Tuoteominaisuudet

Asiakirjat & Media

Ympäristö- ja vientiluokitukset

Integroidut piirit

Integroitu piiri (IC) on puolijohdesiru, joka sisältää monia pieniä komponentteja, kuten kondensaattoreita, diodeja, transistoreita ja vastuksia.Näitä pieniä komponentteja käytetään tietojen laskemiseen ja tallentamiseen digitaalisen tai analogisen tekniikan avulla.Voit ajatella IC:tä pienenä siruna, jota voidaan käyttää täydellisenä, luotettavana piirinä.Integroitu piiri voi olla laskuri, oskillaattori, vahvistin, logiikkaportti, ajastin, tietokoneen muisti tai jopa mikroprosessori.

IC:tä pidetään kaikkien nykypäivän elektronisten laitteiden perustavanlaatuisena rakennuspalikkana.Sen nimi viittaa useiden toisiinsa kytkettyjen komponenttien järjestelmään, jotka on upotettu ohueen, piistä valmistettuun puolijohdemateriaaliin.

Integroitujen piirien historia 

Integroitujen piirien takana olevan teknologian esittelivät alun perin vuonna 1950 Robert Noyce ja Jack Kilby Yhdysvalloissa.Yhdysvaltain ilmavoimat olivat tämän uuden keksinnön ensimmäinen kuluttaja.Jack myös Kilby voitti Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 2000 pienoispiirien keksinnöstä.

1,5 vuotta Kilbyn suunnittelun käyttöönoton jälkeen Robert Noyce esitteli oman versionsa integroidusta piiristä.Hänen mallinsa ratkaisi useita käytännön ongelmia Kilbyn laitteessa.Noyce käytti myös piitä mallissaan, kun taas Jack Kilby käytti germaniumia. 

Robert Noyce ja Jack Kilby saivat molemmat patentit Yhdysvalloissa panoksestaan ​​integroituihin piireihin.He kamppailivat oikeudellisten ongelmien kanssa useita vuosia.Lopulta sekä Noycen että Kilbyn yritykset päättivät ristiinlisensoida keksintönsä ja esitellä ne valtaville maailmanlaajuisille markkinoille.

Integroitujen piirien tyypit

Integroituja piirejä on kahdenlaisia.Nämä ovat:

1. Analogiset IC:t

Analogisten IC-piirien lähtö on jatkuvasti muuttuva, riippuen niiden vastaanottamasta signaalista.Teoriassa tällaiset IC:t voivat saavuttaa rajoittamattoman määrän tiloja.Tämän tyyppisessä IC:ssä liikkeen lähtötaso on lineaarinen funktio signaalin tulotasosta.

Lineaariset IC:t voivat toimia radiotaajuisena (RF) ja audiotaajuisena (AF) vahvistimena.Operaatiovahvistin (operaatiovahvistin) on tässä normaalisti käytetty laite.Lisäksi lämpötila-anturi on toinen yleinen sovellus.Lineaariset IC:t voivat kytkeä useita laitteita päälle ja pois päältä, kun signaali saavuttaa tietyn arvon.Löydät tämän tekniikan uuneista, lämmittimistä ja ilmastointilaitteista. 

2. Digitaalipiirit 

Nämä eroavat analogisista IC:istä.Ne eivät toimi jatkuvalla signaalitasoalueella.Sen sijaan ne toimivat muutamalla ennalta määrätyllä tasolla.Digitaaliset IC:t toimivat pohjimmiltaan logiikkaporttien avulla.Logiikkaportit käyttävät binääridataa.Binääritiedoissa olevilla signaaleilla on vain kaksi tasoa, jotka tunnetaan nimellä matala (logiikka 0) ja korkea (logiikka 1).

Digitaalisia IC:itä käytetään monissa sovelluksissa, kuten tietokoneissa, modeemeissa jne.

Miksi integroidut piirit ovat suosittuja?

Vaikka integroituja piirejä keksittiin lähes 30 vuotta sitten, niitä käytetään edelleen lukuisissa sovelluksissa.Keskustellaan joistakin tekijöistä, jotka ovat vastuussa niiden suosiosta: 

1.Skaalautuvuus 

Muutama vuosi sitten puolijohdeteollisuuden liikevaihto nousi uskomattomaan 350 miljardiin dollariin.Intel oli tässä suurin osallistuja.Mukana oli myös muita toimijoita, joista suurin osa kuului digitaalisille markkinoille.Jos katsot lukuja, huomaat, että 80 prosenttia puolijohdeteollisuuden myynnistä tuli näiltä markkinoilta.

