undefined integrované obvody, čipy, mikročipy, IC (Integrated Circuit) alebo CI (Integrated Circuit), alebo ako ich nazvať, sú to typ elektronických obvodov, ktoré umožnili pokrok technológie na súčasnú úroveň. Bez tohto vynálezu by výpočtová technika a telekomunikácie pravdepodobne neboli tým, čím sú, a elektronické a elektrické zariadenia by boli veľmi odlišné.
Napriek svojej malej veľkosti a tomu, že sú všade, tieto integrované obvody skrývajú veľké prekvapenia na objavovanie. Tu sa o nich môžete dozvedieť oveľa viac Elektronické komponenty...
Čo sú integrované obvody?
undefined integrované obvody sú podložky polovodičov zapuzdrené a obsahujúce zaznamenaný elektronický obvod. V závislosti od logickej rodiny, do ktorej patria, budú tieto obvody tvorené rôznymi miniaturizovanými elektronickými komponentmi. Môžu to byť napríklad diódy, tranzistory, odpory, kondenzátory atď.
Vďaka nim bolo možné rozvíjať sa moderná elektronika a začať novú éru vzhľadom na veľkú integráciu, ktorú umožňujú. V skutočnosti niektoré zo súčasných najpokročilejších čipov dokážu integrovať až miliardy tranzistorov do matrice, ktorá má len niekoľko milimetrov štvorcových.
História čipov
Najprv sa elektronika začala používať drsne vákuové ventily podobne ako klasické žiarovky. Tieto ventily boli veľké, veľmi neefektívne, dosť sa zahriali a ľahko sa zlomili, takže bolo potrebné vymeniť prefúknuté, aby počítače a ďalšie zariadenia, ktoré ich mali, fungovali.
En V roku 1947 prišiel vynález tranzistora, kus, ktorý by nahradil staré ventily a ktorý by zároveň spôsobil revolúciu v elektronike. Vďaka nemu bolo možné mať polovodičové zariadenie, oveľa odolnejšie, efektívnejšie a rýchlejšie ako ventily. Niektorí si však mysleli, že dokážu integrovať niekoľko týchto prvkov do jedného kremíkového čipu. Takto vznikli prvé integrované obvody v histórii.
Postupom času sa elektronika v pevnej fáze vyvinula a zmenšila veľkosť komponentov, ako aj zníženie nákladov. Koncom 50. rokov XNUMX. storočia vynálezca Texas Instruments menoval Jack Kilby, napadlo ho vytvoriť polovodičový čip a nejaké vedenie, ktoré prepletá jednotlivé časti. Toto sa stalo prvým čipom v histórii a on by za to získal Nobelovu cenu.
Takmer paralelne, robert noyceV tom čase zamestnanec Fairchild Semiconductor (neskôr jeden zo zakladateľov Intelu) tiež vyvinul podobné zariadenie, no s veľkými výhodami oproti Kilbymu. Noyce vytvoril myšlienku, ktorá by ustúpila dnešným integrovaným obvodom. Táto technológia sa nazývala planárna a mala výhody oproti Kilbyho mesa technológii.
Odvtedy sa to nezastavilo vývoj a zlepšenie týchto komponentov. Náklady klesli, rovnako ako spotreba paliva a veľkosť, zatiaľ čo výkon a výkon sa dramaticky zlepšili. Žiadny iný sektor sa tak nevyvinul a žiadny iný sektor nemal taký veľký vplyv na ľudstvo...
Ako sa vyrábajú?
Postup podľa výroba integrovaných obvodov je mimoriadne zložitý. Ako je však vidieť na videu, dá sa to zhrnúť do niekoľkých jednoduchších krokov, aby ľudia pochopili, ako sa to robí.
Tu sa pokúsim zhrnúť kroky návrhu najlepšie možné, bez toho, aby sme zachádzali príliš hlboko, pretože by to dalo za tisíce článkov:
- Staňte sa súčasťou potreby, aplikácie, pre ktorú potrebujete vytvoriť elektronický obvod.
