Не е известно кой пръв дойде с идеята да направи два или повече транзистора на един полупроводников чип. Може би тази идея възникна веднага след началото на производството на полупроводникови елементи. Известно е, че теоретичните основи на този подход са публикувани в началото на 50-те години. Отне по-малко от 10 години за преодоляване на технологичните проблеми и още в началото на 60-те години беше пуснато първото устройство, съдържащо няколко електронни компонента в един пакет - микросхема (чип). От този момент човечеството тръгва по пътя на усъвършенстването, на който не се вижда край.
Съдържание
Предназначение на микросхемите
В интегрираната версия в момента се изпълняват голямо разнообразие от електронни компоненти с различна степен на интеграция. От тях, като от кубчета, можете да събирате различни електронни устройства. По този начин схемата на радиоприемника може да бъде реализирана по различни начини. Първоначалният вариант е да се използват транзисторни чипове.Като свържете техните заключения, можете да направите приемно устройство. Следващата стъпка е използването на отделни възли в интегриран дизайн (всеки в собственото си тяло):
- радиочестотен усилвател;
- хетеродин;
- миксер;
- аудиочестотен усилвател.
И накрая, най-модерният вариант е целият приемник в един чип, просто трябва да добавите няколко външни пасивни елемента. Очевидно, с увеличаване на степента на интеграция, изграждането на схеми става по-просто. Дори един пълноценен компютър вече може да бъде реализиран на един чип. Производителността му все още ще бъде по-ниска от тази на конвенционалните изчислителни устройства, но с развитието на технологиите е възможно този момент да бъде преодолян.
Видове чипове
В момента се произвеждат огромен брой видове микросхеми. Практически всеки пълен електронен монтаж, стандартен или специализиран, се предлага в микро. Не е възможно да се изброят и анализират всички видове в рамките на един преглед. Но като цяло, според функционалното предназначение, микросхемите могат да бъдат разделени на три глобални категории.
- Дигитален. Работете с дискретни сигнали. Към входа се прилагат цифрови нива, сигналите се взимат и от изхода в цифров вид. Този клас устройства обхваща областта от прости логически елементи до най-модерните микропроцесори. Това включва също програмируеми логически масиви, устройства с памет и др.
- Аналогов. Те работят със сигнали, които се променят по непрекъснат закон. Типичен пример за такава микросхема е аудиочестотен усилвател. Този клас включва също интегрални линейни стабилизатори, генератори на сигнали, измервателни сензори и много други. Аналоговата категория включва и набори от пасивни елементи (резистори, RC вериги и др.).
- Аналогово-цифрово (цифрово към аналогово). Тези микросхеми не само преобразуват дискретни данни в непрекъснати или обратно. Оригиналните или получени сигнали в същия пакет могат да бъдат усилени, преобразувани, модулирани, декодирани и други подобни. Аналогово-цифровите сензори се използват широко за свързване на измервателни вериги на различни технологични процеси с изчислителни устройства.
Микрочиповете също са разделени по вид производство:
- полупроводник - изпълнява се върху единичен полупроводников кристал;
- филм - пасивните елементи се създават на базата на дебели или тънки филми;
- хибридни - полупроводникови активни устройства "седят" към пасивните филмови елементи (транзистори и др.).
Но за използването на микросхеми тази класификация в повечето случаи не предоставя специална практическа информация.
Опаковки с чипове
За защита на вътрешното съдържание и за улесняване на монтажа, микросхемите са поставени в кутия. Първоначално повечето от чиповете са произведени в метална обвивка (кръгли или правоъгълни) с гъвкави проводници, разположени около периметъра.
Този дизайн не позволи да се използват всички предимства на миниатюризацията, тъй като размерите на устройството бяха много големи в сравнение с размера на кристала. Освен това степента на интеграция беше ниска, което само изостря проблема. В средата на 60-те години беше разработен пакетът DIP (двоен инлайн пакет) е правоъгълна конструкция с твърди проводници от двете страни. Проблемът с обемните размери не беше решен, но въпреки това такова решение направи възможно постигането на по-голяма плътност на опаковката, както и опростяването на автоматизираното сглобяване на електронни схеми.Броят на изводите на микросхемата в DIP пакет варира от 4 до 64, въпреки че пакетите с повече от 40 "крака" все още са рядкост.
Важно! Стъпката на щифта за домашни DIP микросхеми е 2,5 мм, за вносни - 2,54 мм (1 линия = 0,1 инча). Поради това възникват проблеми с взаимната подмяна на пълните, изглежда, аналози на руско и вносно производство. Леко несъответствие затруднява инсталирането на устройства, които са идентични по функционалност и изводи в платките и в панела.
С развитието на електронните технологии станаха очевидни недостатъците на DIP пакетите. За микропроцесорите броят на щифтовете не беше достатъчен и тяхното по-нататъшно увеличаване изискваше увеличаване на размерите на корпуса. такива микросхеми започнаха да заемат твърде много неизползвано място на платките. Вторият проблем, който сложи край на ерата на доминиране на DIP, е широкото използване на повърхностен монтаж. Елементите започнаха да се монтират не в дупките на платката, а да се запояват директно към контактните подложки. Този метод на монтаж се оказа много рационален, така че бяха необходими микросхеми в пакети, пригодени за повърхностно запояване. И процесът на изтласкване на устройства за монтаж на „дупка“ започна (истинска дупка) елементи, наречени като smd (детайл за повърхностен монтаж).
Първата стъпка към прехода към повърхностен монтаж стоманени SOIC пакети и техните модификации (SOP, HSOP и др). Те, подобно на DIP, имат крака в два реда по дългите страни, но са успоредни на долната равнина на корпуса.
По-нататъшно развитие беше пакетът QFP. Този корпус с квадратна форма има клеми от всяка страна.Корпусът на PLLC е подобен на него, но все пак е по-близо до DIP, въпреки че краката също са разположени по целия периметър.
Известно време DIP чиповете задържаха позициите си в сектора на програмируемите устройства (ROM, контролери, PLM), но разпространението на програмирането в веригата изтласка и двуредовите пакети с истински дупки от тази област. Сега дори тези части, чието инсталиране в дупки изглежда нямаше алтернатива, получиха SMD-изпълнение - например интегрирани стабилизатори на напрежението и т.н.
Развитието на микропроцесорните корпуси пое по различен път. Тъй като броят на щифтовете не се побира около периметъра на нито един от разумните квадратни размери, краката на голяма микросхема са подредени под формата на матрица (PGA, LGA и др.).
Предимства от използването на микрочипове
Появата на микросхемите революционизира света на електрониката (особено в микропроцесорната техника). Компютрите на лампи, заемащи една или повече стаи, се запомнят като историческо любопитство. Но съвременният процесор съдържа около 20 милиарда транзистора. Ако вземем площта на един транзистор в дискретна версия от най-малко 0,1 кв. см, тогава площта, заета от процесора като цяло, ще трябва да бъде най-малко 200 000 квадратни метра - около 2 000 средни тристайни апартаменти.
Също така трябва да осигурите място за паметта, звуковата карта, аудио картата, мрежовия адаптер и други периферни устройства. Цената на монтирането на такъв брой дискретни елементи би била огромна, а надеждността на работа е неприемливо ниска. Отстраняването на неизправности и ремонтът ще отнеме невероятно много време. Очевидно е, че ерата на персоналните компютри без чипове с висока степен на интеграция никога нямаше да дойде.Освен това без съвременни технологии не биха били създадени устройства, които изискват голяма изчислителна мощност - от домакински до промишлени или научни
Посоката на развитие на електрониката е предопределена за много години напред. Това е на първо място повишаване на степента на интеграция на елементите на микросхемата, което е свързано с непрекъснатото развитие на технологиите. Предстои качествен скок, когато възможностите на микроелектрониката ще стигнат до предела, но това е въпрос на доста далечно бъдеще.
Подобни статии:
