Termékjellemzők

Dokumentumok és média

Környezetvédelmi és export osztályozások

Integrált áramkörök

Az integrált áramkör (IC) egy félvezető chip, amely sok apró alkatrészt hordoz, például kondenzátorokat, diódákat, tranzisztorokat és ellenállásokat.Ezeket az apró alkatrészeket az adatok kiszámítására és tárolására használják digitális vagy analóg technológia segítségével.Az IC-t egy kis chipnek tekintheti, amely teljes, megbízható áramkörként használható.Az integrált áramkörök lehet számláló, oszcillátor, erősítő, logikai kapu, időzítő, számítógép memória vagy akár mikroprocesszor.

Az IC az összes mai elektronikus eszköz alapvető építőelemének számít.A neve egy vékony, szilíciumból készült félvezető anyagba ágyazott több egymással összekapcsolt komponens rendszerére utal.

Az integrált áramkörök története 

Az integrált áramkörök mögött meghúzódó technológiát eredetileg 1950-ben Robert Noyce és Jack Kilby vezette be az Egyesült Államokban.Az amerikai légierő volt az első fogyasztója ennek az új találmánynak.Jack Kilby is elnyerte a fizikai Nobel-díjat 2000-ben a miniatűr IC-k feltalálásáért.

1,5 évvel a Kilby tervezésének bevezetése után Robert Noyce bemutatta az integrált áramkör saját verzióját.Modellje számos gyakorlati kérdést megoldott Kilby készülékében.Noyce szilíciumot is használt modelljéhez, míg Jack Kilby germániumot. 

Robert Noyce és Jack Kilby is amerikai szabadalmat kapott az integrált áramkörökhöz való hozzájárulásukért.Több éven át jogi problémákkal küszködtek.Végül Noyce és Kilby cégei is úgy döntöttek, hogy keresztlicenszelik találmányaikat, és bevezetik őket egy hatalmas globális piacra.

Integrált áramkörök típusai

Kétféle integrált áramkör létezik.Ezek:

1. Analóg IC-k

Az analóg IC-k folyamatosan változtatható kimenettel rendelkeznek, attól függően, hogy milyen jelet kapnak.Elméletileg az ilyen IC-k korlátlan számú állapotot érhetnek el.Az ilyen típusú IC-ben a mozgás kimeneti szintje a jel bemeneti szintjének lineáris függvénye.

A lineáris IC-k rádiófrekvenciás (RF) és audiofrekvenciás (AF) erősítőkként működhetnek.A műveleti erősítő (op-amp) az itt általában használt eszköz.Ezenkívül a hőmérséklet-érzékelő egy másik gyakori alkalmazás.A lineáris IC-k különféle eszközöket be- és kikapcsolhatnak, ha a jel elér egy bizonyos értéket.Ezt a technológiát sütőkben, fűtőtestekben és légkondicionálókban találhatja meg. 

2. Digitális IC-k 

Ezek különböznek az analóg IC-ktől.Nem működnek állandó jelszint-tartományban.Ehelyett néhány előre beállított szinten működnek.A digitális IC-k alapvetően logikai kapuk segítségével működnek.A logikai kapuk bináris adatokat használnak.A bináris adatokban lévő jeleknek csak két szintje van: alacsony (logikai 0) és magas (logikai 1).

A digitális IC-ket számos alkalmazásban használják, például számítógépekben, modemekben stb.

Miért népszerűek az integrált áramkörök?

Annak ellenére, hogy közel 30 évvel ezelőtt találták fel, az integrált áramköröket még mindig számos alkalmazásban használják.Nézzünk meg néhány elemet, amelyek a népszerűségükért felelősek: 

1.Skálázhatóság 

Néhány évvel ezelőtt a félvezetőipar bevétele elérte a hihetetlenül 350 milliárd USD-t.Az Intel volt itt a legnagyobb közreműködő.Más szereplők is voltak, és ezek többsége a digitális piachoz tartozott.Ha megnézi a számokat, látni fogja, hogy a félvezetőipar árbevételének 80 százaléka erről a piacról származott.

Ebben a sikerben nagy szerepet játszottak az integrált áramkörök.A félvezetőipar kutatói elemezték az integrált áramkört, annak alkalmazásait és specifikációit, és felnagyították.

A valaha feltalált első IC-nek csak néhány tranzisztorja volt – konkrétan 5.És most láthattuk az Intel 18 magos Xeonját, összesen 5,5 milliárd tranzisztorral.Ezenkívül az IBM Storage Controller 7,1 milliárd tranzisztorral rendelkezett 480 MB L4 gyorsítótárral 2015-ben.

Ez a méretezhetőség nagy szerepet játszott az integrált áramkörök népszerűségében.

2. Költség

Több vita is volt az IC költségéről.Az évek során tévhit alakult ki az IC tényleges áráról is.Ennek az az oka, hogy az IC-k már nem egy egyszerű fogalom.A technológia rendkívül gyors ütemben halad előre, és a chiptervezőknek lépést kell tartaniuk ezzel a tempóval az IC költségének kiszámításakor.

Néhány évvel ezelőtt az IC költségszámítása a szilícium szerszámra támaszkodott.Abban az időben a chip költségének becslése könnyen meghatározható volt a szerszám méretével.Bár a szilícium továbbra is elsődleges elem a számításaik során, a szakértőknek más összetevőket is figyelembe kell venniük az IC költségének kiszámításakor.

Eddig a szakértők egy meglehetősen egyszerű egyenletet vezettek le az IC végső költségének meghatározására:

Végső IC-költség = Csomagköltség + Tesztköltség + A szerszámköltség + Szállítási költség

Ez az egyenlet figyelembe veszi az összes szükséges elemet, amelyek óriási szerepet játszanak a chip gyártásában.Ezen kívül még néhány egyéb tényező is figyelembe vehető.A legfontosabb dolog, amit szem előtt kell tartani az IC költségek becslésénél, hogy az ár a gyártási folyamat során több okból is változhat.

Ezenkívül a gyártási folyamat során hozott bármely műszaki döntés jelentős hatással lehet a projekt költségeire.

3. Megbízhatóság

Az integrált áramkörök gyártása nagyon kényes feladat, mivel minden rendszernek folyamatosan kell működnie több millió cikluson keresztül.A külső elektromágneses mezők, a szélsőséges hőmérsékletek és egyéb működési feltételek mind fontos szerepet játszanak az IC működésében.

Ezeknek a problémáknak a többsége azonban kiküszöbölhető a megfelelően ellenőrzött nagy igénybevételt jelentő tesztek használatával.Nem biztosít új hibamechanizmusokat, növelve az integrált áramkörök megbízhatóságát.A meghibásodási eloszlást viszonylag rövid idő alatt is meghatározhatjuk nagyobb igénybevételek alkalmazásával.

Mindezek a szempontok segítenek abban, hogy az integrált áramkör megfelelően működjön.

Ezenkívül itt van néhány jellemző az integrált áramkörök viselkedésének meghatározásához:

Hőfok

A hőmérséklet drasztikusan változhat, ami rendkívül megnehezíti az IC előállítását.

Feszültség.

Az eszközök névleges feszültséggel működnek, amely kis mértékben változhat.

Folyamat

Az eszközöknél használt legfontosabb folyamatváltozatok a küszöbfeszültség és a csatornahossz.A folyamatváltoztatás a következőképpen osztályozható:

• Sok a sok
• Ostya ostya
• Halni meghalni

Integrált áramköri csomagok

A csomag egy integrált áramkör matricáját burkolja, így könnyen csatlakozhatunk hozzá.A szerszámon lévő minden külső csatlakozás egy apró aranyhuzallal van összekötve a csomagoláson lévő tűvel.A csapok ezüst színű extrudáló érintkezők.Áthaladnak az áramkörön, hogy csatlakozzanak a chip többi részéhez.Ezek rendkívül fontosak, mivel körbejárják az áramkört, és csatlakoznak a vezetékekhez és az áramkör többi alkatrészéhez.

Számos különböző típusú csomag használható itt.Mindegyik egyedi rögzítési típussal, egyedi méretekkel és tűszámmal rendelkezik.Nézzük meg, hogyan működik ez.

Pin számlálás

Minden integrált áramkör polarizált, és minden érintkező különböző mind funkcióját, mind elhelyezkedését tekintve.Ez azt jelenti, hogy a csomagoláson fel kell tüntetni és el kell választani egymástól az összes tűt.A legtöbb IC egy pontot vagy egy bevágást használ az első tű megjelenítéséhez.

Miután azonosította az első érintkező helyét, a többi érintkező szám sorban növekszik, ahogy az óramutató járásával ellentétes irányba halad az áramkör körül.

Beépítési

A szerelés a csomagtípusok egyik egyedi jellemzője.Minden csomag két szerelési kategória szerint osztályozható: felületre szerelhető (SMD vagy SMT) vagy átmenő furat (PTH).Sokkal könnyebb dolgozni a Through-hole csomagokkal, mivel azok nagyobbak.Úgy tervezték, hogy az áramkör egyik oldalára rögzítsék, és a másikhoz forrasszanak.

A felületre szerelhető csomagok különböző méretűek, a kicsitől a kicsiig.A doboz egyik oldalára vannak rögzítve, és a felülethez vannak forrasztva.Ennek a csomagnak a tűi vagy merőlegesek a chipre, vagy ki vannak nyomva az oldalán, vagy néha mátrixba vannak beállítva a chip alján.A felületre szerelhető integrált áramkörök összeszereléséhez speciális szerszámok is szükségesek.

Dual In-Line

A Dual In-line Package (DIP) az egyik leggyakoribb csomag.Ez egyfajta átmenő lyukú IC-csomag.Ezek a kis forgácsok két párhuzamos csapsort tartalmaznak, amelyek függőlegesen nyúlnak ki egy fekete, műanyag, téglalap alakú házból.

A csapok között körülbelül 2,54 mm távolság van – szabvány, amely tökéletesen illeszkedik kenyérsütődeszkákba és néhány más prototípus táblába.A tűk számától függően a DIP-csomag teljes mérete 4 és 64 között változhat.

Az egyes érintkezősorok közötti terület olyan távolságra van elhelyezve, hogy a DIP IC-k átfedjék a kenyérsütőtábla középső régióját.Ez biztosítja, hogy a csapoknak saját soruk legyen, és ne zárjanak rövidre.

Kis-Körvonal

A kis körvonalú integrált áramköri csomagok vagy SOIC hasonlóak a felületre szerelhetőekhez.Úgy áll össze, hogy a DIP összes csapját meghajlítják és összezsugorítják.Ezeket a csomagokat biztos kézzel és akár csukott szemmel is összeállíthatja – ilyen egyszerű!

Quad lakás

A Quad Flat csomagok mind a négy irányba kifeszítik a csapokat.A négy lapos IC érintkezőinek teljes száma az oldalsó nyolc lábtól (összesen 32) az oldalsó hetven lábig (összesen 300+) változhat.Ezek között a csapok között körülbelül 0,4 mm és 1 mm közötti távolság van.A quad flat csomag kisebb változatai alacsony profilú (LQFP), vékony (TQFP) és nagyon vékony (VQFP) csomagokból állnak.

Ball Grid Arrays

A Ball Grid Arrays vagy a BGA a legfejlettebb IC-csomagok.Ezek hihetetlenül bonyolult, kis csomagok, ahol apró forrasztógolyók vannak felállítva egy kétdimenziós rácsban az integrált áramkör alján.Néha a szakértők közvetlenül a szerszámhoz rögzítik a forrasztógolyókat!

A Ball Grid Arrays csomagokat gyakran használják fejlett mikroprocesszorokhoz, mint például a Raspberry Pi vagy a pcDuino.