Cechy produktu

Dokumenty i multimedia

Klasyfikacje środowiskowe i eksportowe

Obwody scalone

Układ scalony (IC) to układ półprzewodnikowy, w którym znajduje się wiele drobnych elementów, takich jak kondensatory, diody, tranzystory i rezystory.Te maleńkie elementy służą do obliczania i przechowywania danych za pomocą technologii cyfrowej lub analogowej.Można myśleć o układzie scalonym jak o małym chipie, który można wykorzystać jako kompletny, niezawodny obwód.Układem scalonym może być licznik, oscylator, wzmacniacz, bramka logiczna, timer, pamięć komputera, a nawet mikroprocesor.

Układ scalony jest uważany za podstawowy element konstrukcyjny wszystkich współczesnych urządzeń elektronicznych.Jego nazwa sugeruje system wielu powiązanych ze sobą komponentów osadzonych w cienkim materiale półprzewodnikowym wykonanym z krzemu.

Historia układów scalonych 

Technologia układów scalonych została po raz pierwszy wprowadzona w 1950 roku przez Roberta Noyce'a i Jacka Kilby'ego w Stanach Zjednoczonych.Pierwszym konsumentem tego nowego wynalazku były Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych.Jack także Kilby zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2000 roku za wynalezienie zminiaturyzowanych układów scalonych.

1,5 roku po wprowadzeniu projektu Kilby'ego Robert Noyce przedstawił własną wersję układu scalonego.Jego model rozwiązał kilka praktycznych problemów w urządzeniu Kilby'ego.Noyce również użył krzemu w swoim modelu, podczas gdy Jack Kilby użył germanu. 

Zarówno Robert Noyce, jak i Jack Kilby otrzymali patenty w USA za swój wkład w układy scalone.Przez kilka lat borykali się z problemami prawnymi.Wreszcie firmy Noyce i Kilby zdecydowały się na wymianę licencji na swoje wynalazki i wprowadzenie ich na ogromny rynek globalny.

Rodzaje układów scalonych

Istnieją dwa typy układów scalonych.To są:

1. Analogowe układy scalone

Analogowe układy scalone mają stale zmienną moc wyjściową, w zależności od odbieranego sygnału.Teoretycznie takie układy scalone mogą osiągać nieograniczoną liczbę stanów.W tego typu układach scalonych poziom wyjściowy ruchu jest liniową funkcją poziomu wejściowego sygnału.

Liniowe układy scalone mogą działać jako wzmacniacze częstotliwości radiowej (RF) i częstotliwości audio (AF).Zwykle używanym tutaj urządzeniem jest wzmacniacz operacyjny (wzmacniacz operacyjny).Ponadto czujniki temperatury to kolejne powszechne zastosowanie.Liniowe układy scalone mogą włączać i wyłączać różne urządzenia, gdy sygnał osiągnie określoną wartość.Tę technologię można znaleźć w piekarnikach, grzejnikach i klimatyzatorach. 

2. Cyfrowe układy scalone 

Różnią się one od analogowych układów scalonych.Nie działają w stałym zakresie poziomów sygnału.Zamiast tego działają na kilku wcześniej ustalonych poziomach.Cyfrowe układy scalone działają zasadniczo za pomocą bramek logicznych.Bramki logiczne wykorzystują dane binarne.Sygnały w danych binarnych mają tylko dwa poziomy, znane jako niski (logika 0) i wysoki (logika 1).

Cyfrowe układy scalone są wykorzystywane w szerokiej gamie zastosowań, takich jak komputery, modemy itp.

Dlaczego układy scalone są popularne?

Pomimo wynalezienia prawie 30 lat temu, układy scalone są nadal używane w wielu zastosowaniach.Omówmy niektóre elementy odpowiedzialne za ich popularność: 

1.Skalowalność 

Kilka lat temu przychody branży półprzewodników osiągnęły niesamowitą kwotę 350 miliardów dolarów.Największy udział w tym miał Intel.Byli też inni gracze i większość z nich należała do rynku cyfrowego.Jeśli spojrzysz na liczby, zobaczysz, że 80 procent sprzedaży generowanej przez przemysł półprzewodników pochodziło z tego rynku.

