Nu se știe cine a venit primul cu ideea de a pune doi sau mai mulți tranzistori pe un singur cip semiconductor. Este posibil ca ideea să fi apărut imediat după ce industria semiconductorilor a început să producă elemente semiconductoare. Se știe că baza teoretică a acestei abordări a fost publicată la începutul anilor 1950. A fost nevoie de mai puțin de 10 ani pentru a depăși problemele tehnologice și, deja la începutul anilor '60, a apărut primul dispozitiv care conținea mai multe componente electronice într-un singur pachet - un microcip (cip). De atunci, omenirea a pornit pe un drum al perfecțiunii care încă nu s-a încheiat.
Scopul circuitelor imprimate
În prezent, o mare varietate de componente electronice cu diferite grade de integrare sunt fabricate în circuite integrate. Acestea pot fi utilizate ca blocuri de construcție pentru a asambla diverse dispozitive electronice. De exemplu, un circuit receptor radio poate fi implementat în diferite moduri. Un punct de plecare este utilizarea microcircuitelor de tranzistori. Prin conectarea cablurilor lor, este posibil să se realizeze un dispozitiv receptor. Următorul pas este utilizarea ansamblurilor individuale într-un proiect integrat (fiecare în propria carcasă):
- amplificator de radiofrecvență
- heterodină;
- mixer;
- amplificator de frecvență audio.
În cele din urmă, cea mai modernă variantă este de a avea întregul receptor într-un singur cip, adăugând doar câteva elemente pasive externe. Evident, pe măsură ce gradul de integrare crește, proiectarea circuitelor devine mai simplă. Chiar și un computer complet poate fi implementat acum pe un singur cip. Performanțele sale vor fi în continuare mai mici decât cele ale dispozitivelor de calcul convenționale, dar, odată cu progresele tehnologice, poate că și acest punct va putea fi depășit.
Tipuri de cipuri
În prezent se fabrică un număr foarte mare de tipuri de microcircuite. Practic, orice ansamblu electronic complet, standard sau specializat, este disponibil într-o microproiectare. Nu este posibil să se enumere și să se dezasambleze toate tipurile în cadrul unei singure analize. Dar, în general, circuitele integrate pot fi împărțite în trei categorii globale în funcție de funcționalitatea lor.
- Digital. Acestea lucrează cu semnale discrete. Nivelurile digitale sunt introduse la intrare, iar semnalele în formă digitală sunt, de asemenea, preluate de la ieșire. Această clasă de dispozitive acoperă domeniul de la elemente logice simple până la cele mai avansate microprocesoare. Aceasta include, de asemenea, rețelele logice programabile, dispozitivele de memorie etc.
- Analogic. Acestea lucrează cu semnale care se modifică în conformitate cu o lege continuă. Un exemplu tipic al acestui tip de cip este un amplificator de frecvență audio. De asemenea, în această clasă sunt incluse stabilizatoare de linie integrate, generatoare de semnal, senzori de măsurare și multe altele. Seturile de elemente pasive (rezistențe, circuite RC etc.) fac parte, de asemenea, din categoria analogică.rezistențe, circuite RC etc.).
- Analogic la digital (digital la analogic). Aceste cipuri nu doar convertesc datele discrete în date continue sau invers. Semnalele sursă sau recepționate în aceeași carcasă pot fi amplificate, convertite, modulate, decodate etc. Senzorii analog-digitali sunt utilizați pe scară largă pentru a comunica circuitele de măsurare ale diferitelor procese tehnologice cu dispozitivele de calcul.
Circuitele integrate sunt, de asemenea, subdivizate în funcție de tipul de fabricație:
- Semiconductor - realizat pe un singur cip semiconductor;
- Pelicula - elementele pasive sunt fabricate pe bază de pelicule groase sau subțiri;
- Hibrid: dispozitive semiconductoare active (tranzistori etc.).
Dar pentru aplicarea microcircuitelor, această clasificare nu oferă prea multe informații practice în majoritatea cazurilor.
Chipshells
Pentru a proteja conținutul intern și pentru a simplifica instalarea, microcircuitele sunt plasate într-un pachet. Inițial, majoritatea microcircuitelor au fost produse într-o carcasă metalică (rotund sau dreptunghiular) cu pini flexibili dispuși în jurul perimetrului.
Acest proiect nu a putut profita pe deplin de miniaturizare, deoarece dimensiunile dispozitivului erau foarte mari în comparație cu dimensiunea cipului. În plus, gradul de integrare a fost scăzut, ceea ce nu a făcut decât să exacerbeze problema. La mijlocul anilor șaizeci, pachetul DIP (pachet dual in-line), o cutie dreptunghiulară cu pini rigizi pe ambele părți. Problema dimensiunilor mari nu a fost rezolvată, dar, cu toate acestea, această soluție a permis obținerea unei densități mai mari de ambalare, precum și facilitarea asamblării automate a circuitelor electronice. Numărul de pini DIP variază de la 4 la 64, deși pachetele cu mai mult de 40 sunt încă foarte rare.
Important! Spațierea pinilor microcircuitelor DIP de producție internă este de 2,5 mm, iar cea a microcircuitelor importate este de 2,54 mm (1 linie = 0,1 inch.). Din acest motiv, apar probleme atunci când se înlocuiesc omologii ruși și importați aparent compleți. O mică discrepanță îngreunează adaptarea aceleiași funcționalități și alocarea pinilor în plăci și panouri.
Odată cu dezvoltarea tehnologiei electronice, dezavantajele pachetelor DIP au devenit evidente. Microprocesoarele nu aveau suficienți pini, iar creșterea numărului de pini necesita mai mult spațiu pe plăci. A doua problemă care a pus capăt epocii de dominație DIP a fost proliferarea montajului pe suprafață. În loc să fie lipite cipuri în găurile de pe plăci, acestea erau lipite direct pe plăcuțe. Această metodă de montare s-a dovedit a fi foarte rațională, astfel că a fost nevoie de cipuri în pachete adaptate pentru lipirea la suprafață. Și procesul de înlocuire a dispozitivelor de montare a "găurilor" (gaura adevărată) denumite ca SMD (detaliu montat pe suprafață).
Primul pas către un design montat pe suprafață a fost introducerea pachetelor SOIC și modificările acestora (SOP, HSOP și alte modele). La fel ca în cazul tipurilor DIP, tijele sunt dispuse în două rânduri pe laturile lungi, dar sunt paralele cu partea inferioară a carcasei.
O evoluție ulterioară este reprezentată de carcasa QFP. Această carcasă are ace de formă pătrată pe fiecare parte. Este similar cu pachetul PLLC, dar este mai apropiat de DIP, deși picioarele sunt de asemenea pe toată circumferința.
Pentru o vreme, cipurile DIP au avut o poziție aparte în sectorul dispozitivelor programabile (ROM-uri, controlere, PLM), dar proliferarea programării pe cip a înlăturat și din această zonă pachetele cu două rânduri de găuri adevărate. În zilele noastre, chiar și piesele care erau montate în găuri - cum ar fi regulatoarele de tensiune integrate etc. - sunt acum pregătite pentru SMD.
Dezvoltarea carcaselor pentru microprocesoare a luat o cale diferită. Deoarece numărul de pini nu se potrivește în perimetrul unui pătrat de dimensiuni rezonabile, picioarele unui cip mare sunt aranjate într-o matrice (PGA, LGA, etc.).
Avantajele utilizării cipurilor
Apariția microcipului a revoluționat lumea electronicii (în special în tehnologia microprocesoarelor). Calculatoarele pe tuburi, care ocupau una sau mai multe camere, sunt considerate o curiozitate istorică. Dar un procesor modern conține aproximativ 20 de miliarde de tranzistori. Dacă presupunem o suprafață discretă a tranzistorului de cel puțin 0,1 cm pătrat, suprafața ocupată de procesor în ansamblul său ar trebui să fie de cel puțin 200 000 de metri pătrați - aproximativ 2000 de apartamente de mărime medie cu trei camere.
De asemenea, trebuie prevăzut spațiu pentru memorie, plăci de sunet, plăci audio, adaptoare de rețea și alte periferice. Costul de montare a atâtor componente discrete ar fi enorm, iar fiabilitatea ar fi inacceptabil de scăzută. Depanarea și repararea ar fi fost extrem de costisitoare. Este clar că epoca calculatorului personal fără circuite puternic integrate nu ar fi apărut niciodată. De asemenea, fără tehnologia modernă, nu ar fi fost create dispozitive cu utilizare intensivă a calculatorului, de la cele de consum la cele industriale sau științifice.
Direcția de dezvoltare a electronicii a fost prestabilită pentru mulți ani de acum înainte. Aceasta reprezintă în primul rând o creștere a gradului de integrare a elementelor microcipurilor, care se datorează dezvoltării continue a tehnologiei. Va exista un salt calitativ atunci când capacitățile microelectronice își vor atinge limitele, dar aceasta este o chestiune care ține de un viitor destul de îndepărtat.
Articole conexe:
