Χαρακτηριστικά Προϊόντος

Έγγραφα & Μέσα

Περιβαλλοντικές & Εξαγωγικές Ταξινομήσεις

Ολοκληρωμένα κυκλώματα

Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC) είναι ένα τσιπ ημιαγωγών που φέρει πολλά μικροσκοπικά εξαρτήματα όπως πυκνωτές, δίοδοι, τρανζίστορ και αντιστάσεις.Αυτά τα μικροσκοπικά εξαρτήματα χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό και την αποθήκευση δεδομένων με τη βοήθεια ψηφιακής ή αναλογικής τεχνολογίας.Μπορείτε να σκεφτείτε ένα IC ως ένα μικρό τσιπ που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πλήρες, αξιόπιστο κύκλωμα.Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα θα μπορούσε να είναι ένας μετρητής, ένας ταλαντωτής, ένας ενισχυτής, μια λογική πύλη, ένας χρονοδιακόπτης, μια μνήμη υπολογιστή ή ακόμα και ένας μικροεπεξεργαστής.

Ένα IC θεωρείται θεμελιώδες δομικό στοιχείο όλων των σημερινών ηλεκτρονικών συσκευών.Το όνομά του υποδηλώνει ένα σύστημα πολλαπλών αλληλένδετων εξαρτημάτων ενσωματωμένα σε ένα λεπτό ημιαγωγό υλικό από πυρίτιο.

Ιστορία Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων 

Η τεχνολογία πίσω από τα ολοκληρωμένα κυκλώματα εισήχθη αρχικά το 1950 από τους Robert Noyce και Jack Kilby στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής.Η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ ήταν ο πρώτος καταναλωτής αυτής της νέας εφεύρεσης.Ο Τζακ επίσης ο Κίλμπι κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2000 για την εφεύρεσή του σε μικρογραφία IC.

1,5 χρόνο μετά την εισαγωγή του σχεδιασμού του Kilby, ο Robert Noyce παρουσίασε τη δική του εκδοχή του ολοκληρωμένου κυκλώματος.Το μοντέλο του έλυσε αρκετά πρακτικά ζητήματα στη συσκευή του Kilby.Ο Noyce χρησιμοποίησε επίσης πυρίτιο για το μοντέλο του, ενώ ο Jack Kilby χρησιμοποίησε γερμάνιο. 

Ο Ρόμπερτ Νόις και ο Τζακ Κίλμπι πήραν και οι δύο πατέντες των ΗΠΑ για τη συμβολή τους στα ολοκληρωμένα κυκλώματα.Πάλεψαν με νομικά ζητήματα για αρκετά χρόνια.Τελικά, τόσο οι εταιρείες Noyce όσο και οι εταιρείες Kilby αποφάσισαν να αδειοδοτήσουν τις εφευρέσεις τους και να τις εισαγάγουν σε μια τεράστια παγκόσμια αγορά.

Τύποι Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

Υπάρχουν δύο τύποι ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.Αυτά είναι:

1. Αναλογικά IC

Τα αναλογικά IC έχουν σταθερά μεταβαλλόμενη έξοδο, ανάλογα με το σήμα που λαμβάνουν.Θεωρητικά, τέτοια IC μπορούν να επιτύχουν απεριόριστο αριθμό καταστάσεων.Σε αυτόν τον τύπο IC, το επίπεδο εξόδου της κίνησης είναι μια γραμμική συνάρτηση του επιπέδου εισόδου του σήματος.

Τα γραμμικά IC μπορούν να λειτουργήσουν ως ενισχυτές ραδιοσυχνοτήτων (RF) και ακουστικής συχνότητας (AF).Ο λειτουργικός ενισχυτής (op-amp) είναι η συσκευή που χρησιμοποιείται συνήθως εδώ.Επιπλέον, ένας αισθητήρας θερμοκρασίας είναι μια άλλη κοινή εφαρμογή.Τα γραμμικά IC μπορούν να ενεργοποιήσουν και να απενεργοποιήσουν διάφορες συσκευές μόλις το σήμα φτάσει σε μια συγκεκριμένη τιμή.Μπορείτε να βρείτε αυτήν την τεχνολογία σε φούρνους, θερμάστρες και κλιματιστικά. 