Układy scalone odegrały dużą rolę w tym sukcesie.Jak widać, badacze branży półprzewodników przeanalizowali układ scalony, jego zastosowania i specyfikacje, a następnie zwiększyli jego skalę.

Pierwszy wynaleziony układ scalony miał tylko kilka tranzystorów – konkretnie 5.A teraz widzieliśmy 18-rdzeniowy Xeon Intela z łącznie 5,5 miliarda tranzystorów.Co więcej, w 2015 roku kontroler pamięci masowej IBM miał 7,1 miliarda tranzystorów i 480 MB pamięci podręcznej L4.

Ta skalowalność odegrała dużą rolę w panującej popularności układów scalonych.

2. Koszt

Odbyło się kilka debat na temat kosztu układu scalonego.Przez lata panowało błędne przekonanie na temat rzeczywistej ceny układów scalonych.Dzieje się tak dlatego, że układy scalone nie są już prostą koncepcją.Technologia rozwija się z niewiarygodną szybkością i projektanci chipów muszą dotrzymać tego tempa, obliczając koszt układów scalonych.

Kilka lat temu obliczenia kosztów układu scalonego opierały się na matrycy krzemowej.W tamtym czasie oszacowanie kosztu chipa można było łatwo określić na podstawie rozmiaru matrycy.Chociaż krzem jest nadal głównym elementem w ich obliczeniach, eksperci muszą wziąć pod uwagę również inne komponenty przy obliczaniu kosztu układu scalonego.

Jak dotąd eksperci wyprowadzili dość proste równanie umożliwiające określenie ostatecznego kosztu układu scalonego:

Ostateczny koszt układu scalonego = koszt opakowania + koszt testu + koszt matrycy + koszt wysyłki

To równanie uwzględnia wszystkie niezbędne elementy, które odgrywają ogromną rolę w produkcji chipa.Oprócz tego można wziąć pod uwagę kilka innych czynników.Najważniejszą rzeczą, o której należy pamiętać przy szacowaniu kosztów układów scalonych, jest to, że cena może zmieniać się w procesie produkcyjnym z wielu powodów.

Również wszelkie decyzje techniczne podejmowane w trakcie procesu produkcyjnego mogą mieć istotny wpływ na koszt projektu.

3. Niezawodność

Produkcja układów scalonych jest zadaniem bardzo wrażliwym, ponieważ wymaga ciągłej pracy wszystkich układów przez miliony cykli.Zewnętrzne pola elektromagnetyczne, ekstremalne temperatury i inne warunki pracy odgrywają ważną rolę w działaniu układu scalonego.

Jednak większość tych problemów można wyeliminować, stosując prawidłowo kontrolowane testy obciążeniowe.Nie dostarcza nowych mechanizmów awarii, zwiększając niezawodność układów scalonych.Rozkład uszkodzeń można również określić w stosunkowo krótkim czasie, stosując wyższe naprężenia.

Wszystkie te aspekty pomagają zapewnić prawidłowe działanie układu scalonego.

Ponadto, oto kilka funkcji określających zachowanie układów scalonych:

Temperatura

Temperatura może się znacznie różnić, co sprawia, że ​​produkcja układów scalonych jest niezwykle trudna.

Napięcie.

Urządzenia działają przy napięciu znamionowym, które może się nieznacznie różnić.

Proces

Najważniejszymi zmianami procesowymi stosowanymi w urządzeniach są napięcie progowe i długość kanału.Zmienność procesu klasyfikuje się jako:

• Dużo za dużo
• Wafelek wafelek
• Umrzeć, żeby umrzeć

Pakiety układów scalonych

Opakowanie otacza matrycę układu scalonego, ułatwiając nam podłączenie się do niego.Każde zewnętrzne połączenie matrycy jest połączone małym kawałkiem złotego drutu z kołkiem na opakowaniu.Piny to wytłaczane końcówki w kolorze srebrnym.Przechodzą przez obwód, aby połączyć się z innymi częściami chipa.Są one bardzo istotne, ponieważ krążą po obwodzie i łączą się z przewodami i pozostałymi elementami obwodu.

Można tutaj zastosować kilka różnych typów pakietów.Wszystkie mają unikalne typy montażu, unikalne wymiary i liczbę pinów.Przyjrzyjmy się, jak to działa.

Liczenie pinów

Wszystkie układy scalone są spolaryzowane, a każdy pin jest inny zarówno pod względem funkcji, jak i lokalizacji.Oznacza to, że pakiet musi wskazać i oddzielić od siebie wszystkie piny.Większość układów scalonych wykorzystuje kropkę lub wycięcie, aby pokazać pierwszy pin.

Po zidentyfikowaniu lokalizacji pierwszego pinu, numery pozostałych pinów będą się zwiększać w kolejności, gdy będziesz poruszać się po obwodzie w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Montowanie

Montaż jest jedną z unikalnych cech danego typu opakowania.Wszystkie pakiety można podzielić na dwie kategorie montażu: montaż powierzchniowy (SMD lub SMT) lub montaż przewlekany (PTH).O wiele łatwiej jest pracować z pakietami z otworami przelotowymi, ponieważ są one większe.Są przeznaczone do mocowania po jednej stronie obwodu i lutowania do drugiej.

Pakiety do montażu powierzchniowego są dostępne w różnych rozmiarach, od małych po maleńkie.Są przymocowane po jednej stronie pudełka i przylutowane do powierzchni.Piny tej obudowy są albo prostopadłe do chipa, wyciśnięte z boku, albo czasami są osadzone w matrycy na podstawie chipa.Układy scalone w formie do montażu powierzchniowego również wymagają specjalnych narzędzi do montażu.

Podwójna linia

Pakiet Dual In-line (DIP) jest jednym z najpopularniejszych pakietów.Jest to rodzaj pakietu IC z otworem przelotowym.Te małe chipy zawierają dwa równoległe rzędy pinów wystających pionowo z czarnej, plastikowej, prostokątnej obudowy.

Piny mają odstęp między sobą około 2,54 mm – standard idealny do płytek stykowych i kilku innych płytek prototypowych.W zależności od liczby pinów całkowite wymiary pakietu DIP mogą wahać się od 4 do 64.

Obszar pomiędzy każdym rzędem pinów jest rozmieszczony tak, aby umożliwić układom DIP nakładanie się na środkowy obszar płytki prototypowej.Dzięki temu piny mają swój własny rząd i nie są zwarte.

Mały zarys

Pakiety układów scalonych o małych zarysach lub SOIC są podobne do montażu powierzchniowego.Wykonuje się go poprzez zgięcie wszystkich pinów na DIP-ie i jego skurczenie.Możesz złożyć te pakiety pewną ręką, a nawet zamkniętym okiem – to takie proste!

Mieszkanie czteroosobowe

Pakiety Quad Flat rozkładają szpilki we wszystkich czterech kierunkach.Całkowita liczba pinów w poczwórnym płaskim układzie scalonym może wahać się od ośmiu pinów na boku (łącznie 32) do siedemdziesięciu pinów na boku (łącznie ponad 300).Między kołkami znajduje się odstęp od około 0,4 mm do 1 mm.Mniejsze warianty pakietu poczwórnego składają się z obudów niskoprofilowych (LQFP), cienkich (TQFP) i bardzo cienkich (VQFP).

Układy siatki kulkowej

Ball Grid Arrays, czyli BGA, to najbardziej zaawansowane dostępne na rynku pakiety układów scalonych.To niezwykle skomplikowane, małe opakowania, w których maleńkie kulki lutowia ułożone są w dwuwymiarową siatkę na podstawie układu scalonego.Czasami eksperci przyczepiają kulki lutownicze bezpośrednio do matrycy!

Pakiety Ball Grid Arrays są często wykorzystywane w zaawansowanych mikroprocesorach, takich jak Raspberry Pi lub pcDuino.