Není známo, kdo jako první přišel s myšlenkou vyrobit dva nebo více tranzistorů na jednom polovodičovém čipu. Možná tato myšlenka vznikla hned po zahájení výroby polovodičových prvků. Je známo, že teoretické základy tohoto přístupu byly publikovány na počátku 50. let. Překonání technologických problémů trvalo méně než 10 let a již na počátku 60. let bylo vydáno první zařízení obsahující několik elektronických součástek v jednom balení - mikroobvod (čip). Od té chvíle se lidstvo vydalo na cestu zlepšování, která nemá konce.
Účel mikroobvodů
V integrované verzi se v současné době vyrábí široká škála elektronických součástek s různým stupněm integrace. Z nich, stejně jako z kostek, můžete sbírat různá elektronická zařízení. Obvod rádiového přijímače tak může být realizován různými způsoby. Výchozí možností je použití tranzistorových čipů.Spojením jejich závěrů můžete vytvořit přijímací zařízení. Dalším krokem je použití jednotlivých uzlů v integrovaném designu (každý ve svém těle):
- radiofrekvenční zesilovač;
- heterodyn;
- mixér;
- audio frekvenční zesilovač.
A konečně nejmodernější možností je celý přijímač v jednom čipu, stačí přidat pár externích pasivních prvků. Je zřejmé, že jak se stupeň integrace zvyšuje, konstrukce obvodů se stává jednodušší. I plnohodnotný počítač lze nyní implementovat na jeden čip. Jeho výkon bude stále nižší než u běžných výpočetních zařízení, ale s rozvojem technologií je možné, že tento moment bude překonán.
Typy čipů
V současné době se vyrábí obrovské množství typů mikroobvodů. Prakticky každá kompletní elektronická sestava, standardní nebo specializovaná, je k dispozici v mikro. Není možné vyjmenovat a analyzovat všechny typy v rámci jedné recenze. Obecně však lze mikroobvody podle funkčního účelu rozdělit do tří globálních kategorií.
- Digitální. Práce s diskrétními signály. Digitální úrovně jsou přivedeny na vstup, signály jsou rovněž odebírány z výstupu v digitální podobě. Tato třída zařízení pokrývá oblast od jednoduchých logických prvků až po nejmodernější mikroprocesory. Patří sem také programovatelná logická pole, paměťová zařízení atd.
- Analogový. Pracují se signály, které se mění podle spojitého zákona. Typickým příkladem takového mikroobvodu je audiofrekvenční zesilovač. Do této třídy patří také integrální lineární stabilizátory, generátory signálu, měřicí senzory a mnoho dalšího. Analogová kategorie zahrnuje také sady pasivních prvků (rezistory, RC obvody atd.).
- Analogové na digitální (z digitálního na analogové). Tyto mikroobvody nejen převádějí diskrétní data na spojitá nebo naopak. Původní nebo přijímané signály ve stejném balíčku mohou být zesíleny, převedeny, modulovány, dekódovány a podobně. Analogově-digitální snímače jsou široce používány pro propojení měřicích obvodů různých technologických procesů s výpočetními zařízeními.
Mikročipy se také dělí podle typu výroby:
- polovodič - provádí se na jediném polovodičovém krystalu;
- film - pasivní prvky vznikají na bázi tlustých nebo tenkých filmů;
- hybridní - polovodičová aktivní zařízení „sednou“ k pasivním filmovým prvkům (tranzistory atd.).
Ale pro použití mikroobvodů tato klasifikace ve většině případů neposkytuje zvláštní praktické informace.
Balíčky čipů
Pro ochranu vnitřního obsahu a pro zjednodušení instalace jsou mikroobvody umístěny v pouzdře. Zpočátku se většina čipů vyráběla v kovovém plášti (kulaté nebo obdélníkové) s pružnými přívody umístěnými po obvodu.
Tato konstrukce neumožňovala využít všechny výhody miniaturizace, protože rozměry zařízení byly ve srovnání s velikostí krystalu velmi velké. Míra integrace byla navíc nízká, což problém jen prohloubilo. V polovině 60. let byl vyvinut balíček DIP (duální in-line balíček) je obdélníková konstrukce s pevnými vývody na obou stranách. Problém objemných rozměrů nebyl vyřešen, ale přesto takové řešení umožnilo dosáhnout větší hustoty balení a také zjednodušit automatizovanou montáž elektronických obvodů.Počet kolíků mikroobvodu v pouzdru DIP se pohybuje od 4 do 64, ačkoli balíčky s více než 40 "nohami" jsou stále vzácné.
