Ni znano, kdo je prvi prišel na idejo o izdelavi dveh ali več tranzistorjev na enem polprevodniškem čipu. Morda se je ta ideja pojavila takoj po začetku proizvodnje polprevodniških elementov. Znano je, da so bili teoretični temelji tega pristopa objavljeni v zgodnjih petdesetih letih prejšnjega stoletja. Za premagovanje tehnoloških težav je bilo potrebnih manj kot 10 let in že v zgodnjih 60. letih je bila izdana prva naprava, ki je vsebovala več elektronskih komponent v enem paketu - mikrovezje (čip). Od tega trenutka se je človeštvo podalo na pot izboljšav, ki ji ni videti konca.
Namen mikrovezja
V integrirani različici se trenutno izvajajo številne elektronske komponente z različnimi stopnjami integracije. Iz njih, kot iz kock, lahko zbirate različne elektronske naprave. Tako je vezje radijskega sprejemnika mogoče izvesti na različne načine. Začetna možnost je uporaba tranzistorskih čipov.S povezovanjem njihovih zaključkov lahko naredite sprejemno napravo. Naslednji korak je uporaba posameznih vozlišč v integrirani zasnovi (vsak v svojem telesu):
- radiofrekvenčni ojačevalnik;
- heterodin;
- mešalnik;
- avdio frekvenčni ojačevalnik.
Končno, najsodobnejša možnost je celoten sprejemnik v enem čipu, le dodati morate nekaj zunanjih pasivnih elementov. Očitno je s povečanjem stopnje integracije gradnja vezij enostavnejša. Celo polnopraven računalnik je zdaj mogoče implementirati na en sam čip. Njegova zmogljivost bo še vedno nižja kot pri običajnih računalniških napravah, a z razvojem tehnologije je možno, da bo ta trenutek premagan.
Vrste čipov
Trenutno se proizvaja ogromno vrst mikrovezij. Skoraj vsaka popolna elektronska montaža, standardna ali specializirana, je na voljo v mikro. V okviru enega pregleda ni mogoče našteti in analizirati vseh vrst. Toda na splošno lahko mikrovezja glede na funkcionalni namen razdelimo v tri globalne kategorije.
- Digitalni. Delajte z diskretnimi signali. Digitalni nivoji se nanašajo na vhod, signali se vzamejo tudi iz izhoda v digitalni obliki. Ta razred naprav pokriva področje od preprostih logičnih elementov do najsodobnejših mikroprocesorjev. To vključuje tudi programabilna logična polja, pomnilniške naprave itd.
- Analogni. Delujejo s signali, ki se spreminjajo po neprekinjenem zakonu. Tipičen primer takšnega mikrovezja je avdio frekvenčni ojačevalnik. Ta razred vključuje tudi integralne linearne stabilizatorje, generatorje signalov, merilne senzorje in še veliko več. Analogna kategorija vključuje tudi nize pasivnih elementov (upori, RC vezja itd.).
- Analogno-digitalno (digitalno-analogno). Ta mikrovezja ne pretvarjajo samo diskretnih podatkov v neprekinjene ali obratno. Izvirne ali prejete signale v istem paketu je mogoče ojačati, pretvoriti, modulirati, dekodirati in podobno. Analogno-digitalni senzorji se pogosto uporabljajo za povezovanje merilnih vezij različnih tehnoloških procesov z računalniškimi napravami.
Mikročipi so razdeljeni tudi po vrsti proizvodnje:
- polprevodniški - izveden na enem samem polprevodniškem kristalu;
- film - pasivni elementi so ustvarjeni na podlagi debelih ali tankih filmov;
- hibridno - polprevodniške aktivne naprave se "sedejo" na pasivne filmske elemente (tranzistorji itd.).
Toda za uporabo mikrovezij ta razvrstitev v večini primerov ne zagotavlja posebnih praktičnih informacij.
Paketi čipov
Za zaščito notranje vsebine in poenostavitev namestitve so mikrovezja nameščena v ohišju. Sprva je bila večina čipov proizvedenih v kovinski lupini (okrogle ali pravokotne) s fleksibilnimi vodi, ki se nahajajo po obodu.
Ta zasnova ni omogočala uporabe vseh prednosti miniaturizacije, saj so bile dimenzije naprave zelo velike v primerjavi z velikostjo kristala. Poleg tega je bila stopnja integracije nizka, kar je težavo le še poslabšalo. Sredi 60. let je bil razvit paket DIP (dvojni in-line paket) je pravokotna konstrukcija s togimi vodi na obeh straneh. Problem obsežnih dimenzij ni bil rešen, kljub temu pa je taka rešitev omogočila doseganje večje gostote pakiranja, pa tudi poenostavitev avtomatiziranega sestavljanja elektronskih vezij.Število nožic mikrovezja v paketu DIP se giblje od 4 do 64, čeprav so paketi z več kot 40 "nogami" še vedno redki.
