Produktegenskaper

 Dokumenter og medier

Miljø- og eksportklassifiseringer

 Integrerte kretser

En integrert krets (IC) er en halvlederbrikke som bærer mange små komponenter som kondensatorer, dioder, transistorer og motstander.Disse bittesmå komponentene brukes til å beregne og lagre data ved hjelp av digital eller analog teknologi.Du kan tenke på en IC som en liten brikke som kan brukes som en komplett, pålitelig krets.En integrert krets kan være en teller, oscillator, forsterker, logisk port, timer, dataminne eller til og med mikroprosessor.

En IC regnes som en grunnleggende byggestein i alle dagens elektroniske enheter.Navnet antyder et system med flere sammenkoblede komponenter innebygd i et tynt, silisiumlaget halvledermateriale.

Historie om integrerte kretser

Teknologien bak integrerte kretser ble opprinnelig introdusert i 1950 av Robert Noyce og Jack Kilby i USA.US Air Force var den første forbrukeren av denne nye oppfinnelsen.Jack også Kilby vant Nobelprisen i fysikk i 2000 for sin oppfinnelse av miniatyriserte IC-er.

1,5 år etter introduksjonen av Kilbys design, introduserte Robert Noyce sin egen versjon av den integrerte kretsen.Modellen hans løste flere praktiske problemer i Kilbys enhet.Noyce brukte også silisium til modellen sin, mens Jack Kilby brukte germanium.

Robert Noyce og Jack Kilby fikk begge amerikanske patenter for sitt bidrag til integrerte kretser.De slet med juridiske spørsmål i flere år.Til slutt bestemte både Noyce og Kilbys selskaper seg for å krysslisensiere oppfinnelsene sine og introdusere dem til et enormt globalt marked.

Typer av integrerte kretser

Det finnes to typer integrerte kretser.Disse er:

1. Analoge IC-er

Analoge IC-er har en konstant utskiftbar utgang, avhengig av signalet de får.I teorien kan slike IC-er oppnå et ubegrenset antall tilstander.I denne typen IC er utgangsnivået til bevegelsen en lineær funksjon av inngangsnivået til signalet.

Lineære IC-er kan fungere som radiofrekvens (RF) og lydfrekvens (AF) forsterkere.Operasjonsforsterkeren (op-amp) er enheten som normalt brukes her.I tillegg er en temperatursensor en annen vanlig applikasjon.Lineære IC-er kan slå forskjellige enheter på og av når signalet når en viss verdi.Du kan finne denne teknologien i ovner, varmeovner og klimaanlegg.

2. Digitale ICer

 Disse er forskjellige fra analoge IC-er.De fungerer ikke over et konstant område av signalnivåer.I stedet opererer de på noen få forhåndsinnstilte nivåer.Digitale ICer fungerer grunnleggende ved hjelp av logiske porter.De logiske portene bruker binære data.Signaler i binære data har bare to nivåer kjent som lav (logisk 0) og høy (logisk 1).

Digitale IC-er brukes i et bredt spekter av applikasjoner som datamaskiner, modemer, etc.

Hvorfor er integrerte kretser populære?

Til tross for at de ble oppfunnet for nesten 30 år siden, brukes integrerte kretser fortsatt i en rekke applikasjoner.La oss diskutere noen av elementene som er ansvarlige for deres popularitet:

1.Skalerbarhet

For noen år siden nådde halvlederindustriens inntekter opp til utrolige 350 milliarder USD.Intel var den største bidragsyteren her.Det var andre aktører også, og de fleste av disse tilhørte det digitale markedet.Hvis du ser på tallene, vil du se at 80 prosent av salget generert av halvlederindustrien kom fra dette markedet.

Integrerte kretser har spilt en stor rolle i denne suksessen.Du skjønner, halvlederindustriens forskere analyserte den integrerte kretsen, dens applikasjoner og dens spesifikasjoner og skalerte den opp.

Den første IC noensinne oppfunnet hadde bare noen få transistorer - 5 for å være spesifikk.Og nå har vi sett Intels 18-kjerners Xeon med totalt 5,5 milliarder transistorer.Videre hadde IBMs Storage Controller 7,1 milliarder transistorer med 480 MB L4-cache i 2015.

Denne skalerbarheten har spilt en stor rolle i den rådende populariteten til integrerte kretser.

2. Kostnad

Det har vært flere debatter om kostnadene for en IC.Gjennom årene har det også vært en misforståelse om den faktiske prisen på en IC.Årsaken bak dette er at IC-er ikke er et enkelt konsept lenger.Teknologien går fremover med en enorm hastighet, og brikkedesignere må følge med i dette tempoet når de beregner kostnadene for IC.

For noen år siden ble kostnadsberegningen for en IC brukt til å stole på silisiumformen.På den tiden kunne estimering av en brikkekostnad lett bestemmes av formstørrelsen.Mens silisium fortsatt er et hovedelement i deres beregninger, må eksperter også vurdere andre komponenter når de beregner IC-kostnaden.

Så langt har eksperter utledet en ganske enkel ligning for å bestemme den endelige kostnaden for en IC:

Endelig IC-kostnad = Pakkekostnad + Testkostnad + Die Cost + Fraktkostnad

Denne ligningen vurderer alle de nødvendige elementene som spiller en stor rolle i produksjonen av brikken.I tillegg til det kan det være noen andre faktorer som kan vurderes.Det viktigste å huske på når du estimerer IC-kostnader, er at prisen kan variere under produksjonsprosessen av flere årsaker.

Dessuten kan eventuelle tekniske avgjørelser tatt under produksjonsprosessen ha en betydelig innvirkning på kostnadene for prosjektet.

3. Pålitelighet

Produksjonen av integrerte kretser er en svært sensitiv oppgave da den krever at alle systemene jobber kontinuerlig gjennom millioner av sykluser.Eksterne elektromagnetiske felt, ekstreme temperaturer og andre driftsforhold spiller alle en viktig rolle i IC-drift.

Imidlertid elimineres de fleste av disse problemene ved bruk av korrekt kontrollert høystresstesting.Det gir ingen nye feilmekanismer, noe som øker påliteligheten til de integrerte kretsene.Vi kan også bestemme bruddfordelingen på relativt kort tid ved bruk av høyere spenninger.

Alle disse aspektene er med på å sikre at en integrert krets er i stand til å fungere skikkelig.

Videre er her noen funksjoner for å bestemme oppførselen til integrerte kretser:

Temperatur

Temperaturen kan variere drastisk, noe som gjør produksjonen av IC ekstremt vanskelig.

Spenning.

Enheter fungerer med en nominell spenning som kan variere noe.

Prosess

De mest vitale prosessvariasjonene som brukes for enheter er terskelspenning og kanallengde.Prosessvariasjon er klassifisert som:

• Mye til mye
• Wafer til oblat
• Dø for å dø

Integrerte kretspakker

Pakken pakker sammen formen til en integrert krets, noe som gjør det enkelt for oss å koble til den.Hver ekstern tilkobling på dysen er koblet med et lite stykke gulltråd til en pinne på pakken.Pinner er ekstruderende terminaler som er sølvfarget.De passerer gjennom kretsen for å koble til andre deler av brikken.Disse er svært viktige siden de går rundt kretsen og kobles til ledningene og resten av komponentene i en krets.

Det er flere forskjellige typer pakker som kan brukes her.Alle har unike monteringstyper, unike dimensjoner og antall pinner.La oss ta en titt på hvordan dette fungerer.

Pinnetelling

Alle integrerte kretser er polariserte, og hver pinne er forskjellig når det gjelder både funksjon og plassering.Dette betyr at pakken må indikere og skille alle pinnene fra hverandre.De fleste IC-er bruker enten en prikk eller et hakk for å vise den første pinnen.

Når du har identifisert plasseringen av den første pinnen, øker resten av pin-numrene i en sekvens mens du går mot klokken rundt kretsen.

Montering

Montering er en av de unike egenskapene til en pakketype.Alle pakker kan kategoriseres i henhold til en av to monteringskategorier: overflatemontering (SMD eller SMT) eller gjennomgående hull (PTH).Det er mye lettere å jobbe med gjennomhullspakker siden de er større.De er designet for å festes på den ene siden av en krets og loddes til en annen.

Overflatemonterte pakker kommer i forskjellige størrelser, fra små til små.De er festet på den ene siden av boksen og er loddet til overflaten.Pinnene til denne pakken er enten vinkelrett på brikken, presset ut på siden, eller noen ganger satt i en matrise på bunnen av brikken.Integrerte kretser i form av en overflatemontering krever også spesialverktøy for å settes sammen.

Dobbel in-line

Dual In-line Package (DIP) er en av de vanligste pakkene.Dette er en type gjennomgående IC-pakke.Disse små brikkene inneholder to parallelle rader med pinner som strekker seg vertikalt ut av et svart, rektangulært plasthus.

Pinnene har en avstand på ca. 2,54 mm mellom dem – en standard perfekt for å passe inn i breadboards og noen få andre prototyping boards.Avhengig av antall pinner, kan DIP-pakkens totale dimensjoner variere fra 4 til 64.

Området mellom hver rad med pinner er plassert i avstand for å gjøre det mulig for DIP IC-er å overlappe midtregionen til en breadboard.Dette sørger for at pinnene har sin egen rad og ikke kortsluttes.

Small-Outline

Small-outline integrerte kretspakker eller SOIC ligner på en overflatemontering.Den er laget ved å bøye alle pinnene på en DIP og krympe den ned.Du kan sette sammen disse pakkene med en stødig hånd og til og med et lukket øye – så enkelt er det!

Quad Flat

Quad Flat-pakker sprer pinner i alle fire retninger.Det totale antallet pinner i en quad flat IC kan variere alt fra åtte pinner på en side (32 totalt) til sytti pinner på en side (300+ totalt).Disse pinnene har et mellomrom på rundt 0,4 mm til 1 mm mellom dem.Mindre varianter av quad flat-pakken består av lavprofil (LQFP), tynne (TQFP) og svært tynne (VQFP) pakker.

Ball Grid Arrays

Ball Grid Arrays eller BGA er de mest avanserte IC-pakkene som finnes.Dette er utrolig kompliserte, små pakker der små loddekuler er satt opp i et todimensjonalt rutenett på bunnen av den integrerte kretsen.Noen ganger fester ekspertene loddekulene direkte til terningen!

Ball Grid Arrays-pakker brukes ofte for avanserte mikroprosessorer, som Raspberry Pi eller pcDuino.