Produktegenskaber

Dokumenter og medier

Miljø- og eksportklassifikationer

Integrerede kredsløb

Et integreret kredsløb (IC) er en halvlederchip, der bærer mange små komponenter som kondensatorer, dioder, transistorer og modstande.Disse små komponenter bruges til at beregne og lagre data ved hjælp af digital eller analog teknologi.Du kan tænke på en IC som en lille chip, der kan bruges som et komplet, pålideligt kredsløb.Et integreret kredsløb kunne være en tæller, oscillator, forstærker, logisk port, timer, computerhukommelse eller endda mikroprocessor.

En IC betragtes som en grundlæggende byggesten i alle nutidens elektroniske enheder.Dens navn antyder et system af flere indbyrdes forbundne komponenter indlejret i et tyndt, siliciumfremstillet halvledermateriale.

Historien om integrerede kredsløb 

Teknologien bag integrerede kredsløb blev oprindeligt introduceret i 1950 af Robert Noyce og Jack Kilby i USA.Det amerikanske luftvåben var den første forbruger af denne nye opfindelse.Jack også Kilby vandt Nobelprisen i fysik i 2000 for sin opfindelse af miniaturiserede IC'er.

1,5 år efter introduktionen af ​​Kilbys design, introducerede Robert Noyce sin egen version af det integrerede kredsløb.Hans model løste flere praktiske problemer i Kilbys enhed.Noyce brugte også silicium til sin model, mens Jack Kilby brugte germanium. 

Robert Noyce og Jack Kilby fik begge amerikanske patenter for deres bidrag til integrerede kredsløb.De kæmpede med juridiske problemer i flere år.Endelig besluttede både Noyce og Kilbys virksomheder at krydslicensere deres opfindelser og introducere dem til et enormt globalt marked.

Typer af integrerede kredsløb

Der er to typer integrerede kredsløb.Disse er:

1. Analoge IC'er

Analoge IC'er har en konstant udskiftelig udgang, afhængigt af det signal, de får.I teorien kan sådanne IC'er opnå et ubegrænset antal tilstande.I denne type IC er bevægelsens udgangsniveau en lineær funktion af signalets inputniveau.

Lineære IC'er kan fungere som radiofrekvens (RF) og audio-frekvens (AF) forstærkere.Operationsforstærkeren (op-amp) er den enhed, der normalt bruges her.Derudover er en temperatursensor en anden almindelig anvendelse.Lineære IC'er kan tænde og slukke for forskellige enheder, når signalet når en vis værdi.Du kan finde denne teknologi i ovne, varmeapparater og klimaanlæg. 

2. Digitale IC'er 

Disse er forskellige fra analoge IC'er.De fungerer ikke over et konstant interval af signalniveauer.I stedet fungerer de på et par forudindstillede niveauer.Digitale IC'er fungerer grundlæggende ved hjælp af logiske porte.De logiske porte bruger binære data.Signaler i binære data har kun to niveauer kendt som lav (logisk 0) og høj (logisk 1).

Digitale IC'er bruges i en lang række applikationer som computere, modemer osv.

Hvorfor er integrerede kredsløb populære?

På trods af at de blev opfundet for næsten 30 år siden, bruges integrerede kredsløb stadig i adskillige applikationer.Lad os diskutere nogle af de elementer, der er ansvarlige for deres popularitet: 

1.Skalerbarhed 

For et par år siden nåede halvlederindustriens omsætning op på utrolige 350 milliarder USD.Intel var den største bidragyder her.Der var også andre aktører, og de fleste af disse tilhørte det digitale marked.Hvis du ser på tallene, vil du se, at 80 procent af salget genereret af halvlederindustrien kom fra dette marked.

Integrerede kredsløb har spillet en stor rolle i denne succes.Du ser, halvlederindustriens forskere analyserede det integrerede kredsløb, dets applikationer og dets specifikationer og skalerede det op.

Den første IC nogensinde opfundet havde kun et par transistorer - 5 for at være specifik.Og nu har vi set Intels 18-core Xeon med i alt 5,5 milliarder transistorer.Desuden havde IBMs Storage Controller 7,1 milliarder transistorer med 480 MB L4-cache i 2015.

Denne skalerbarhed har spillet en stor rolle i den fremherskende popularitet af Integrated Circuits.

2. Omkostninger

Der har været flere debatter om prisen på en IC.Gennem årene har der også været en misforståelse om den faktiske pris på en IC.Årsagen bag dette er, at IC'er ikke længere er et simpelt koncept.Teknologien går fremad med en enorm hurtig hastighed, og chipdesignere skal følge med i dette tempo, når de beregner omkostningerne ved IC.

For et par år siden brugte omkostningsberegningen for en IC til at stole på siliciummatricen.På det tidspunkt kunne estimering af en chippris nemt bestemmes af matricestørrelsen.Mens silicium stadig er et primært element i deres beregninger, skal eksperter også overveje andre komponenter, når de beregner IC-omkostningerne.

Hidtil har eksperter udledt en ret simpel ligning for at bestemme de endelige omkostninger ved en IC:

Endelige IC-omkostninger = Pakkeomkostninger + Testomkostninger + Matriceomkostninger + Forsendelsesomkostninger

Denne ligning betragter alle de nødvendige elementer, der spiller en stor rolle i fremstillingen af ​​chippen.Ud over det kan der være nogle andre faktorer, der kan tages i betragtning.Den vigtigste ting at huske på, når du estimerer IC-omkostninger, er, at prisen kan variere under produktionsprocessen af ​​flere årsager.

Desuden kan eventuelle tekniske beslutninger, der træffes under fremstillingsprocessen, have en betydelig indvirkning på omkostningerne ved projektet.

3. Pålidelighed

Produktionen af ​​integrerede kredsløb er en meget følsom opgave, da den kræver, at alle systemerne arbejder kontinuerligt i millioner af cyklusser.Eksterne elektromagnetiske felter, ekstreme temperaturer og andre driftsforhold spiller alle en vigtig rolle i IC-drift.

De fleste af disse problemer elimineres dog ved brug af korrekt kontrolleret højstresstest.Det giver ingen nye fejlmekanismer, hvilket øger pålideligheden af ​​de integrerede kredsløb.Vi kan også bestemme svigtfordelingen på relativt kort tid ved brug af højere spændinger.

Alle disse aspekter er med til at sikre, at et integreret kredsløb er i stand til at fungere korrekt.

Desuden er her nogle funktioner til at bestemme opførslen af ​​integrerede kredsløb:

Temperatur

Temperaturen kan variere drastisk, hvilket gør produktionen af ​​IC ekstremt vanskelig.

Spænding.

Enheder fungerer ved en nominel spænding, der kan variere lidt.

Behandle

De mest vitale procesvariationer, der bruges til enheder, er tærskelspænding og kanallængde.Procesvariation er klassificeret som:

• Masse til parti
• Wafer til oblat
• Dø for at dø

Integrerede kredsløbspakker

Pakken omslutter matricen af ​​et integreret kredsløb, hvilket gør det nemt for os at forbinde til det.Hver ekstern forbindelse på matricen er forbundet med et lille stykke guldtråd til en stift på pakken.Stifter er ekstruderende terminaler, der er sølvfarvede.De passerer gennem kredsløbet for at forbinde med andre dele af chippen.Disse er meget vigtige, da de går rundt i kredsløbet og forbinder til ledningerne og resten af ​​komponenterne i et kredsløb.

Der er flere forskellige typer pakker, der kan bruges her.Alle af dem har unikke monteringstyper, unikke dimensioner og pin-antal.Lad os tage et kig på, hvordan dette fungerer.

Pintælling

Alle integrerede kredsløb er polariserede, og hver pin er forskellig med hensyn til både funktion og placering.Dette betyder, at pakken skal angive og adskille alle stifter fra hinanden.De fleste IC'er bruger enten en prik eller et hak til at vise den første pin.

Når du har identificeret placeringen af ​​den første pin, øges resten af ​​pin-numrene i en sekvens, mens du går mod uret rundt i kredsløbet.

Montering

Montering er en af ​​de unikke egenskaber ved en pakketype.Alle pakker kan kategoriseres i en af ​​to monteringskategorier: overflademontering (SMD eller SMT) eller gennemgående hul (PTH).Det er meget nemmere at arbejde med gennemgående hulpakker, da de er større.De er designet til at blive fastgjort på den ene side af et kredsløb og loddet til en anden.

Overflademonterede pakker kommer i forskellige størrelser, fra små til minimale.De er fastgjort på den ene side af kassen og er loddet til overfladen.Stifterne på denne pakke er enten vinkelrette på chippen, presset ud på siden eller er nogle gange sat i en matrix på bunden af ​​chippen.Integrerede kredsløb i form af en overflademontering kræver også specialværktøj for at blive samlet.

Dual In-line

Dual In-line Package (DIP) er en af ​​de mest almindelige pakker.Dette er en type gennemgående IC-pakke.Disse små chips indeholder to parallelle rækker af stifter, der strækker sig lodret ud af et sort, rektangulært plastikhus.

Pindene har en afstand på ca. 2,54 mm mellem dem – en standard perfekt til at passe ind i breadboards og et par andre prototyping boards.Afhængigt af pin-antal kan DIP-pakkens overordnede dimensioner variere fra 4 til 64.

Området mellem hver række af stifter er adskilt for at gøre det muligt for DIP IC'er at overlappe midterområdet af et brødbræt.Dette sikrer, at stifterne har deres egen række og ikke kortsluttes.

Lille-omrids

Small-outline integrerede kredsløbspakker eller SOIC ligner en overflademontering.Den er lavet ved at bøje alle stifter på en DIP og krympe den ned.Du kan samle disse pakker med en rolig hånd og endda et lukket øje – så nemt er det!

Quad flad

Quad Flat-pakker spreder stifter i alle fire retninger.Det samlede antal ben i en quad flad IC kan variere alt fra otte ben på en side (32 i alt) til halvfjerds ben på en side (300+ i alt).Disse stifter har et mellemrum på omkring 0,4 mm til 1 mm mellem dem.Mindre varianter af quad flat-pakken består af lavprofil (LQFP), tynde (TQFP) og meget tynde (VQFP) pakker.

Ball Grid Arrays

Ball Grid Arrays eller BGA er de mest avancerede IC-pakker, der findes.Det er utroligt komplicerede, små pakker, hvor små loddekugler er sat op i et todimensionelt gitter på bunden af ​​det integrerede kredsløb.Nogle gange fastgør eksperterne loddekuglerne direkte til matricen!

Ball Grid Arrays-pakker bruges ofte til avancerede mikroprocessorer, som Raspberry Pi eller pcDuino.