Toote atribuudid

Dokumendid ja meedia

Keskkonna- ja ekspordiklassifikatsioonid

Integraallülitused

Integraallülitus (IC) on pooljuhtkiip, mis kannab palju väikseid komponente, nagu kondensaatorid, dioodid, transistorid ja takistid.Neid pisikesi komponente kasutatakse andmete arvutamiseks ja salvestamiseks digitaal- või analoogtehnoloogia abil.Võite mõelda IC-le kui väikesele kiibile, mida saab kasutada tervikliku ja usaldusväärse vooluahelana.Integraallülitused võivad olla loendur, ostsillaator, võimendi, loogikavärav, taimer, arvuti mälu või isegi mikroprotsessor.

IC-d peetakse kõigi tänapäevaste elektroonikaseadmete põhiliseks ehitusplokiks.Selle nimi viitab mitme omavahel seotud komponendi süsteemile, mis on põimitud õhukesesse ränist valmistatud pooljuhtmaterjali.

Integraallülituste ajalugu 

Integraallülituste taga olevat tehnoloogiat tutvustasid algselt 1950. aastal Robert Noyce ja Jack Kilby Ameerika Ühendriikides.USA õhuvägi oli selle uue leiutise esimene tarbija.Jack Kilby võitis ka 2000. aastal Nobeli füüsikaauhinna miniatuursete IC-de leiutamise eest.

1,5 aastat pärast Kilby disaini tutvustamist tutvustas Robert Noyce integraallülituse enda versiooni.Tema mudel lahendas Kilby seadmes mitmeid praktilisi probleeme.Noyce kasutas oma mudeli jaoks ka räni, Jack Kilby aga germaaniumi. 

Robert Noyce ja Jack Kilby said mõlemad USA patendi integraallülituste panuse eest.Nad võitlesid mitu aastat juriidiliste probleemidega.Lõpuks otsustasid nii Noyce'i kui ka Kilby ettevõtted oma leiutisi ristlitsentsida ja tutvustada neid tohutule ülemaailmsele turule.

Integraallülituste tüübid

Integraallülitusi on kahte tüüpi.Need on:

1. Analoog-IC-d

Analoog-IC-del on pidevalt muudetav väljund, olenevalt signaalist, mida nad saavad.Teoreetiliselt võivad sellised IC-d saavutada piiramatu arvu olekuid.Seda tüüpi IC-s on liikumise väljundtase signaali sisendtaseme lineaarne funktsioon.

Lineaarsed IC-d võivad toimida raadiosageduslike (RF) ja helisagedusvõimenditena (AF).Operatsioonivõimendi (operatsioonivõimendi) on siin tavaliselt kasutatav seade.Lisaks on temperatuuriandur veel üks levinud rakendus.Lineaarsed IC-d võivad erinevaid seadmeid sisse ja välja lülitada, kui signaal jõuab teatud väärtuseni.Seda tehnoloogiat leiate ahjudest, kütteseadmetest ja kliimaseadmetest. 

2. Digitaalsed IC-d 

Need erinevad analoog-IC-dest.Need ei tööta pidevas signaalitasemete vahemikus.Selle asemel töötavad need mõnel eelseadistatud tasemel.Digitaalsed IC-d töötavad põhimõtteliselt loogiliste väravate abil.Loogikaväravad kasutavad binaarandmeid.Binaarandmete signaalidel on ainult kaks taset, mida nimetatakse madalaks (loogika 0) ja kõrgeks (loogika 1).

Digitaal-IC-sid kasutatakse paljudes rakendustes, nagu arvutid, modemid jne.

Miks on integraallülitused populaarsed?

Vaatamata sellele, et integraallülitused leiutati peaaegu 30 aastat tagasi, kasutatakse neid endiselt paljudes rakendustes.Arutleme mõningate nende populaarsuse eest vastutavate elementide üle: 

1.Skaleeritavus 

Mõned aastad tagasi ulatusid pooljuhtide tööstuse tulud uskumatult 350 miljardi USA dollarini.Intel oli siin suurim panus.Oli ka teisi tegijaid ja enamik neist kuulus digitaalsele turule.Kui vaatate numbreid, näete, et 80 protsenti pooljuhtide tööstuse müügist pärines sellelt turult.

Selles edus on suurt rolli mänginud integraallülitused.Näete, pooljuhtide tööstuse teadlased analüüsisid integraallülitust, selle rakendusi ja spetsifikatsioone ning suurendasid seda.

Esimesel kunagi leiutatud IC-l oli vaid paar transistorit – täpsemalt 5.Ja nüüd oleme näinud Inteli 18-tuumalist Xeoni kokku 5,5 miljardi transistoriga.Lisaks oli IBMi salvestuskontrolleril 2015. aastal 7,1 miljardit transistorit 480 MB L4 vahemäluga.

See mastaapsus on mänginud suurt rolli integraallülituste populaarsuses.

2. Maksumus

IC maksumuse üle on olnud mitmeid arutelusid.Aastate jooksul on ka IC tegeliku hinna kohta olnud väärarusaam.Selle põhjuseks on asjaolu, et IC-d pole enam lihtne mõiste.Tehnoloogia liigub edasi tohutult kiiresti ja kiibidisainerid peavad IC kulude arvutamisel selle tempoga sammu pidama.

Paar aastat tagasi kasutati IC-de kuluarvestust ränivormil.Sel ajal sai kiibi maksumuse hinnangut hõlpsasti määrata stantsi suuruse järgi.Kuigi räni on nende arvutustes endiselt peamine element, peavad eksperdid IC maksumuse arvutamisel arvestama ka muude komponentidega.

Siiani on eksperdid IC lõpliku maksumuse määramiseks tuletanud üsna lihtsa võrrandi:

Lõplik IC maksumus = paketi maksumus + testi maksumus + matriitsi maksumus + saatekulu

See võrrand võtab arvesse kõiki vajalikke elemente, mis mängivad kiibi valmistamisel tohutut rolli.Lisaks sellele võib arvesse võtta ka muid tegureid.Kõige olulisem asi, mida IC kulude hindamisel meeles pidada, on see, et hind võib tootmisprotsessi ajal mitmel põhjusel erineda.

Samuti võivad tootmisprotsessi käigus tehtud tehnilised otsused oluliselt mõjutada projekti maksumust.

3. Töökindlus

Integraallülituste tootmine on väga tundlik ülesanne, kuna see nõuab, et kõik süsteemid töötaksid pidevalt miljonite tsüklite jooksul.IC töös mängivad olulist rolli välised elektromagnetväljad, äärmuslikud temperatuurid ja muud töötingimused.

Kuid enamik neist probleemidest kõrvaldatakse õigesti kontrollitud kõrge stressitestide kasutamisega.See ei paku uusi rikkemehhanisme, suurendades integraallülituste töökindlust.Suuremate pingete kasutamisega saame ka suhteliselt lühikese aja jooksul määrata rikkejaotuse.

Kõik need aspektid aitavad tagada integraallülituse nõuetekohase toimimise.

Lisaks on siin mõned funktsioonid integraallülituste käitumise määramiseks:

Temperatuur

Temperatuur võib drastiliselt erineda, muutes IC tootmise äärmiselt keeruliseks.

Pinge.

Seadmed töötavad nimipingel, mis võib veidi erineda.

Protsess

Seadmetes kasutatavad protsessi kõige olulisemad variatsioonid on lävipinge ja kanali pikkus.Protsessi variatsioonid klassifitseeritakse järgmiselt:

• Palju palju
• Vahvlist vahvliks
• Surma, et surra

Integraallülituste paketid

Pakett ümbritseb integraallülituse stantsi, muutes sellega ühenduse loomise lihtsaks.Iga matriitsi väline ühendus on ühendatud väikese kuldtraadi tükiga pakendil oleva tihvtiga.Tihvtid on ekstrudeerivad klemmid, mis on hõbedast värvi.Need läbivad vooluringi, et ühenduda kiibi teiste osadega.Need on väga olulised, kuna need liiguvad ümber vooluringi ja ühendatakse juhtmete ja ahela ülejäänud komponentidega.