Pomembno! Nagib zatiča za domača mikrovezja DIP je 2,5 mm, za uvožene - 2,54 mm (1 vrstica = 0,1 palca). Zaradi tega se pojavljajo težave z medsebojno zamenjavo popolne, zdi se, analogov ruske in uvožene proizvodnje. Rahlo neskladje otežuje namestitev naprav, ki so enake po funkcionalnosti in razporeditvi na ploščah in v plošči.
Z razvojem elektronske tehnologije so se pokazale slabosti DIP paketov. Za mikroprocesorje število nožic ni bilo dovolj, njihovo nadaljnje povečanje pa je zahtevalo povečanje dimenzij ohišja. takšna mikrovezja so začela zavzemati preveč neizkoriščenega prostora na ploščah. Druga težava, ki je prinesla konec obdobja prevlade DIP, je široka uporaba površinske montaže. Elementi so se začeli nameščati ne v luknje na plošči, ampak so spajkani neposredno na kontaktne ploščice. Ta način montaže se je izkazal za zelo racionalnega, zato so bila potrebna mikrovezja v paketih, prilagojenih za površinsko spajkanje. In začel se je postopek iztiskanja naprav za montažo "luknje" (prava luknja) elementi, imenovani kot smd (nadgradni detajl).
Prvi korak k prehodu na jeklene SOIC pakete za površinsko montažo in njihove modifikacije (SOP, HSOP in še več). Tako kot DIP imajo noge v dveh vrstah vzdolž dolgih stranic, vendar so vzporedne s spodnjo ravnino ohišja.
Nadaljnji razvoj je bil paket QFP. To ohišje kvadratne oblike ima terminale na vsaki strani.Ohišje PLLC je podobno njemu, vendar je še vedno bližje DIP-u, čeprav so tudi noge nameščene po celotnem obodu.
DIP čipi so nekaj časa zadržali svoje mesto v sektorju programabilnih naprav (ROM, krmilniki, PLM), vendar je širjenje programiranja v vezju pregnalo tudi dvovrstne pakete s pravimi luknjami iz tega področja. Zdaj so tudi tisti deli, za katere se je zdelo, da vgradnja v luknje nima druge možnosti, prejeli SMD-zmogljivost - na primer integrirani napetostni stabilizatorji itd.
Razvoj ohišij mikroprocesorjev je šel po drugačni poti. Ker se število zatičev ne prilega obodu katere koli razumne kvadratne velikosti, so noge velikega mikrovezja razporejene v obliki matrice (PGA, LGA itd.).
Prednosti uporabe mikročipov
Pojav mikrovezij je revolucioniral svet elektronike (predvsem v mikroprocesorski tehnologiji). Računalniki na svetilkah, ki zasedajo eno ali več prostorov, se spominjajo kot zgodovinska zanimivost. Toda sodobni procesor vsebuje približno 20 milijard tranzistorjev. Če vzamemo površino enega tranzistorja v diskretni različici najmanj 0,1 kvadratnih centimetrov, bo morala površina, ki jo zaseda procesor kot celota, biti najmanj 200.000 kvadratnih metrov - približno 2.000 srednje velikih trisobnih apartmaji.
Prav tako morate zagotoviti prostor za pomnilnik, zvočno kartico, zvočno kartico, omrežni adapter in druge zunanje naprave. Stroški namestitve takšnega števila diskretnih elementov bi bili ogromni, zanesljivost delovanja pa nesprejemljivo nizka. Odpravljanje težav in popravilo bi trajalo neverjetno dolgo. Očitno je, da doba osebnih računalnikov brez čipov visoke stopnje integracije nikoli ne bi prišlo.Prav tako brez sodobnih tehnologij ne bi nastale naprave, ki zahtevajo veliko računalniško moč - od gospodinjskih do industrijskih ali znanstvenih
Smer razvoja elektronike je vnaprej določena za vrsto let. To je najprej povečanje stopnje integracije elementov mikrovezja, kar je povezano z nenehnim razvojem tehnologij. Pred nami je kvalitativni preskok, ko bodo možnosti mikroelektronike dosegle mejo, a to je vprašanje precej oddaljene prihodnosti.
Podobni članki:
