Vlastnosti produktu

Dokumenty a médiá

Environmentálne a exportné klasifikácie

Integrované obvody 

Integrovaný obvod (IC) je polovodičový čip, ktorý nesie veľa malých komponentov, ako sú kondenzátory, diódy, tranzistory a odpory.Tieto drobné komponenty sa používajú na výpočet a ukladanie údajov pomocou digitálnej alebo analógovej technológie.IC si môžete predstaviť ako malý čip, ktorý možno použiť ako kompletný a spoľahlivý obvod.Integrovaný obvod môže byť čítač, oscilátor, zosilňovač, logické hradlo, časovač, počítačová pamäť alebo dokonca mikroprocesor.

IC sa považuje za základný stavebný kameň všetkých dnešných elektronických zariadení.Jeho názov naznačuje systém viacerých vzájomne prepojených komponentov zabudovaných do tenkého polovodičového materiálu vyrobeného z kremíka.

História integrovaných obvodov

Technológia integrovaných obvodov bola pôvodne predstavená v roku 1950 Robertom Noyceom a Jackom Kilbym v Spojených štátoch amerických.Americké letectvo bolo prvým spotrebiteľom tohto nového vynálezu.Jack tiež Kilby získal Nobelovu cenu za fyziku v roku 2000 za vynález miniaturizovaných integrovaných obvodov.

1,5 roka po predstavení Kilbyho dizajnu predstavil Robert Noyce svoju vlastnú verziu integrovaného obvodu.Jeho model vyriešil niekoľko praktických problémov v Kilbyho zariadení.Noyce použil pre svoj model aj kremík, zatiaľ čo Jack Kilby použil germánium.

Robert Noyce a Jack Kilby získali americké patenty za ich prínos k integrovaným obvodom.Niekoľko rokov zápasili s právnymi problémami.Nakoniec sa spoločnosti Noyce aj Kilbyho rozhodli krížovo licencovať svoje vynálezy a uviesť ich na obrovský globálny trh.

Typy integrovaných obvodov

Existujú dva typy integrovaných obvodov.Toto sú:

1. Analógové integrované obvody

Analógové integrované obvody majú neustále meniteľný výstup v závislosti od signálu, ktorý prijímajú.Teoreticky môžu takéto integrované obvody dosiahnuť neobmedzený počet stavov.V tomto type integrovaného obvodu je výstupná úroveň pohybu lineárnou funkciou vstupnej úrovne signálu.

Lineárne integrované obvody môžu fungovať ako rádiofrekvenčné (RF) a audiofrekvenčné (AF) zosilňovače.Operačný zosilňovač (op-amp) je zariadenie, ktoré sa tu bežne používa.Okrem toho je ďalšou bežnou aplikáciou teplotný snímač.Lineárne integrované obvody môžu zapínať a vypínať rôzne zariadenia, keď signál dosiahne určitú hodnotu.Túto technológiu nájdete v rúrach, ohrievačoch a klimatizáciách.

2. Digitálne integrované obvody

Tieto sa líšia od analógových integrovaných obvodov.Nefungujú v konštantnom rozsahu úrovní signálu.Namiesto toho fungujú na niekoľkých prednastavených úrovniach.Digitálne integrované obvody fungujú zásadne pomocou logických brán.Logické brány používajú binárne dáta.Signály v binárnych dátach majú iba dve úrovne známe ako nízka (logická 0) a vysoká (logická 1).

Digitálne integrované obvody sa používajú v širokej škále aplikácií, ako sú počítače, modemy atď.

Prečo sú integrované obvody obľúbené?

Napriek tomu, že boli vynájdené takmer pred 30 rokmi, integrované obvody sa stále používajú v mnohých aplikáciách.Poďme diskutovať o niektorých prvkoch zodpovedných za ich popularitu:

1. Škálovateľnosť 

Pred niekoľkými rokmi dosahovali príjmy polovodičového priemyslu až neuveriteľných 350 miliárd USD.Intel tu bol najväčším prispievateľom.Boli tam aj iní hráči a väčšina z nich patrila na digitálny trh.Ak sa pozriete na čísla, uvidíte, že 80 percent tržieb generovaných polovodičovým priemyslom pochádzalo z tohto trhu.

Veľkú úlohu v tomto úspechu zohrali integrované obvody.Vidíte, výskumníci polovodičového priemyslu analyzovali integrovaný obvod, jeho aplikácie a jeho špecifikácie a zväčšili ho.

Prvý integrovaný obvod, ktorý bol kedy vynájdený, mal len niekoľko tranzistorov – konkrétne 5.A teraz sme videli 18-jadrový Xeon od Intelu s celkovým počtom 5,5 miliardy tranzistorov.Okrem toho, IBM Storage Controller mal v roku 2015 7,1 miliardy tranzistorov so 480 MB L4 cache.

Táto škálovateľnosť zohrala veľkú úlohu v prevládajúcej popularite integrovaných obvodov.

2. Náklady

Prebehlo niekoľko diskusií o nákladoch na IC.V priebehu rokov sa tiež vyskytla mylná predstava o skutočnej cene integrovaného obvodu.Dôvodom je, že integrované obvody už nie sú jednoduchým konceptom.Technológia napreduje ohromne rýchlou rýchlosťou a dizajnéri čipov musia držať krok s týmto tempom pri výpočte nákladov na integrovaný obvod.

Pred niekoľkými rokmi sa výpočet nákladov na integrovaný obvod spoliehal na kremíkovú matricu.V tom čase bolo možné odhad nákladov na čip ľahko určiť podľa veľkosti matrice.Zatiaľ čo kremík je stále primárnym prvkom v ich výpočtoch, odborníci musia pri výpočte nákladov na IC zvážiť aj ďalšie komponenty.

Odborníci doteraz odvodili pomerne jednoduchú rovnicu na určenie konečných nákladov na IC:

Konečná cena IC = cena balíka + cena testu + cena matrice + cena dopravy

Táto rovnica zohľadňuje všetky potrebné prvky, ktoré zohrávajú obrovskú úlohu pri výrobe čipu.Okrem toho môžu byť zohľadnené aj ďalšie faktory.Najdôležitejšia vec, ktorú treba mať na pamäti pri odhadovaní nákladov na IC, je, že cena sa môže počas výrobného procesu meniť z viacerých dôvodov.

Taktiež akékoľvek technické rozhodnutia prijaté počas výrobného procesu môžu mať významný vplyv na náklady projektu.

3. Spoľahlivosť

Výroba integrovaných obvodov je veľmi citlivá úloha, pretože vyžaduje, aby všetky systémy pracovali nepretržite počas miliónov cyklov.Vonkajšie elektromagnetické polia, extrémne teploty a iné prevádzkové podmienky, to všetko hrá dôležitú úlohu pri prevádzke IC.

Väčšina týchto problémov je však eliminovaná použitím správne kontrolovaného vysokozáťažového testovania.Neposkytuje žiadne nové mechanizmy zlyhania, čím sa zvyšuje spoľahlivosť integrovaných obvodov.Pomocou vyšších napätí vieme určiť aj rozloženie porúch v relatívne krátkom čase.

Všetky tieto aspekty pomáhajú zabezpečiť, aby integrovaný obvod mohol správne fungovať.

Ďalej je tu niekoľko funkcií na určenie správania integrovaných obvodov:

Teplota

Teplota sa môže drasticky meniť, čo sťažuje výrobu IC.

Napätie.

Zariadenia pracujú s menovitým napätím, ktoré sa môže mierne líšiť.

Proces

Najdôležitejšie variácie procesu používané pre zariadenia sú prahové napätie a dĺžka kanála.Variácie procesu sú klasifikované ako:

• Veľa za veľa
• Oblátka na oblátku
• Zomrieť zomrieť

Balíky integrovaných obvodov

Balenie obsahuje matricu integrovaného obvodu, čo nám uľahčuje pripojenie k nej.Každé vonkajšie spojenie na matrici je spojené malým kúskom zlatého drôtu s kolíkom na obale.Kolíky sú vytláčacie koncovky, ktoré sú striebornej farby.Prechádzajú obvodom, aby sa spojili s ostatnými časťami čipu.Tieto sú veľmi dôležité, pretože prechádzajú okolo obvodu a spájajú sa s vodičmi a zvyškom komponentov v obvode.

Tu je možné použiť niekoľko rôznych typov balíčkov.Všetky majú jedinečné typy montáže, jedinečné rozmery a počet kolíkov.Poďme sa pozrieť, ako to funguje.

Počítanie kolíkov

Všetky integrované obvody sú polarizované a každý pin je odlišný z hľadiska funkcie aj umiestnenia.To znamená, že balík musí označiť a oddeliť všetky kolíky od seba.Väčšina integrovaných obvodov používa na zobrazenie prvého kolíka bodku alebo zárez.

Akonáhle identifikujete umiestnenie prvého kolíka, zvyšné čísla kolíkov sa postupne zvyšujú, keď idete okolo obvodu proti smeru hodinových ručičiek.

Montáž

Montáž je jednou z jedinečných vlastností typu obalu.Všetky balíčky je možné kategorizovať podľa jednej z dvoch kategórií montáže: povrchová montáž (SMD alebo SMT) alebo priechodná (PTH).Je oveľa jednoduchšie pracovať s balíkmi s priechodnými otvormi, pretože sú väčšie.Sú určené na upevnenie na jednu stranu obvodu a prispájkovanie na druhú.

Balíky pre povrchovú montáž sa dodávajú v rôznych veľkostiach, od malých až po nepatrné.Sú upevnené na jednej strane krabice a sú prispájkované k povrchu.Kolíky tohto obalu sú buď kolmé na čip, vytlačené zboku, alebo sú niekedy osadené v matrici na základni čipu.Integrované obvody vo forme povrchovej montáže tiež vyžadujú špeciálne nástroje na zostavenie.

Dual In-Line

Dual In-line Package (DIP) je jedným z najbežnejších balíčkov.Toto je typ balíka IC s priechodným otvorom.Tieto malé čipy obsahujú dva paralelné rady kolíkov vyčnievajúcich vertikálne z čierneho plastového obdĺžnikového puzdra.

Kolíky majú medzi sebou rozstup asi 2,54 mm – štandard, ktorý sa perfektne hodí na doštičky na krájanie a niekoľko ďalších prototypových dosiek.V závislosti od počtu kolíkov sa celkové rozmery balíka DIP môžu líšiť od 4 do 64.

Oblasť medzi každým radom kolíkov je rozmiestnená, aby umožnila integrovaným obvodom DIP prekrývať strednú oblasť kontaktnej dosky.To zaisťuje, že kolíky majú svoj vlastný rad a neskratujú sa.

Malý obrys

Malé balíky integrovaných obvodov alebo SOIC sú podobné povrchovej montáži.Vyrába sa ohnutím všetkých kolíkov na DIP a zmrštením.Tieto balíčky môžete zostaviť pevnou rukou a dokonca aj zatvoreným okom – je to také jednoduché!

Štvornásobok bytu

Balíky Quad Flat rozmiestňujú kolíky vo všetkých štyroch smeroch.Celkový počet kolíkov na štvorcovom plochom IC sa môže líšiť od ôsmich kolíkov na strane (celkom 32) po sedemdesiat kolíkov na strane (celkovo 300+).Tieto kolíky majú medzi sebou medzeru približne 0,4 mm až 1 mm.Menšie varianty štvorcového plochého obalu pozostávajú z nízkoprofilových (LQFP), tenkých (TQFP) a veľmi tenkých (VQFP) obalov.

Polia guľovej mriežky

Ball Grid Arrays alebo BGA sú najpokročilejšie IC balíky v okolí.Ide o neuveriteľne komplikované, malé balenia, v ktorých sú v dvojrozmernej mriežke na báze integrovaného obvodu umiestnené malé guľôčky spájky.Niekedy odborníci pripevňujú guľôčky spájky priamo k matrici!

Balíky Ball Grid Arrays sa často používajú pre pokročilé mikroprocesory, ako sú Raspberry Pi alebo pcDuino.