Nie je známe, kto prvý prišiel s myšlienkou vyrobiť dva alebo viac tranzistorov na jednom polovodičovom čipe. Možno táto myšlienka vznikla hneď po spustení výroby polovodičových prvkov. Je známe, že teoretické základy tohto prístupu boli publikované začiatkom 50. rokov 20. storočia. Prekonanie technologických problémov trvalo menej ako 10 rokov a už začiatkom 60. rokov bolo vydané prvé zariadenie obsahujúce niekoľko elektronických komponentov v jednom balení - mikroobvod (čip). Od tej chvíle sa ľudstvo vydalo na cestu zlepšovania, ktorá nemá konca kraja.
Účel mikroobvodov
V integrovanej verzii sa v súčasnosti vyrába široká škála elektronických komponentov s rôznym stupňom integrácie. Z nich, ako z kociek, môžete zbierať rôzne elektronické zariadenia. Takto môže byť obvod rádiového prijímača implementovaný rôznymi spôsobmi. Počiatočnou možnosťou je použitie tranzistorových čipov.Spojením ich záverov môžete vytvoriť prijímacie zariadenie. Ďalším krokom je použitie jednotlivých uzlov v integrovanom dizajne (každý vo svojom tele):
- rádiofrekvenčný zosilňovač;
- heterodyn;
- mixér;
- audio frekvenčný zosilňovač.
Nakoniec najmodernejšou možnosťou je celý prijímač v jednom čipe, stačí pridať pár externých pasívnych prvkov. Je zrejmé, že so zvyšujúcim sa stupňom integrácie sa konštrukcia obvodov stáva jednoduchšou. Aj plnohodnotný počítač je teraz možné implementovať na jeden čip. Jeho výkon bude stále nižší ako u bežných výpočtových zariadení, no s rozvojom technológií je možné, že tento moment bude prekonaný.
Typy čipov
V súčasnosti sa vyrába obrovské množstvo typov mikroobvodov. Prakticky každá kompletná elektronická zostava, štandardná alebo špecializovaná, je dostupná v mikro. Nie je možné vymenovať a analyzovať všetky typy v rámci jednej recenzie. Vo všeobecnosti však podľa funkčného účelu možno mikroobvody rozdeliť do troch globálnych kategórií.
- digitálny. Pracujte s diskrétnymi signálmi. Digitálne úrovne sú aplikované na vstup, signály sú tiež prevzaté z výstupu v digitálnej forme. Táto trieda zariadení pokrýva oblasť od jednoduchých logických prvkov až po najmodernejšie mikroprocesory. Patria sem aj programovateľné logické polia, pamäťové zariadenia atď.
- Analógové. Pracujú so signálmi, ktoré sa menia podľa spojitého zákona. Typickým príkladom takéhoto mikroobvodu je zosilňovač audio frekvencie. Do tejto triedy patria aj integrálne lineárne stabilizátory, generátory signálov, meracie senzory a mnohé ďalšie. Analógová kategória zahŕňa aj sady pasívnych prvkov (rezistory, RC obvody a pod.).
- Z analógového na digitálne (z digitálneho na analógový). Tieto mikroobvody nielen konvertujú diskrétne dáta na spojité alebo naopak. Pôvodné alebo prijaté signály v rovnakom balíku môžu byť zosilnené, konvertované, modulované, dekódované a podobne. Analógovo-digitálne snímače sú široko používané na prepojenie meracích obvodov rôznych technologických procesov s výpočtovou technikou.
Mikročipy sa tiež delia podľa typu výroby:
- polovodič - vykonáva sa na jedinom polovodičovom kryštáli;
- film - pasívne prvky sú vytvorené na báze hrubých alebo tenkých filmov;
- hybridné - polovodičové aktívne prvky „sadnú“ k pasívnym filmovým prvkom (tranzistory atď.).
Ale pre použitie mikroobvodov táto klasifikácia vo väčšine prípadov neposkytuje špeciálne praktické informácie.
Balíčky čipov
Na ochranu vnútorného obsahu a na zjednodušenie inštalácie sú mikroobvody umiestnené v puzdre. Spočiatku sa väčšina čipov vyrábala v kovovom obale (okrúhle alebo obdĺžnikové) s pružnými vodičmi umiestnenými po obvode.
