Nie wiadomo, kto pierwszy wpadł na pomysł wykonania dwóch lub więcej tranzystorów na jednym chipie półprzewodnikowym. Być może ten pomysł zrodził się zaraz po rozpoczęciu produkcji elementów półprzewodnikowych. Wiadomo, że teoretyczne podstawy tego podejścia zostały opublikowane na początku lat pięćdziesiątych. Pokonanie problemów technologicznych zajęło mniej niż 10 lat, a już na początku lat 60. wydano pierwsze urządzenie zawierające kilka elementów elektronicznych w jednym pakiecie - mikroukład (żeton). Od tego momentu ludzkość wkroczyła na drogę doskonalenia, której końca nie widać.
Cel mikroukładów
W wersji zintegrowanej obecnie wykonywana jest szeroka gama elementów elektronicznych o różnym stopniu integracji. Z nich, jak z kostek, możesz zbierać różne urządzenia elektroniczne. W ten sposób obwód odbiornika radiowego może być realizowany na różne sposoby. Początkową opcją jest użycie chipów tranzystorowych.Łącząc ich wnioski, możesz zrobić urządzenie odbiorcze. Kolejnym krokiem jest wykorzystanie poszczególnych węzłów w zintegrowanym projekcie (każdy w swoim własnym ciele):
- wzmacniacz częstotliwości radiowej;
- heterodyna;
- mikser;
- wzmacniacz częstotliwości dźwięku.
Wreszcie najnowocześniejszą opcją jest cały odbiornik w jednym układzie, wystarczy dodać kilka zewnętrznych elementów pasywnych. Oczywiście wraz ze wzrostem stopnia integracji konstrukcja obwodów staje się prostsza. Nawet pełnoprawny komputer można teraz zaimplementować na jednym chipie. Jego wydajność nadal będzie niższa niż w przypadku konwencjonalnych urządzeń obliczeniowych, ale wraz z rozwojem technologii możliwe jest, że ten moment zostanie przezwyciężony.
Rodzaje chipów
Obecnie produkowana jest ogromna liczba rodzajów mikroukładów. Praktycznie każdy kompletny montaż elektroniczny, standardowy lub specjalistyczny, jest dostępny w wersji mikro. Nie jest możliwe zestawienie i przeanalizowanie wszystkich typów w ramach jednego przeglądu. Ogólnie jednak, zgodnie z przeznaczeniem funkcjonalnym, mikroukłady można podzielić na trzy globalne kategorie.
- Cyfrowy. Pracuj z dyskretnymi sygnałami. Na wejście podawane są poziomy cyfrowe, sygnały są również pobierane z wyjścia w postaci cyfrowej. Ta klasa urządzeń obejmuje obszar od prostych elementów logicznych po najnowocześniejsze mikroprocesory. Obejmuje to również programowalne tablice logiczne, urządzenia pamięci itp.
- Analog. Pracują z sygnałami, które zmieniają się zgodnie z ciągłym prawem. Typowym przykładem takiego mikroukładu jest wzmacniacz częstotliwości audio. Ta klasa obejmuje również integralne stabilizatory liniowe, generatory sygnału, czujniki pomiarowe i wiele innych. Kategoria analogowa obejmuje również zestawy elementów pasywnych (rezystory, obwody RC itp.).
- analogowo-cyfrowy (cyfrowo-analogowy). Te mikroukłady nie tylko konwertują dane dyskretne na ciągłe i odwrotnie. Sygnały oryginalne lub odebrane w tym samym pakiecie mogą być wzmacniane, konwertowane, modulowane, dekodowane i tym podobne. Czujniki analogowo-cyfrowe są szeroko stosowane do łączenia obwodów pomiarowych różnych procesów technologicznych z urządzeniami obliczeniowymi.
Mikrochipy są również podzielone według rodzaju produkcji:
- półprzewodnik - wykonywany na pojedynczym krysztale półprzewodnikowym;
- folia – elementy pasywne powstają na bazie grubych lub cienkich folii;
- hybryda – półprzewodnikowe urządzenia aktywne „siadają” na pasywnych elementach filmowych (tranzystory itp.).
Ale w przypadku korzystania z mikroukładów ta klasyfikacja w większości przypadków nie zapewnia specjalnych praktycznych informacji.
Opakowania na wióry
Aby chronić zawartość wewnętrzną i uprościć instalację, mikroukłady są umieszczone w obudowie. Początkowo większość wiórów produkowana była w metalowej powłoce (okrągły lub prostokątny) z elastycznymi przewodami rozmieszczonymi na obwodzie.
Taka konstrukcja nie pozwalała na wykorzystanie wszystkich zalet miniaturyzacji, gdyż gabaryty urządzenia były bardzo duże w stosunku do wielkości kryształu. Ponadto stopień integracji był niski, co tylko zaostrzyło problem. W połowie lat 60. opracowano pakiet DIP (Podwójny pakiet) to prostokątna konstrukcja ze sztywnymi wyprowadzeniami po obu stronach. Problem gabarytowych wymiarów nie został rozwiązany, niemniej jednak takie rozwiązanie pozwoliło osiągnąć większą gęstość upakowania, a także uprościć zautomatyzowany montaż obwodów elektronicznych.Liczba pinów mikroukładów w pakiecie DIP waha się od 4 do 64, chociaż pakiety z ponad 40 „nóżkami” są nadal rzadkie.
Ważny! Rozstaw pinów dla domowych mikroukładów DIP wynosi 2,5 mm, dla importowanych - 2,54 mm (1 linia = 0,1 cala). Z tego powodu pojawiają się problemy z wzajemnym zastępowaniem kompletnych, jak się wydaje, odpowiedników produkcji rosyjskiej i importowanej. Niewielka rozbieżność utrudnia montaż urządzeń o identycznej funkcjonalności i układzie styków w płytkach i panelu.
Wraz z rozwojem technologii elektronicznej wady pakietów DIP stały się widoczne. W przypadku mikroprocesorów ilość pinów była niewystarczająca, a ich dalsze zwiększanie wymagało zwiększenia wymiarów obudowy. takie mikroukłady zaczęły zajmować zbyt dużo niewykorzystanego miejsca na płytkach. Drugim problemem, który przyniósł koniec ery dominacji DIP, jest powszechne stosowanie montażu powierzchniowego. Elementy zaczęto montować nie w otworach na płytce, lecz lutować bezpośrednio do styków. Ten sposób montażu okazał się bardzo racjonalny, dlatego mikroukłady były wymagane w pakietach przystosowanych do lutowania powierzchniowego. I rozpoczął się proces wypychania urządzeń do montażu „otworowego” (prawdziwa dziura) elementy nazwane jako smd (detal natynkowy).
Pierwszy krok w kierunku przejścia na stalowe pakiety SOIC do montażu powierzchniowego i ich modyfikacji (SOP, HSOP i nie tylko). Podobnie jak DIP, mają nogi w dwóch rzędach wzdłuż dłuższych boków, ale są one równoległe do dolnej płaszczyzny obudowy.
Kolejnym rozwinięciem był pakiet QFP. Ta kwadratowa obudowa ma zaciski z każdej strony.Obudowa PLLC jest do niej podobna, ale nadal jest bliżej DIP, chociaż nogi są również rozmieszczone na całym obwodzie.
Przez pewien czas chipy DIP utrzymywały swoją pozycję w sektorze urządzeń programowalnych (ROM, kontrolery, PLM), ale rozprzestrzenianie się programowania wewnątrzobwodowego wyparło z tego obszaru również dwurzędowe pakiety typu true-hole. Teraz nawet te części, których instalacja w otworach wydawała się nie mieć alternatywy, uzyskały wydajność SMD - na przykład zintegrowane stabilizatory napięcia itp.
Rozwój obudów mikroprocesorowych poszedł inną drogą. Ponieważ liczba pinów nie mieści się na obwodzie żadnego z rozsądnych rozmiarów kwadratowych, nogi dużego mikroukładu są ułożone w formie matrycy (PGA, LGA itp.).
Korzyści z używania mikroczipów
Pojawienie się mikroukładów zrewolucjonizowało świat elektroniki (szczególnie w technologii mikroprocesorowej). Jako ciekawostkę historyczną wspomina się komputery na lampach zajmujące jedno lub więcej pomieszczeń. Ale nowoczesny procesor zawiera około 20 miliardów tranzystorów. Jeśli przyjmiemy powierzchnię jednego tranzystora w wersji dyskretnej co najmniej 0,1 cm2, to powierzchnia zajmowana przez procesor jako całość będzie musiała wynosić co najmniej 200 000 metrów kwadratowych - około 2000 średnich trzypokojowych mieszkanie.
Musisz także zapewnić miejsce na pamięć, kartę dźwiękową, kartę dźwiękową, kartę sieciową i inne urządzenia peryferyjne. Koszt montażu takiej ilości elementów dyskretnych byłby ogromny, a niezawodność działania niedopuszczalnie niska. Rozwiązywanie problemów i naprawa zajęłyby niewiarygodnie dużo czasu. Jest oczywiste, że era komputerów osobistych bez chipów o wysokim stopniu integracji nigdy by nie nadeszła.Także bez nowoczesnych technologii nie powstałyby urządzenia wymagające dużej mocy obliczeniowej – od domowych po przemysłowe czy naukowe
Kierunek rozwoju elektroniki jest z góry określony na wiele lat. To przede wszystkim wzrost stopnia integracji elementów mikroukładów, co wiąże się z ciągłym rozwojem technologii. Przed nami skok jakościowy, gdy możliwości mikroelektroniki osiągną granicę, ale jest to kwestia dość odległej przyszłości.
Podobne artykuły:
