Vlastnosti produktu

Dokumenty a média

Environmentální a exportní klasifikace

Integrované obvody

Integrovaný obvod (IC) je polovodičový čip, který nese mnoho drobných součástek, jako jsou kondenzátory, diody, tranzistory a rezistory.Tyto drobné součástky se používají k výpočtu a ukládání dat pomocí digitální nebo analogové technologie.IC si můžete představit jako malý čip, který lze použít jako kompletní a spolehlivý obvod.Integrovaným obvodem může být čítač, oscilátor, zesilovač, logická brána, časovač, počítačová paměť nebo dokonce mikroprocesor.

Integrovaný obvod je považován za základní stavební kámen všech dnešních elektronických zařízení.Jeho název naznačuje systém několika vzájemně propojených součástek zasazených do tenkého polovodičového materiálu vyrobeného z křemíku.

Historie integrovaných obvodů 

Technologie integrovaných obvodů byla původně představena v roce 1950 Robertem Noycem a Jackem Kilbym ve Spojených státech amerických.Americké letectvo bylo prvním spotřebitelem tohoto nového vynálezu.Jack také Kilby získal v roce 2000 Nobelovu cenu za fyziku za vynález miniaturizovaných integrovaných obvodů.

1,5 roku po představení Kilbyho návrhu představil Robert Noyce svou vlastní verzi integrovaného obvodu.Jeho model vyřešil několik praktických problémů v Kilbyho zařízení.Noyce také použil pro svůj model křemík, zatímco Jack Kilby použil germanium. 

Robert Noyce a Jack Kilby získali americké patenty za svůj příspěvek k integrovaným obvodům.Několik let se potýkali s právními problémy.Nakonec se společnosti Noyce i Kilbyho rozhodly křížově licencovat své vynálezy a uvést je na obrovský globální trh.

Typy integrovaných obvodů

Existují dva typy integrovaných obvodů.Tyto jsou:

1. Analogové integrované obvody

Analogové integrované obvody mají neustále měnitelný výstup v závislosti na signálu, který dostávají.Teoreticky mohou takové IC dosáhnout neomezeného počtu stavů.U tohoto typu IC je výstupní úroveň pohybu lineární funkcí vstupní úrovně signálu.

Lineární integrované obvody mohou fungovat jako vysokofrekvenční (RF) a audiofrekvenční (AF) zesilovače.Operační zesilovač (op-amp) je zařízení, které se zde běžně používá.Kromě toho je teplotní senzor další běžnou aplikací.Lineární integrované obvody mohou zapínat a vypínat různá zařízení, jakmile signál dosáhne určité hodnoty.Tuto technologii najdete v troubách, topidlech a klimatizacích. 

2. Digitální integrované obvody 

Ty se liší od analogových integrovaných obvodů.Nefungují v konstantním rozsahu úrovní signálu.Místo toho fungují na několika přednastavených úrovních.Digitální integrované obvody fungují zásadně pomocí logických hradel.Logická hradla používají binární data.Signály v binárních datech mají pouze dvě úrovně známé jako nízká (logická 0) a vysoká (logická 1).

Digitální integrované obvody se používají v široké řadě aplikací, jako jsou počítače, modemy atd.

Proč jsou integrované obvody oblíbené?

Přestože byly integrované obvody vynalezeny před téměř 30 lety, stále se používají v mnoha aplikacích.Pojďme diskutovat o některých prvcích odpovědných za jejich popularitu: 

1. Škálovatelnost 

Před několika lety dosáhly tržby polovodičového průmyslu neuvěřitelných 350 miliard USD.Intel zde byl největším přispěvatelem.Byli tam i další hráči a většina z nich patřila na digitální trh.Když se podíváte na čísla, uvidíte, že 80 procent tržeb generovaných polovodičovým průmyslem pochází z tohoto trhu.

Velkou roli v tomto úspěchu sehrály integrované obvody.Víte, výzkumníci z polovodičového průmyslu analyzovali integrovaný obvod, jeho aplikace a jeho specifikace a zvětšili jej.

První integrovaný obvod, který byl kdy vynalezen, měl jen několik tranzistorů – konkrétně 5.A nyní jsme viděli 18jádrový Xeon od Intelu s celkem 5,5 miliardami tranzistorů.Kromě toho měl IBM Storage Controller v roce 2015 7,1 miliardy tranzistorů s 480 MB L4 cache.

Tato škálovatelnost hraje velkou roli v převládající popularitě integrovaných obvodů.

2. Náklady

Došlo k několika debatám o ceně IC.V průběhu let se také objevila mylná představa o skutečné ceně IC.Důvodem je, že integrované obvody již nejsou jednoduchým konceptem.Technologie postupuje kupředu obrovskou rychlostí a návrháři čipů musí tomuto tempu držet krok při výpočtu nákladů na integrované obvody.

Před několika lety se kalkulace nákladů na integrovaný obvod spoléhala na křemíkovou matrici.V té době bylo možné odhad nákladů na čip snadno určit podle velikosti matrice.Zatímco křemík je stále primárním prvkem v jejich výpočtech, odborníci musí při výpočtu ceny IC vzít v úvahu i další komponenty.

Dosud odborníci odvodili poměrně jednoduchou rovnici pro určení konečných nákladů na IC:

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

Tato rovnice bere v úvahu všechny nezbytné prvky, které hrají obrovskou roli při výrobě čipu.Kromě toho mohou být zohledněny některé další faktory.Nejdůležitější věcí, kterou je třeba mít na paměti při odhadování nákladů na IC, je to, že cena se může během výrobního procesu z mnoha důvodů lišit.

Také jakákoli technická rozhodnutí přijatá během výrobního procesu mohou mít významný dopad na náklady projektu.

3. Spolehlivost

Výroba integrovaných obvodů je velmi citlivý úkol, protože vyžaduje, aby všechny systémy pracovaly nepřetržitě během milionů cyklů.Vnější elektromagnetická pole, extrémní teploty a další provozní podmínky – to vše hraje důležitou roli v provozu IC.

Většina těchto problémů je však eliminována použitím správně řízeného vysoce zátěžového testování.Neposkytuje žádné nové mechanismy poruch, zvyšuje spolehlivost integrovaných obvodů.Pomocí vyšších napětí můžeme také určit rozložení poruch v relativně krátkém čase.

Všechny tyto aspekty pomáhají zajistit, aby integrovaný obvod mohl správně fungovat.

Dále jsou zde některé funkce pro určení chování integrovaných obvodů:

Teplota

Teplota se může drasticky měnit, takže výroba IC je extrémně obtížná.

Napětí.

Zařízení pracují při jmenovitém napětí, které se může mírně lišit.

Proces

Nejzásadnějšími procesními variacemi používanými pro zařízení jsou prahové napětí a délka kanálu.Variace procesu je klasifikována jako:

• Hodně k hodně
• Oplatka na oplatku
• Zemřít zemřít

Balíčky integrovaných obvodů

Balení obsahuje matrici integrovaného obvodu, takže je pro nás snadné se k němu připojit.Každý vnější spoj na matrici je spojen malým kouskem zlatého drátu s kolíkem na obalu.Kolíky jsou vytlačovací koncovky stříbrné barvy.Procházejí obvodem, aby se spojily s ostatními částmi čipu.Ty jsou velmi důležité, protože procházejí obvodem a připojují se k vodičům a zbytkům součástí v obvodu.

Zde lze použít několik různých typů balíčků.Všechny mají jedinečné typy montáže, jedinečné rozměry a počet kolíků.Pojďme se podívat, jak to funguje.

Počítání pinů

Všechny integrované obvody jsou polarizované a každý pin je odlišný jak z hlediska funkce, tak umístění.To znamená, že balení musí označovat a oddělit všechny kolíky od sebe.Většina integrovaných obvodů používá k zobrazení prvního kolíku buď tečku, nebo zářez.

Jakmile identifikujete umístění prvního kolíku, čísla zbývajících kolíků se postupně zvyšují, jak obcházíte obvod proti směru hodinových ručiček.

Montáž

Montáž je jednou z jedinečných vlastností typu obalu.Všechny balíčky lze kategorizovat podle jedné ze dvou kategorií montáže: povrchová montáž (SMD nebo SMT) nebo průchozí otvor (PTH).Je mnohem snazší pracovat s průchozími balíčky, protože jsou větší.Jsou navrženy tak, aby byly upevněny na jedné straně obvodu a připájeny k druhé.

Balíčky pro povrchovou montáž se dodávají v různých velikostech, od malých až po nepatrné.Jsou upevněny na jedné straně krabice a jsou připájeny k povrchu.Piny tohoto pouzdra jsou buď kolmé k čipu, vytlačené ze strany, nebo jsou někdy zasazeny do matrice na základně čipu.Integrované obvody ve formě povrchové montáže také vyžadují speciální nástroje k sestavení.

Dual In-Line

Dual In-line Package (DIP) je jedním z nejběžnějších balíčků.Jedná se o typ pouzdra IC s průchozím otvorem.Tyto malé čipy obsahují dvě paralelní řady kolíků vyčnívajících vertikálně z černého plastového obdélníkového pouzdra.

Kolíky mají mezi sebou rozteč asi 2,54 mm – standard, který se perfektně hodí na prkénka na krájení a několik dalších prototypových prkének.V závislosti na počtu kolíků se mohou celkové rozměry balíčku DIP lišit od 4 do 64.

Oblast mezi každou řadou kolíků je rozmístěna tak, aby umožnila integrovaným obvodům DIP překrývat středovou oblast prkénka.Tím je zajištěno, že kolíky mají svou vlastní řadu a nezkracují se.

Malý obrys

Balíčky malých integrovaných obvodů nebo SOIC jsou podobné povrchové montáži.Vyrábí se ohnutím všech kolíků na DIP a jeho smrštěním.Tyto balíčky můžete sestavit pevnou rukou a dokonce i zavřeným okem – je to tak snadné!

Čtyřlůžkový byt

Balíčky Quad Flat roztahují kolíky ve všech čtyřech směrech.Celkový počet kolíků na čtyřplochém integrovaném obvodu se může lišit od osmi kolíků na straně (celkem 32) do sedmdesáti kolíků na straně (celkem 300+).Tyto kolíky mají mezi sebou mezeru přibližně 0,4 mm až 1 mm.Menší varianty čtyřnásobného plochého obalu se skládají z nízkoprofilových (LQFP), tenkých (TQFP) a velmi tenkých (VQFP) pouzder.

Míčové mřížkové pole

Ball Grid Arrays nebo BGA jsou nejpokročilejšími IC balíčky.Jedná se o neuvěřitelně komplikované, malé balíčky, kde jsou na bázi integrovaného obvodu ve dvourozměrné mřížce umístěny drobné kuličky pájky.Někdy odborníci připevňují kuličky pájky přímo k matrici!

Balíčky Ball Grid Arrays se často používají pro pokročilé mikroprocesory, jako je Raspberry Pi nebo pcDuino.