Integroiduilla piireillä on ollut suuri rooli tässä menestyksessä.Puolijohdeteollisuuden tutkijat analysoivat integroidun piirin, sen sovellukset ja tekniset tiedot ja laajensivat sitä.

Ensimmäisessä koskaan keksityssä IC:ssä oli vain muutama transistoria – tarkemmin sanottuna viisi.Ja nyt olemme nähneet Intelin 18-ytimisen Xeonin, jossa on yhteensä 5,5 miljardia transistoria.Lisäksi IBM:n Storage Controllerissa oli 7,1 miljardia transistoria 480 Mt:n L4-välimuistilla vuonna 2015.

Tällä skaalautuvuus on ollut suuri rooli integroitujen piirien vallitsevassa suosiossa.

2. Kustannukset

IC:n kustannuksista on käyty useita keskusteluja.Vuosien mittaan myös IC:n todellisesta hinnasta on ollut väärä käsitys.Syy tähän on, että IC:t eivät ole enää yksinkertainen käsite.Teknologia etenee valtavalla vauhdilla, ja sirujen suunnittelijoiden on pysyttävä tässä tahdissa IC:n kustannuksia laskeessaan.

Muutama vuosi sitten IC:n kustannuslaskelma perustui piisuuttimeen.Tuolloin sirun hinnan arvioiminen voitiin helposti määrittää muotin koon mukaan.Vaikka pii on edelleen ensisijainen elementti laskelmissaan, asiantuntijoiden on otettava huomioon myös muut komponentit IC-kustannuksia laskeessaan.

Toistaiseksi asiantuntijat ovat päättäneet melko yksinkertaisen yhtälön määrittääkseen IC:n lopulliset kustannukset:

Lopullinen IC-kustannus = paketin hinta + testikustannukset + muottikustannukset + toimituskulut

Tämä yhtälö ottaa huomioon kaikki tarvittavat elementit, joilla on valtava rooli sirun valmistuksessa.Tämän lisäksi voidaan ottaa huomioon joitain muita tekijöitä.IC-kustannuksia arvioitaessa tärkeintä on pitää mielessä, että hinta voi vaihdella tuotantoprosessin aikana useista syistä.

Myös kaikki valmistusprosessin aikana tehdyt tekniset päätökset voivat vaikuttaa merkittävästi projektin kustannuksiin.

3. Luotettavuus

Integroitujen piirien valmistus on erittäin herkkä tehtävä, koska se edellyttää kaikkien järjestelmien jatkuvaa toimintaa miljoonien syklien ajan.Ulkoiset sähkömagneettiset kentät, äärimmäiset lämpötilat ja muut käyttöolosuhteet ovat kaikki tärkeitä IC-toiminnassa.

Useimmat näistä ongelmista kuitenkin poistuvat käyttämällä oikein hallittua korkean stressin testausta.Se ei tarjoa uusia vikamekanismeja, mikä lisää integroitujen piirien luotettavuutta.Voimme myös määrittää vikajakauman suhteellisen lyhyessä ajassa käyttämällä suurempia jännityksiä.

Kaikki nämä seikat auttavat varmistamaan, että integroitu piiri pystyy toimimaan oikein.

Lisäksi tässä on joitain ominaisuuksia integroitujen piirien toiminnan määrittämiseksi:

Lämpötila

Lämpötila voi vaihdella voimakkaasti, mikä tekee IC:n valmistamisesta erittäin vaikeaa.

Jännite.

Laitteet toimivat nimellisjännitteellä, joka voi vaihdella hieman.

Käsitellä asiaa

Tärkeimmät laitteissa käytetyt prosessimuunnelmat ovat kynnysjännite ja kanavan pituus.Prosessin vaihtelut luokitellaan seuraavasti:

• Paljon paljon
• Vohvelista vohveliksi
• Kuolla kuollakseen

Integroidut piiripaketit

Paketti käärii integroidun piirin suulakkeen, mikä helpottaa yhteyden muodostamista siihen.Jokainen suulakkeen ulkoinen liitäntä on yhdistetty pienellä kultalangan palalla pakkauksessa olevaan tappiin.Nastat ovat ekstrudointiliittimiä, jotka ovat hopean värisiä.Ne kulkevat piirin läpi muodostaakseen yhteyden sirun muihin osiin.Nämä ovat erittäin tärkeitä, koska ne kiertävät piiriä ja kytkeytyvät johtoihin ja muihin piirin komponentteihin.