- Dizajnérsky tím má na starosti načrtnutie charakteristík a špecifikácií, ktoré by mal čip mať.
- Potom návrh začne používať logické hradla a iné pamäťové prvky atď., kým sa nedosiahne logický návrh, ktorý rozvinie funkciu, pre ktorú je tento čip navrhnutý.
- Potom prejde sériou krokov, medzi ktorými sa uskutočnia testy a simulácie, aby sa zistilo, že funguje správne na logickej úrovni, a dokonca sa vyrábajú testovacie čipy, aby sa zistilo, či to robia fyzicky.
- Po dokončení fázy návrhu sa z rozloženia navrhnutého obvodu vytvorí séria masiek na výrobu. Je na nich vyrytý vzor, aby sa dal vyryť na kremík.
- Tento vzor používa zlieváreň alebo továreň na vytvorenie integrovaných obvodov v polovodičovom plátku. Tieto doštičky zvyčajne obsahujú v niektorých prípadoch až 200 alebo 300 čipov.
Toto je až do štádia návrhu, od výrobná stránka, mať:
- Kremíkový minerál sa získava z piesku alebo kremeňa.
- Akonáhle je rafinovaný, aby bol ultra čistý, alebo EGS (Electronic-Grade Silicon), s úrovňou čistoty vyššou ako kremík používaný v iných odvetviach.
- Tento EGS prichádza vo forme kusov do zlievárne, kde sa roztaví v tégliku a cez zárodočný kryštál sa nechá vyrásť Czochralského metódou. Aby sa to dalo ľahko pochopiť, je to podobné, ako sa vyrába typická cukrová vata na jarmokoch, zavediete tyčinku (zárodok kryštálu) a bavlna (tavený kremík) sa prilepí a zväčší svoj objem.
- Na konci tohto kroku je výsledkom ingot, veľký kus kryštálu monokryštalického kremíka v tvare valca. Táto tyčinka je nakrájaná na veľmi tenké oblátky.
- Tieto doštičky prechádzajú sériou procesov na vyleštenie povrchu, aby zostali neznečistené až do začiatku výroby.
- Potom tieto doštičky prejdú niekoľkými opakujúcimi sa procesmi, aby sa na nich vytvorili čipy. Tieto procesy sú fyzikálno-chemického typu, ako je fotolitografia, leptanie alebo leptanie, epitaxný rast, oxidácia, implantácia iónov atď.
- Finálnou myšlienkou je vytvoriť elektronické súčiastky, vo všeobecnosti tranzistory, na doštičkovom substráte a potom pridať vrstvy na vzájomné prepojenie uvedených súčiastok, aby sa vytvorili logické hradla v najnižšej vrstve, potom sa v nasledujúcich vrstvách tieto hradlá spoja, aby vytvorili elementárne jednotky (sčítačky, registre, ...), v nasledujúcich vrstvách funkčné celky (pamäť, ALU, FPU, ...) a nakoniec sú všetky navzájom prepojené, aby vytvorili kompletný obvod, napríklad CPU. Na pokročilom čipe môže byť až 20 vrstiev.
- Po všetkých týchto procesoch, ktorých dokončenie môže trvať niekoľko mesiacov, sa pre každý plátok získajú stovky rovnakých obvodov. Ďalšia vec je ich otestovať a narezať, teda rozdeliť na jednotlivé kremíkové čipy.
- Teraz, keď sú to voľné matrice, pristúpime k zapuzdreniu (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...), kde je čip chránený a podložky, ktoré sú vodivými dráhami na povrchu, sú spojené s kolíkmi integrovaného obvodu. .
Evidentne, nie všetky integrované obvody sú rovnaké. Tu som hovoril o funkčných jednotkách a zložitejších veciach, ako je CPU, ale existujú aj veľmi jednoduché obvody ako časovač 555 alebo IC so 4 logickými hradlami, ktoré sú mimoriadne jednoduché. Budú mať len niekoľko desiatok komponentov a budú spojené jednou alebo niekoľkými vrstvami kovových prepojení...
Typy integrovaných obvodov
Nie je len jeden druh, ale hneď niekoľko typy integrovaných obvodov. Najvýznamnejšie, ktoré môžete nájsť, sú:
- Digitálne integrované obvody: sú pomerne populárne a používajú sa v mnohých moderných zariadeniach, od počítačov po mobilné zariadenia, inteligentné televízory atď. Vyznačujú sa prácou založenou na digitálnom systéme, to znamená s 0 a 1, pričom 0 je nízkonapäťový signál a 1 je vysoký signál. Takto kódujú informácie a fungujú. Príkladmi môžu byť PLC, FPGA, pamäte, CPU, GPU, MCU atď.
- Analógové: namiesto toho, aby boli založené na binárnych signáloch, v tomto prípade sú to spojité signály premenné napätia. Vďaka tomu môžu dosiahnuť úlohy ako filtrovanie, rozšírenie signálu, demodulácia, modulácia atď. Samozrejme, mnohé systémy pracujú s analógovými aj digitálnymi obvodmi, pričom využívajú AD / DA prevodníky. Možno ich rozdeliť do dvoch veľkých skupín, lineárne integrované obvody a rádiofrekvenčné (RF). Príkladom môže byť čip na filtrovanie zvuku, zosilňovače zvuku, systémy vyžarovania alebo príjmu elektromagnetických vĺn, senzory atď.
- Integrované obvody so zmiešaným signálom: ako už názov napovedá, sú zmesou oboch. Niektoré príklady môžu byť samotné analógovo-digitálne alebo digitálno-analógové prevodníky, určité čipy pre hodiny, časovače, kódovače / dekodéry atď.
Rozdiely s plošnými spojmi
Integrované obvody by sa nemali zamieňať s plošnými spojmi. Obe sú rozdielne veci. Zatiaľ čo prvé sa týkajú mikročipov, ako ste videli, tlačené obvody, alebo PCBSú ďalším typom elektronických obvodov, ktoré sú vytlačené na väčších platniach.
L rozdiely najpozoruhodnejšie sú:
- Tlačené spoje: sú tvorené doskou, ktorá má vzor vodivých čiar, ako sú medené dráhy na prepojenie rôznych vložených komponentov (kondenzátory, tranzistory, odpory, mikročipy, ...), spájkovaných cínovým spájkovaním, okrem dielektrika materiál (substrát), ktorý oddeľuje vrstvy spojovacích prepojení. Zvyčajne majú tiež priechodné otvory alebo priechodky pre komponenty, ktoré nie sú na povrch (SMD). Na druhej strane majú zvyčajne legendu, sériu značiek, písmen a čísel na identifikáciu komponentov a uľahčenie údržby. Na ochranu medi, ktorá ľahko oxiduje, majú väčšinou povrchovú úpravu. A na rozdiel od integrovaných obvodov sa dajú opraviť, vymeniť poškodené komponenty alebo obnoviť prepojenia.
- Integrované obvodySú veľmi malé, v pevnom stave a majú nízke náklady na hromadnú výrobu. Na rozdiel od PCB sa tieto nedajú opraviť, pretože ich komponenty a spojenia sú také extrémne malé, že je to nemožné.
Ani integrované obvody nie sú náhradou plošných spojov a ani naopak. Obidve majú svoje využitie a vo väčšine prípadov idú v praktických aplikáciách spolu...
Najpopulárnejšie integrované obvody
Napokon, existuje ich množstvo veľmi obľúbené integrované obvody zamestnancov pre elektronické projekty, ako napr logické brány. Sú lacné a dajú sa ľahko nájsť v obchodoch ako Amazon alebo v špecializovanej elektronike. Tu sú napríklad niektoré z najpopulárnejších:
- 75 populárnych integrovaných obvodov od Interstellar Electronics
- Nenašli sa žiadne produkty..
- 10 integrovaných obvodov obľúbeného časovača NE555.
- Nenašli sa žiadne produkty..