Lastnosti izdelka

Dokumenti in mediji

Okoljske in izvozne klasifikacije

Integrirana vezja

Integrirano vezje (IC) je polprevodniški čip, ki nosi številne drobne komponente, kot so kondenzatorji, diode, tranzistorji in upori.Te drobne komponente se uporabljajo za izračun in shranjevanje podatkov s pomočjo digitalne ali analogne tehnologije.IC si lahko predstavljate kot majhen čip, ki se lahko uporablja kot popolno, zanesljivo vezje.Integrirano vezje je lahko števec, oscilator, ojačevalnik, logična vrata, časovnik, računalniški pomnilnik ali celo mikroprocesor.

IC velja za temeljni gradnik vseh današnjih elektronskih naprav.Njegovo ime nakazuje sistem več medsebojno povezanih komponent, vdelanih v tanek polprevodniški material iz silicija.

Zgodovina integriranih vezij 

Tehnologijo za integriranimi vezji sta leta 1950 prvič predstavila Robert Noyce in Jack Kilby v Združenih državah Amerike.Ameriško letalstvo je bilo prvi uporabnik tega novega izuma.Jack je tudi Kilby leta 2000 prejel Nobelovo nagrado za fiziko za svoj izum miniaturnih IC-jev.

1,5 leta po predstavitvi Kilbyjevega dizajna je Robert Noyce predstavil svojo različico integriranega vezja.Njegov model je rešil več praktičnih vprašanj v Kilbyjevi napravi.Tudi Noyce je za svoj model uporabil silicij, Jack Kilby pa germanij. 

Robert Noyce in Jack Kilby sta prejela ameriške patente za svoj prispevek k integriranim vezjem.Več let so se ubadali s pravnimi težavami.Končno sta se podjetji Noyce in Kilby odločili navzkrižno licencirati svoje izume in jih predstaviti ogromnemu svetovnemu trgu.

Vrste integriranih vezij

Obstajata dve vrsti integriranih vezij.To so:

1. Analogni IC-ji

Analogni IC imajo stalno spremenljiv izhod, odvisno od signala, ki ga prejemajo.Teoretično lahko takšni IC dosežejo neomejeno število stanj.Pri tej vrsti IC je izhodna raven gibanja linearna funkcija vhodne ravni signala.

Linearni IC lahko delujejo kot radiofrekvenčni (RF) in avdiofrekvenčni (AF) ojačevalniki.Operacijski ojačevalnik (op-amp) je naprava, ki se običajno uporablja tukaj.Poleg tega je temperaturni senzor še ena pogosta uporaba.Linearni IC lahko vklopijo in izklopijo različne naprave, ko signal doseže določeno vrednost.To tehnologijo lahko najdete v pečicah, grelnikih in klimatskih napravah. 

2. Digitalni IC 

Ti se razlikujejo od analognih IC.Ne delujejo v stalnem območju ravni signala.Namesto tega delujejo na nekaj vnaprej nastavljenih ravneh.Digitalni IC v osnovi delujejo s pomočjo logičnih vrat.Logična vrata uporabljajo binarne podatke.Signali v binarnih podatkih imajo samo dve ravni, znani kot nizka (logična 0) in visoka (logična 1).

Digitalni IC se uporabljajo v številnih aplikacijah, kot so računalniki, modemi itd.

Zakaj so integrirana vezja priljubljena?

Čeprav so bila integrirana vezja izumljena pred skoraj 30 leti, se še vedno uporabljajo v številnih aplikacijah.Razpravljajmo o nekaterih elementih, odgovornih za njihovo priljubljenost: 

1. Razširljivost 

Pred nekaj leti je prihodek industrije polprevodnikov dosegel neverjetnih 350 milijard USD.Pri tem je največ prispeval Intel.Bili so tudi drugi igralci in večina teh je pripadala digitalnemu trgu.Če pogledate številke, boste videli, da je bilo 80 odstotkov prodaje, ki jo je ustvarila industrija polprevodnikov, s tega trga.

Integrirana vezja so igrala veliko vlogo pri tem uspehu.Vidite, raziskovalci polprevodniške industrije so analizirali integrirano vezje, njegove aplikacije in njegove specifikacije ter jih povečali.

Prvi izumljeni IC je imel le nekaj tranzistorjev – 5, če smo natančni.In zdaj smo videli Intelov 18-jedrni Xeon s skupno 5,5 milijarde tranzistorjev.Poleg tega je imel IBM-ov Storage Controller leta 2015 7,1 milijarde tranzistorjev s 480 MB L4 predpomnilnika.

Ta razširljivost je igrala veliko vlogo pri prevladujoči priljubljenosti integriranih vezij.

2. Stroški

O stroških IC je bilo več razprav.Skozi leta je prišlo tudi do napačnih predstav o dejanski ceni IC.Razlog za to je, da IC-ji niso več preprost koncept.Tehnologija napreduje z izjemno hitro hitrostjo in oblikovalci čipov morajo slediti temu tempu pri izračunu stroškov IC.

Pred nekaj leti se je izračun stroškov za IC zanašal na silikonsko matrico.Takrat je bilo mogoče oceno stroškov čipa enostavno določiti glede na velikost matrice.Čeprav je silicij še vedno primarni element v njihovih izračunih, morajo strokovnjaki pri izračunu stroškov IC upoštevati tudi druge komponente.

Doslej so strokovnjaki izpeljali dokaj preprosto enačbo za določitev končne cene IC:

Končni strošek IC = strošek paketa + strošek testa + strošek matrice + strošek pošiljanja

Ta enačba upošteva vse potrebne elemente, ki igrajo veliko vlogo pri izdelavi čipa.Poleg tega je mogoče upoštevati še nekatere druge dejavnike.Najpomembnejša stvar, ki jo je treba upoštevati pri ocenjevanju stroškov IC, je, da se lahko cena med proizvodnim procesom spreminja iz več razlogov.

Poleg tega lahko vse tehnične odločitve, sprejete med proizvodnim procesom, pomembno vplivajo na stroške projekta.

3. Zanesljivost

Proizvodnja integriranih vezij je zelo občutljiva naloga, saj zahteva neprekinjeno delovanje vseh sistemov v milijonih ciklov.Zunanja elektromagnetna polja, ekstremne temperature in drugi delovni pogoji igrajo pomembno vlogo pri delovanju IC.

Vendar pa je večina teh težav odpravljena z uporabo pravilno nadzorovanega visokostresnega testiranja.Ne zagotavlja novih mehanizmov odpovedi, kar povečuje zanesljivost integriranih vezij.Porazdelitev porušitve lahko določimo tudi v relativno kratkem času z uporabo višjih napetosti.

Vsi ti vidiki pomagajo zagotoviti pravilno delovanje integriranega vezja.

Poleg tega je tukaj nekaj funkcij za določanje obnašanja integriranih vezij:

Temperatura

Temperatura se lahko drastično spreminja, zaradi česar je proizvodnja IC izjemno težavna.

Napetost.

Naprave delujejo pri nazivni napetosti, ki se lahko nekoliko spreminja.

Proces

Najpomembnejše variacije postopka, ki se uporabljajo za naprave, so mejna napetost in dolžina kanala.Variacija postopka je razvrščena kot:

• Veliko za veliko
• Oblat do oblata
• Umri, da umreš

Paketi integriranih vezij

Paket ovije matrico integriranega vezja, kar nam olajša povezavo z njim.Vsaka zunanja povezava na matrici je povezana z majhnim koščkom zlate žice na zatič na embalaži.Zatiči so ekstrudirani terminali srebrne barve.Prehajajo skozi vezje, da se povežejo z drugimi deli čipa.Ti so zelo bistveni, saj gredo po vezju in se povezujejo z žicami in ostalimi komponentami v vezju.

Tukaj je mogoče uporabiti več različnih vrst paketov.Vsi imajo edinstvene vrste pritrditve, edinstvene dimenzije in število zatičev.Oglejmo si, kako to deluje.

Štetje pinov

Vsa integrirana vezja so polarizirana in vsak nožek je drugačen glede na funkcijo in lokacijo.To pomeni, da mora paket navesti in ločiti vse zatiče drug od drugega.Večina IC uporablja bodisi piko ali zarezo za prikaz prvega zatiča.

Ko določite lokacijo prvega zatiča, se preostale številke zatičev povečajo v zaporedju, ko se po vezju vrtite v nasprotni smeri urinega kazalca.

Montaža

Montaža je ena od edinstvenih značilnosti vrste paketa.Vse pakete je mogoče kategorizirati glede na eno od dveh kategorij vgradnje: površinsko montažo (SMD ali SMT) ali skoznjo luknjo (PTH).S paketi Through-hole je veliko lažje delati, saj so večji.Zasnovane so za pritrditev na eno stran vezja in spajkanje na drugo.

Paketi za površinsko montažo so na voljo v različnih velikostih, od majhnih do majhnih.Pritrjeni so na eni strani škatle in prispajkani na površino.Zatiči tega paketa so pravokotni na čip, iztisnjeni ob strani ali pa so včasih vstavljeni v matrico na dnu čipa.Integrirana vezja v obliki površinske montaže zahtevajo tudi posebna orodja za sestavljanje.

Dual In-Line

Dual In-line Package (DIP) je eden najpogostejših paketov.To je vrsta paketa IC s skozi luknjo.Ti majhni čipi vsebujejo dve vzporedni vrsti zatičev, ki se navpično raztezajo iz črnega, plastičnega, pravokotnega ohišja.

Zatiči imajo med seboj razmik približno 2,54 mm – standard, ki je idealen za vgradnjo v testne plošče in nekaj drugih plošč za izdelavo prototipov.Odvisno od števila pinov se lahko skupne mere paketa DIP razlikujejo od 4 do 64.

Območje med vsako vrsto zatičev je razmaknjeno, da se omogoči, da se IC-ji DIP prekrivajo s središčnim območjem testne plošče.To zagotavlja, da imajo zatiči svojo vrsto in se ne skrajšajo.

Majhen oris

Paketi integriranih vezij majhnega obrisa ali SOIC so podobni površinsko nameščenim.Sestavljen je tako, da se vse zatiči na DIP upognejo in skrčijo.Te pakete lahko sestavite z mirno roko in celo z zaprtimi očmi – tako enostavno je!

Quad Flat

Paketi Quad Flat so zatiči v vseh štirih smereh.Skupno število zatičev v quad flat IC se lahko razlikuje od osmih zatičev na strani (skupaj 32) do sedemdeset zatičev na strani (skupaj 300+).Ti zatiči imajo med seboj približno 0,4 mm do 1 mm prostora.Manjše različice paketa quad flat so sestavljene iz nizkoprofilnih (LQFP), tankih (TQFP) in zelo tankih (VQFP) paketov.

Mrežni nizi kroglic

Ball Grid Arrays ali BGA so najnaprednejši paketi IC.To so neverjetno zapleteni, majhni paketi, kjer so majhne kroglice spajke postavljene v dvodimenzionalno mrežo na podlagi integriranega vezja.Včasih strokovnjaki spajkalne kroglice pritrdijo neposredno na matrico!

Paketi Ball Grid Arrays se pogosto uporabljajo za napredne mikroprocesorje, kot sta Raspberry Pi ali pcDuino.