Siin saab kasutada mitut erinevat tüüpi pakette.Kõigil neil on unikaalsed kinnitustüübid, ainulaadsed mõõtmed ja tihvtide arv.Vaatame, kuidas see toimib.

Pin loendamine

Kõik integraallülitused on polariseeritud ja iga kontakt on erinev nii funktsiooni kui ka asukoha poolest.See tähendab, et pakend peab kõik tihvtid üksteisest märkima ja eraldama.Enamik IC-sid kasutab esimese tihvti näitamiseks kas punkti või sälku.

Kui olete tuvastanud esimese tihvti asukoha, suurenevad ülejäänud tihvtide numbrid järjestuses, kui liigute ahelas vastupäeva.

Paigaldamine

Paigaldamine on pakenditüübi üks unikaalseid omadusi.Kõiki pakette saab liigitada ühe kahest paigalduskategooriast: pindkinnitus (SMD või SMT) või läbiv auk (PTH).Läbiva auguga pakettidega on palju lihtsam töötada, kuna need on suuremad.Need on ette nähtud kinnitamiseks vooluahela ühele küljele ja teise külge jootmiseks.

Pindkinnituspakette on erineva suurusega, alates väikestest kuni väikesteni.Need on kinnitatud karbi ühele küljele ja joodetud pinnale.Selle pakendi tihvtid on kas kiibiga risti, küljelt välja pigistatud või mõnikord asetatud kiibi alusele maatriksisse.Pindkinnituse kujul olevate integraallülituste kokkupanemiseks on vaja ka spetsiaalseid tööriistu.

Dual In-Line

Dual In-line Package (DIP) on üks levinumaid pakette.See on teatud tüüpi läbiva auguga IC-pakett.Need väikesed laastud sisaldavad kahte paralleelset tihvtide rida, mis ulatuvad vertikaalselt mustast plastikust ristkülikukujulisest korpusest välja.

Tihvtide vahe on umbes 2,54 mm – standard sobib ideaalselt leivalaudadele ja mõnele muule prototüüpimislauale.Olenevalt tihvtide arvust võivad DIP-paketi üldmõõtmed varieeruda vahemikus 4 kuni 64.

Iga tihvtide rea vaheline ala on paigutatud nii, et DIP IC-d saaksid kattuda leivaplaadi keskosaga.See tagab, et tihvtidel on oma rida ja need ei jää lühikeseks.

Väike-kontuur

Väikese kontuuriga integraallülituste paketid ehk SOIC sarnanevad pindkinnitusega.See koosneb kõigi DIP-i tihvtide painutamise ja selle kokkutõmbamise teel.Saate neid pakke kokku panna kindla käe ja isegi suletud silmaga – nii lihtne see ongi!

Quad korter

Quad Flat paketid liigutavad tihvte kõigis neljas suunas.Neljatasandilise IC kontaktide koguarv võib varieeruda kaheksast viigust küljel (kokku 32) kuni seitsmekümne viiguni küljel (kokku 300+).Nende tihvtide vahe on umbes 0,4–1 mm.Quad flat paketi väiksemad variandid koosnevad madala profiiliga (LQFP), õhukestest (TQFP) ja väga õhukestest (VQFP) pakettidest.

Pallivõre massiivid

Ball Grid Arrays ehk BGA on kõige arenenumad IC-paketid.Need on uskumatult keerulised väikesed pakendid, kus väikesed jootepallid on integreeritud vooluringi alusele kahemõõtmelisse võrku.Mõnikord kinnitavad eksperdid jootekuulid otse matriitsi külge!

Ball Grid Arrays pakette kasutatakse sageli täiustatud mikroprotsessorite jaoks, nagu Raspberry Pi või pcDuino.