Důležité! Rozteč kolíků pro domácí mikroobvody DIP je 2,5 mm, pro importované - 2,54 mm (1 řádek = 0,1 palce). Z tohoto důvodu vznikají problémy se vzájemnou výměnou kompletních, zdá se, analogů ruské a dovážené výroby. Drobná odchylka znesnadňuje instalaci zařízení, která mají identickou funkčnost a zapojení do desek a do panelu.
S rozvojem elektronické technologie se ukázaly nevýhody DIP pouzder. U mikroprocesorů počet pinů nestačil a jejich další navýšení si vyžádalo zvětšení rozměrů skříně. takové mikroobvody začaly zabírat příliš mnoho nevyužitého místa na deskách. Druhým problémem, který přinesl konec éry dominance DIP, je rozšířené používání povrchové montáže. Prvky se začaly instalovat ne do otvorů na desce, ale připájet přímo na kontaktní plošky. Tento způsob montáže se ukázal jako velmi racionální, takže byly vyžadovány mikroobvody v balíčcích přizpůsobených pro povrchové pájení. A začal proces vytlačování zařízení pro montáž do „děr“ (opravdová díra) prvky pojmenované jako smd (povrchově namontovaný detail).
První krok k přechodu na povrchovou montáž ocelových SOIC pouzder a jejich modifikací (SOP, HSOP a další). Stejně jako DIP mají nohy ve dvou řadách podél dlouhých stran, ale jsou rovnoběžné se spodní rovinou pouzdra.
Dalším vývojem byl balíček QFP. Toto čtvercové pouzdro má na každé straně svorky.Pouzdro PLLC je mu podobné, ale stále má blíže k DIP, i když nožičky jsou také umístěny po celém obvodu.
DIP čipy si nějakou dobu udržely své pozice v sektoru programovatelných zařízení (ROM, řadiče, PLM), ale rozšíření in-circuit programování vyhnalo dvouřadé true-hole balíčky také z této oblasti. Nyní i ty části, jejichž instalace do otvorů, jak se zdálo, neměly žádnou alternativu, získaly výkon SMD - například integrované stabilizátory napětí atd.
Vývoj skříní mikroprocesorů se ubíral jinou cestou. Protože se počet kolíků nevejde po obvodu žádné z přiměřených čtvercových velikostí, jsou nohy velkého mikroobvodu uspořádány ve formě matice (PGA, LGA atd.).
Výhody použití mikročipů
Nástup mikroobvodů způsobil revoluci ve světě elektroniky (zejména v mikroprocesorové technice). Počítače na lampách zabírajících jednu nebo více místností jsou připomínány jako historická kuriozita. Ale moderní procesor obsahuje asi 20 miliard tranzistorů. Pokud vezmeme plochu jednoho tranzistoru v diskrétní verzi alespoň 0,1 cm2, pak plocha, kterou zabírá procesor jako celek, bude muset být alespoň 200 000 metrů čtverečních - asi 2 000 středně velkých třípokojových byty.
Musíte také poskytnout prostor pro paměť, zvukovou kartu, zvukovou kartu, síťový adaptér a další periferní zařízení. Náklady na montáž takového počtu diskrétních prvků by byly enormní a provozní spolehlivost je nepřijatelně nízká. Odstraňování problémů a oprava by trvala neuvěřitelně dlouho. Je zřejmé, že éra osobních počítačů bez čipů s vysokým stupněm integrace by nikdy nepřišla.Bez moderních technologií by také nevznikla zařízení vyžadující velký výpočetní výkon – od domácností po průmyslová či vědecká
Směr vývoje elektroniky je předurčen na mnoho let dopředu. Jedná se především o zvýšení stupně integrace mikroobvodových prvků, které je spojeno s neustálým vývojem technologií. Vpřed je kvalitativní skok, kdy se možnosti mikroelektroniky dostanou na hranici svých možností, ale to je otázka spíše vzdálené budoucnosti.
Podobné články:
