са от този пазар.

Интегралните схеми изиграха голяма роля за този успех.Виждате ли, изследователите на полупроводниковата индустрия анализираха интегралната схема, нейните приложения и нейните спецификации и я увеличиха.

Първата изобретена някога IC имаше само няколко транзистора – 5, за да бъдем конкретни.И сега видяхме 18-ядрения Xeon на Intel с общо 5,5 милиарда транзистора.Освен това Storage Controller на IBM имаше 7,1 милиарда транзистора с 480 MB L4 кеш през 2015 г.

Тази мащабируемост изигра голяма роля за преобладаващата популярност на интегралните схеми.

2. Разходи

Има няколко дебата относно цената на IC.През годините имаше погрешно схващане относно действителната цена на IC.Причината за това е, че интегралните схеми вече не са проста концепция.Технологиите се развиват с изключително бърза скорост и дизайнерите на чипове трябва да се придържат към това темпо, когато изчисляват цената на IC.

Преди няколко години изчислението на разходите за IC разчиташе на силиконовата матрица.По това време оценката на цената на чипа може лесно да се определи от размера на матрицата.Докато силицийът все още е основен елемент в техните изчисления, експертите трябва да вземат предвид и други компоненти, когато изчисляват цената на IC.

Досега експертите са извели доста просто уравнение за определяне на крайната цена на IC:

Крайна цена на IC = цена на пакета + цена на тест + цена на матрица + цена за доставка

Това уравнение отчита всички необходими елементи, които играят огромна роля в производството на чипа.В допълнение към това може да има някои други фактори, които могат да бъдат взети предвид.Най-важното нещо, което трябва да имате предвид, когато оценявате разходите за IC, е, че цената може да варира по време на производствения процес по множество причини.

Освен това всички технически решения, взети по време на производствения процес, могат да окажат значително влияние върху цената на проекта.

3. Надеждност

Производството на интегрални схеми е много чувствителна задача, тъй като изисква всички системи да работят непрекъснато в продължение на милиони цикли.Външните електромагнитни полета, екстремните температури и други работни условия играят важна роля в работата на IC.

Въпреки това, повечето от тези проблеми се елиминират с използването на правилно контролирани тестове за висок стрес.Той не предоставя нови механизми за отказ, повишавайки надеждността на интегралните схеми.Можем също така да определим разпределението на отказите за сравнително кратко време чрез използване на по-високи напрежения.

Всички тези аспекти помагат да се гарантира, че интегралната схема може да функционира правилно.

Освен това, ето някои функции за определяне на поведението на интегралните схеми:

температура

Температурата може да варира драстично, което прави производството на IC изключително трудно.

Волтаж.

Устройствата работят при номинално напрежение, което може леко да варира.

Процес

Най-важните вариации на процеса, използвани за устройства, са праговото напрежение и дължината на канала.Промяната на процеса се класифицира като:

• Много към много
• Вафла до вафла
• Умри, за да умреш

Пакети с интегрални схеми

Пакетът обвива матрицата на интегрална схема, което ни улеснява да се свържем с нея.Всяка външна връзка на матрицата е свързана с малко парче златна тел към щифт на опаковката.Пиновете са екструдирани терминали, които са сребристи на цвят.Те преминават през веригата, за да се свържат с други части на чипа.Те са изключително важни, тъй като обикалят веригата и се свързват с проводниците и останалите компоненти във веригата.

Има няколко различни вида пакети, които могат да се използват тук.Всички те имат уникални видове монтаж, уникални размери и брой щифтове.Нека да разгледаме как работи това.

Броене на щифтове

Всички интегрални схеми са поляризирани и всеки щифт е различен по отношение както на функция, така и на местоположение.Това означава, че пакетът трябва да посочи и отдели всички щифтове един от друг.Повечето интегрални схеми използват или точка, или прорез, за ​​да покажат първия щифт.

След като идентифицирате местоположението на първия щифт, останалите номера на щифтовете се увеличават в последователност, докато се движите по веригата обратно на часовниковата стрелка.

Монтаж

Монтажът е една от уникалните характеристики на тип опаковка.Всички пакети могат да бъдат категоризирани според една от двете категории за монтаж: повърхностен монтаж (SMD или SMT) или проходен отвор (PTH).Много по-лесно е да работите с пакети Through-hole, тъй като те са по-големи.Те са проектирани да бъдат фиксирани от едната страна на верига и запоени към друга.

Пакетите за повърхностен монтаж се предлагат в различни размери, от малки до миниатюрни.Те са фиксирани от едната страна на кутията и са запоени към повърхността.Щифтовете на този пакет са или перпендикулярни на чипа, изстискани отстрани, или понякога са поставени в матрица в основата на чипа.Интегралните схеми под формата на повърхностен монтаж също изискват специални инструменти, за да бъдат сглобени.

Dual In-Line

Dual In-line Package (DIP) е един от най-разпространените пакети.Това е тип IC пакет с отвори.Тези малки чипове съдържат два успоредни реда щифтове, простиращи се вертикално от черен, пластмасов, правоъгълен корпус.

Щифтовете имат разстояние от около 2,54 мм между тях – стандарт, перфектен за поставяне в breadboards и няколко други прототипни платки.В зависимост от броя на щифтовете, общите размери на DIP пакета могат да варират от 4 до 64.

Регионът между всеки ред щифтове е раздалечен, за да позволи на DIP ICs да припокриват централната област на макетната платка.Това гарантира, че щифтовете имат собствен ред и нямат късо съединение.

Малък контур

Пакетите с интегрални схеми с малък контур или SOIC са подобни на тези за повърхностен монтаж.Създаден е чрез огъване на всички щифтове на DIP и свиването му.Можете да сглобите тези пакети със стабилна ръка и дори със затворено око – толкова е лесно!

Quad Flat

Quad Flat пакетира щифтове за изкривяване във всичките четири посоки.Общият брой пинове в четворна плоска IC може да варира от осем пина отстрани (общо 32) до седемдесет пина отстрани (общо 300+).Тези щифтове имат разстояние от около 0,4 mm до 1 mm между тях.По-малките варианти на четворния плосък пакет се състоят от нископрофилни (LQFP), тънки (TQFP) и много тънки (VQFP) пакети.

Масиви с топка

Ball Grid Arrays или BGA са най-модерните IC пакети.Това са невероятно сложни, малки пакети, където малки топчета спойка са разположени в двуизмерна мрежа в основата на интегралната схема.Понякога експертите прикрепят спойките директно към матрицата!

Пакетите Ball Grid Arrays често се използват за усъвършенствани микропроцесори, като Raspberry Pi или pcDuino.