2. Ψηφιακά IC 

Αυτά είναι διαφορετικά από τα αναλογικά IC.Δεν λειτουργούν σε σταθερό εύρος επιπέδων σήματος.Αντίθετα, λειτουργούν σε μερικά προκαθορισμένα επίπεδα.Τα ψηφιακά IC λειτουργούν βασικά με τη βοήθεια λογικών πυλών.Οι λογικές πύλες χρησιμοποιούν δυαδικά δεδομένα.Τα σήματα σε δυαδικά δεδομένα έχουν μόνο δύο επίπεδα γνωστά ως χαμηλό (λογικό 0) και υψηλό (λογικό 1).

Τα ψηφιακά IC χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών όπως υπολογιστές, μόντεμ κ.λπ.

Γιατί είναι δημοφιλή τα ολοκληρωμένα κυκλώματα;

Παρά το γεγονός ότι εφευρέθηκαν πριν από σχεδόν 30 χρόνια, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές.Ας συζητήσουμε μερικά από τα στοιχεία που ευθύνονται για τη δημοτικότητά τους: 

1.Επεκτασιμότητα 

Πριν από μερικά χρόνια, τα έσοδα της βιομηχανίας ημιαγωγών έφτασαν τα απίστευτα 350 δισεκατομμύρια δολάρια.Η Intel ήταν ο μεγαλύτερος συνεισφέρων εδώ.Υπήρχαν και άλλοι παίκτες, και οι περισσότεροι από αυτούς ανήκαν στην ψηφιακή αγορά.Αν κοιτάξετε τους αριθμούς, θα δείτε ότι το 80 τοις εκατό των πωλήσεων που παράγονται από τη βιομηχανία ημιαγωγών ήταν από αυτήν την αγορά.

Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα έπαιξαν μεγάλο ρόλο σε αυτή την επιτυχία.Βλέπετε, οι ερευνητές της βιομηχανίας ημιαγωγών ανέλυσαν το ολοκληρωμένο κύκλωμα, τις εφαρμογές και τις προδιαγραφές του και το κλιμάκωσαν.

Το πρώτο IC που εφευρέθηκε ποτέ είχε μόνο μερικά τρανζίστορ – 5 για να είμαι πιο συγκεκριμένος.Και τώρα είδαμε το Xeon 18 πυρήνων της Intel με συνολικά 5,5 δισεκατομμύρια τρανζίστορ.Επιπλέον, το Storage Controller της IBM διέθετε 7,1 δισεκατομμύρια τρανζίστορ με 480 MB προσωρινή μνήμη L4 το 2015.

Αυτή η επεκτασιμότητα έχει παίξει μεγάλο ρόλο στην επικρατούσα δημοτικότητα των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων.

2. Κόστος

Έχουν γίνει αρκετές συζητήσεις σχετικά με το κόστος ενός IC.Με τα χρόνια, υπήρξε μια εσφαλμένη αντίληψη σχετικά με την πραγματική τιμή ενός IC επίσης.Ο λόγος πίσω από αυτό είναι ότι τα IC δεν είναι πλέον μια απλή έννοια.Η τεχνολογία προχωρά με εξαιρετικά γρήγορη ταχύτητα και οι σχεδιαστές τσιπ πρέπει να συμβαδίζουν με αυτόν τον ρυθμό κατά τον υπολογισμό του κόστους του IC.

Πριν από μερικά χρόνια, ο υπολογισμός του κόστους για ένα IC βασιζόταν στη μήτρα πυριτίου.Εκείνη την εποχή, η εκτίμηση του κόστους του τσιπ μπορούσε εύκολα να καθοριστεί από το μέγεθος της μήτρας.Ενώ το πυρίτιο εξακολουθεί να είναι πρωταρχικό στοιχείο στους υπολογισμούς τους, οι ειδικοί πρέπει να λαμβάνουν υπόψη και άλλα στοιχεία κατά τον υπολογισμό του κόστους IC.

Μέχρι στιγμής, οι ειδικοί έχουν συμπεράνει μια αρκετά απλή εξίσωση για τον προσδιορισμό του τελικού κόστους ενός IC:

Τελικό κόστος IC = Κόστος πακέτου + Κόστος δοκιμής + Κόστος κοστού + Κόστος αποστολής

Αυτή η εξίσωση λαμβάνει υπόψη όλα τα απαραίτητα στοιχεία που παίζουν τεράστιο ρόλο στην κατασκευή του τσιπ.Εκτός από αυτό, μπορεί να υπάρχουν ορισμένοι άλλοι παράγοντες που μπορούν να ληφθούν υπόψη.Το πιο σημαντικό πράγμα που πρέπει να έχετε κατά νου κατά την εκτίμηση του κόστους IC είναι ότι η τιμή μπορεί να διαφέρει κατά τη διαδικασία παραγωγής για πολλούς λόγους.

Επίσης, τυχόν τεχνικές αποφάσεις που λαμβάνονται κατά τη διαδικασία κατασκευής μπορεί να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στο κόστος του έργου.

3. Αξιοπιστία

Η παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων είναι ένα πολύ ευαίσθητο έργο, καθώς απαιτεί από όλα τα συστήματα να λειτουργούν συνεχώς κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων κύκλων.Τα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία, οι ακραίες θερμοκρασίες και άλλες συνθήκες λειτουργίας παίζουν σημαντικό ρόλο στη λειτουργία IC.

Ωστόσο, τα περισσότερα από αυτά τα ζητήματα εξαλείφονται με τη χρήση σωστά ελεγχόμενων δοκιμών υψηλής πίεσης.Δεν παρέχει νέους μηχανισμούς αστοχίας, αυξάνοντας την αξιοπιστία των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.Μπορούμε επίσης να προσδιορίσουμε την κατανομή της αστοχίας σε σχετικά σύντομο χρόνο μέσω της χρήσης υψηλότερων τάσεων.

Όλες αυτές οι πτυχές βοηθούν να διασφαλιστεί ότι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα μπορεί να λειτουργήσει σωστά.

Επιπλέον, ακολουθούν ορισμένα χαρακτηριστικά για τον προσδιορισμό της συμπεριφοράς των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων:

Θερμοκρασία

Η θερμοκρασία μπορεί να ποικίλλει δραστικά, καθιστώντας την παραγωγή IC εξαιρετικά δύσκολη.

Τάση.

Οι συσκευές λειτουργούν με ονομαστική τάση που μπορεί να διαφέρει ελαφρώς.

Επεξεργάζομαι, διαδικασία

Οι πιο ζωτικές παραλλαγές διεργασίας που χρησιμοποιούνται για συσκευές είναι η τάση κατωφλίου και το μήκος του καναλιού.Η παραλλαγή της διαδικασίας ταξινομείται ως:

• Πολλά πολλά
• Γκοφρέτα σε γκοφρέτα
• Πέθανε για να πεθάνεις

Πακέτα ολοκληρωμένων κυκλωμάτων

Η συσκευασία τυλίγει το καλούπι ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος, καθιστώντας μας εύκολη τη σύνδεση σε αυτό.Κάθε εξωτερική σύνδεση στη μήτρα συνδέεται με ένα μικροσκοπικό κομμάτι χρυσού σύρματος σε μια καρφίτσα στη συσκευασία.Οι καρφίτσες είναι ακροδέκτες εξώθησης που έχουν ασημί χρώμα.Περνούν μέσα από το κύκλωμα για να συνδεθούν με άλλα μέρη του τσιπ.Αυτά είναι άκρως απαραίτητα, καθώς περιστρέφονται γύρω από το κύκλωμα και συνδέονται με τα καλώδια και τα υπόλοιπα εξαρτήματα ενός κυκλώματος.

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι πακέτων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν εδώ.Όλα έχουν μοναδικούς τύπους τοποθέτησης, μοναδικές διαστάσεις και πλήθος ακίδων.Ας ρίξουμε μια ματιά στο πώς λειτουργεί αυτό.

Καταμέτρηση καρφίτσας

Όλα τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι πολωμένα και κάθε ακροδέκτης είναι διαφορετικός ως προς τη λειτουργία και τη θέση.Αυτό σημαίνει ότι η συσκευασία πρέπει να υποδεικνύει και να διαχωρίζει όλες τις ακίδες μεταξύ τους.Τα περισσότερα IC χρησιμοποιούν είτε μια κουκκίδα είτε μια εγκοπή για να εμφανίσουν την πρώτη ακίδα.

Μόλις προσδιορίσετε τη θέση της πρώτης ακίδας, οι υπόλοιποι αριθμοί ακίδων αυξάνονται διαδοχικά καθώς κινείστε αριστερόστροφα γύρω από το κύκλωμα.

Βάση

Η τοποθέτηση είναι ένα από τα μοναδικά χαρακτηριστικά ενός τύπου συσκευασίας.Όλα τα πακέτα μπορούν να ταξινομηθούν σε μία από τις δύο κατηγορίες τοποθέτησης: επιφανειακή βάση (SMD ή SMT) ή διαμπερής οπή (PTH).Είναι πολύ πιο εύκολο να δουλέψετε με πακέτα Through-hole αφού είναι μεγαλύτερα.Έχουν σχεδιαστεί για να στερεώνονται στη μία πλευρά ενός κυκλώματος και να συγκολλούνται σε μια άλλη.

Οι συσκευασίες επιφανειακής τοποθέτησης διατίθενται σε διαφορετικά μεγέθη, από μικρά έως μικροσκοπικά.Στερεώνονται στη μία πλευρά του κουτιού και συγκολλούνται στην επιφάνεια.Οι ακίδες αυτής της συσκευασίας είναι είτε κάθετες στο τσιπ, είτε συμπιεσμένες στο πλάι, είτε μερικές φορές τοποθετούνται σε μια μήτρα στη βάση του τσιπ.Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα με τη μορφή επιφανειακής βάσης απαιτούν επίσης ειδικά εργαλεία για τη συναρμολόγηση.

Dual In-Line

Το Dual In-line Package (DIP) είναι ένα από τα πιο κοινά πακέτα.Αυτός είναι ένας τύπος πακέτου IC διαμπερούς οπής.Αυτά τα μικρά τσιπ περιέχουν δύο παράλληλες σειρές ακίδων που εκτείνονται κάθετα έξω από ένα μαύρο, πλαστικό, ορθογώνιο περίβλημα.

Οι ακίδες έχουν απόσταση περίπου 2,54 mm μεταξύ τους – ένα τυπικό ιδανικό για να χωράει σε breadboards και σε μερικές άλλες σανίδες πρωτοτύπων.Ανάλογα με τον αριθμό ακίδων, οι συνολικές διαστάσεις του πακέτου DIP ενδέχεται να ποικίλλουν από 4 έως 64.

Η περιοχή μεταξύ κάθε σειράς ακίδων είναι τοποθετημένη σε απόσταση για να επιτρέπει στα IC DIP να επικαλύπτουν την κεντρική περιοχή ενός breadboard.Αυτό διασφαλίζει ότι οι καρφίτσες έχουν τη δική τους σειρά και δεν κοντεύουν.

Μικρό Περίγραμμα

Τα πακέτα ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μικρού περιγράμματος ή SOIC είναι παρόμοια με επιφανειακή βάση.Αποτελείται λυγίζοντας όλες τις ακίδες σε ένα DIP και συρρικνώνοντάς το προς τα κάτω.Μπορείτε να συναρμολογήσετε αυτές τις συσκευασίες με σταθερό χέρι και ακόμη και με κλειστό μάτι – Είναι τόσο εύκολο!

Quad Flat

Τα πακέτα Quad Flat αναπαριστούν καρφίτσες και στις τέσσερις κατευθύνσεις.Ο συνολικός αριθμός ακίδων σε ένα τετραπλό IC μπορεί να ποικίλλει από οκτώ ακίδες σε μια πλευρά (32 συνολικά) έως εβδομήντα ακίδες σε μια πλευρά (300+ συνολικά).Αυτές οι ακίδες έχουν ένα διάστημα περίπου 0,4 mm έως 1 mm μεταξύ τους.Οι μικρότερες παραλλαγές του τετραπλού πακέτου αποτελούνται από πακέτα χαμηλού προφίλ (LQFP), λεπτή (TQFP) και πολύ λεπτή (VQFP).

Συστοιχίες πλέγματος σφαιρών

Τα Ball Grid Arrays ή BGA είναι τα πιο προηγμένα πακέτα IC.Αυτά είναι απίστευτα περίπλοκα, μικρά πακέτα όπου μικροσκοπικές σφαίρες συγκόλλησης τοποθετούνται σε ένα δισδιάστατο πλέγμα στη βάση του ολοκληρωμένου κυκλώματος.Μερικές φορές οι ειδικοί προσαρτούν τις μπάλες συγκόλλησης απευθείας στη μήτρα!

Τα πακέτα Ball Grid Arrays χρησιμοποιούνται συχνά για προηγμένους μικροεπεξεργαστές, όπως το Raspberry Pi ή το pcDuino.