Täällä voidaan käyttää useita erilaisia ​​paketteja.Kaikilla niillä on ainutlaatuiset kiinnitystyypit, ainutlaatuiset mitat ja nastamäärät.Katsotaanpa, miten tämä toimii.

Pin laskenta

Kaikki integroidut piirit ovat polarisoituja, ja jokainen nasta on erilainen sekä toiminnaltaan että sijainniltaan.Tämä tarkoittaa, että pakkauksessa on ilmoitettava ja erotettava kaikki nastat toisistaan.Useimmat IC:t käyttävät joko pistettä tai lovea ensimmäisen nastan näyttämiseen.

Kun tunnistat ensimmäisen nastan sijainnin, loput nastanumerot kasvavat järjestyksessä, kun kuljet vastapäivään piirin ympäri.

Asennus

Asennus on yksi pakkaustyypin ainutlaatuisista ominaisuuksista.Kaikki paketit voidaan luokitella kahdesta asennuskategoriasta: pinta-asennus (SMD tai SMT) tai läpireikä (PTH).Through-hole-pakettien kanssa on paljon helpompi työskennellä, koska ne ovat suurempia.Ne on suunniteltu kiinnitettäväksi piirin toiselle puolelle ja juotettavaksi toiselle.

Pinta-asennuspaketteja on erikokoisia, pienestä pieneen.Ne kiinnitetään laatikon toiselle puolelle ja juotetaan pintaan.Tämän pakkauksen nastat ovat joko kohtisuorassa siruun nähden, puristetaan ulos sivulta tai ne on joskus asetettu matriisiin sirun pohjalle.Pinta-asennusmuotoiset integroidut piirit vaativat myös erikoistyökaluja kootakseen.

Dual In-Line

Dual In-line Package (DIP) on yksi yleisimmistä paketeista.Tämä on eräänlainen läpimenevä IC-paketti.Nämä pienet sirut sisältävät kaksi yhdensuuntaista riviä nastoja, jotka ulottuvat pystysuoraan mustasta, muovisesta, suorakaiteen muotoisesta kotelosta.

Tappien välinen etäisyys on noin 2,54 mm – standardi sopii täydellisesti leipälaudoihin ja muutamiin muihin prototyyppitauluihin.Pintojen lukumäärästä riippuen DIP-paketin kokonaismitat voivat vaihdella välillä 4-64.

Kunkin nastarivin välinen alue on sijoitettu erilleen, jotta DIP-IC:t voivat mennä päällekkäin koepalevyn keskialueen kanssa.Tämä varmistaa, että tapeilla on oma rivinsä eivätkä ne oikosulje.

Pieni-ääriviivat

Pienet ääriviivat integroidut piiripaketit tai SOIC ovat samanlaisia ​​kuin pinta-asennus.Se on tehty taivuttamalla kaikki DIP:n tapit ja kutistamalla sitä alaspäin.Voit koota nämä paketit vakaalla kädellä ja jopa suljetulla silmällä – se on niin helppoa!

Quad Flat

Quad Flat -paketit levittävät tappeja kaikkiin neljään suuntaan.Pintojen kokonaismäärä nelitasossa IC:ssä voi vaihdella kahdeksasta sivulla olevasta nastasta (yhteensä 32) 70 nastaan ​​sivulla (yhteensä yli 300).Näiden tappien välissä on noin 0,4–1 mm tilaa.Quad flat -paketin pienemmät versiot koostuvat matalaprofiilisista (LQFP), ohuista (TQFP) ja erittäin ohuista (VQFP) paketeista.

Palloruudukkotaulukot

Ball Grid Arrays tai BGA ovat edistyneimmät IC-paketit.Nämä ovat uskomattoman monimutkaisia, pieniä pakkauksia, joissa pienet juotospallot asetetaan kaksiulotteiseen verkkoon integroidun piirin pohjalle.Joskus asiantuntijat kiinnittävät juotospallot suoraan suulakkeeseen!

Ball Grid Arrays -paketteja käytetään usein kehittyneissä mikroprosessoreissa, kuten Raspberry Pi tai pcDuino.