Tento dizajn neumožňoval využiť všetky výhody miniaturizácie, keďže rozmery zariadenia boli v porovnaní s veľkosťou kryštálu veľmi veľké. Navyše miera integrácie bola nízka, čo problém len prehĺbilo. V polovici 60. rokov bol vyvinutý balík DIP (duálny in-line balík) je obdĺžniková konštrukcia s pevnými vedeniami na oboch stranách. Problém objemných rozmerov nebol vyriešený, no napriek tomu takéto riešenie umožnilo dosiahnuť väčšiu hustotu balenia, ako aj zjednodušiť automatizovanú montáž elektronických obvodov.Počet kolíkov mikroobvodu v balíku DIP sa pohybuje od 4 do 64, hoci balíky s viac ako 40 "nohami" sú stále zriedkavé.
Dôležité! Rozstup kolíkov pre domáce mikroobvody DIP je 2,5 mm, pre dovážané - 2,54 mm (1 riadok = 0,1 palca). Z tohto dôvodu vznikajú problémy so vzájomnou výmenou úplných, zdá sa, analógov ruskej a dovážanej výroby. Mierny nesúlad sťažuje inštaláciu zariadení, ktoré majú rovnakú funkčnosť a vývod v doskách a v paneli.
S rozvojom elektronickej techniky sa ukázali nevýhody DIP balíčkov. Pre mikroprocesory počet pinov nestačil a ich ďalšie zväčšovanie si vyžiadalo zväčšenie rozmerov skrine. takéto mikroobvody začali zaberať príliš veľa nevyužitého miesta na doskách. Druhým problémom, ktorý priniesol koniec éry dominancie DIP, je rozšírené používanie povrchovej montáže. Prvky sa začali inštalovať nie do otvorov na doske, ale pripájali sa priamo na kontaktné podložky. Tento spôsob montáže sa ukázal ako veľmi racionálny, preto boli potrebné mikroobvody v obaloch prispôsobených na povrchové spájkovanie. A začal sa proces vytláčania zariadení na montáž do „dier“ (skutočná diera) prvky pomenované ako smd (povrchovo namontovaný detail).
Prvý krok k prechodu na oceľové obaly SOIC na povrchovú montáž a ich modifikácie (SOP, HSOP a ďalšie). Rovnako ako DIP majú nohy v dvoch radoch pozdĺž dlhých strán, ale sú rovnobežné so spodnou rovinou puzdra.
Ďalším vývojom bol balík QFP. Toto puzdro v tvare štvorca má na každej strane svorky.Púzdro PLLC je mu podobné, ale stále má bližšie k DIP, aj keď nožičky sú tiež umiestnené po celom obvode.
Čipy DIP si istý čas držali svoje pozície v sektore programovateľných zariadení (ROM, radiče, PLM), ale rozšírenie in-circuit programovania vyhnalo dvojradové balíčky true-hole aj z tejto oblasti. Teraz dokonca aj tie časti, ktorých inštalácia do otvorov nemala žiadnu alternatívu, dostali výkon SMD - napríklad integrované stabilizátory napätia atď.
Vývoj puzdier mikroprocesorov sa uberal inou cestou. Pretože počet kolíkov sa nezmestí po obvode žiadnej z primeraných štvorcových veľkostí, nohy veľkého mikroobvodu sú usporiadané vo forme matrice (PGA, LGA atď.).
Výhody používania mikročipov
Príchod mikroobvodov spôsobil revolúciu vo svete elektroniky (najmä v mikroprocesorovej technike). Počítače na lampách zaberajúcich jednu alebo viac miestností sú v pamäti ako historická kuriozita. Ale moderný procesor obsahuje asi 20 miliárd tranzistorov. Ak vezmeme plochu jedného tranzistora v diskrétnej verzii najmenej 0,1 cm2, potom plocha, ktorú zaberá procesor ako celok, bude musieť byť najmenej 200 000 metrov štvorcových - asi 2 000 stredne veľkých trojizbových byty.
Musíte tiež poskytnúť priestor pre pamäť, zvukovú kartu, zvukovú kartu, sieťový adaptér a ďalšie periférne zariadenia. Náklady na montáž takého počtu samostatných prvkov by boli obrovské a prevádzková spoľahlivosť je neprijateľne nízka. Riešenie problémov a opravy by trvali neuveriteľne dlho. Je zrejmé, že éra osobných počítačov bez čipov s vysokým stupňom integrácie by nikdy neprišla.Rovnako bez moderných technológií by nevznikli zariadenia vyžadujúce veľký výpočtový výkon – od domácnosti až po priemyselné či vedecké
Smer vývoja elektroniky je predurčený na dlhé roky dopredu. Ide predovšetkým o zvýšenie stupňa integrácie mikroobvodových prvkov, ktoré je spojené s neustálym vývojom technológií. Vpred je kvalitatívny skok, keď sa možnosti mikroelektroniky dostanú na hranicu svojich možností, ale to je otázka dosť vzdialenej budúcnosti.
Podobné články:
