Het is niet bekend wie als eerste op het idee kwam om twee of meer transistoren op één halfgeleiderchip te maken. Misschien ontstond dit idee direct na de start van de productie van halfgeleiderelementen. Het is bekend dat de theoretische grondslagen van deze benadering in het begin van de jaren vijftig werden gepubliceerd. Het duurde minder dan 10 jaar om technologische problemen te overwinnen, en al in de vroege jaren 60 werd het eerste apparaat uitgebracht met verschillende elektronische componenten in één pakket - een microschakeling (chip). Sindsdien is de mensheid de weg van verbetering ingeslagen, waarvan het einde nog niet in zicht is.
Inhoud
Doel van microschakelingen
In de geïntegreerde versie wordt momenteel een grote verscheidenheid aan elektronische componenten met verschillende mate van integratie uitgevoerd. Van hen, vanaf kubussen, kun je verschillende elektronische apparaten verzamelen. De radio-ontvangerschakeling kan dus op verschillende manieren worden geïmplementeerd. De eerste optie is om transistorchips te gebruiken.Door hun conclusies te verbinden, kunt u een ontvangend apparaat maken. De volgende stap is het gebruik van individuele knooppunten in een geïntegreerd ontwerp (elk in zijn eigen lichaam):
- radiofrequentie versterker;
- heterodyne;
- mixer;
- audio frequentie versterker.
Ten slotte is de meest moderne optie de hele ontvanger in één chip, je hoeft alleen maar een paar externe passieve elementen toe te voegen. Het is duidelijk dat naarmate de mate van integratie toeneemt, de constructie van circuits eenvoudiger wordt. Zelfs een volwaardige computer kan nu op één chip worden geïmplementeerd. De prestaties zullen nog steeds lager zijn dan die van conventionele computerapparatuur, maar met de ontwikkeling van technologie is het mogelijk dat dit moment wordt overwonnen.
Chiptypes
Momenteel wordt een groot aantal soorten microschakelingen geproduceerd. Vrijwel elke complete elektronische assemblage, standaard of gespecialiseerd, is verkrijgbaar in micro. Het is niet mogelijk om alle typen in één review op te sommen en te analyseren. Maar over het algemeen kunnen microschakelingen, afhankelijk van het functionele doel, worden onderverdeeld in drie globale categorieën.
- Digitaal. Werk met discrete signalen. Digitale niveaus worden toegepast op de ingang, signalen worden ook in digitale vorm van de uitgang genomen. Deze klasse van apparaten bestrijkt het gebied van eenvoudige logische elementen tot de modernste microprocessors. Dit omvat ook programmeerbare logische arrays, geheugenapparaten, enz.
- Analoog. Ze werken met signalen die veranderen volgens een doorlopende wet. Een typisch voorbeeld van zo'n microschakeling is een audiofrequentieversterker. Deze klasse omvat ook geïntegreerde lineaire stabilisatoren, signaalgeneratoren, meetsensoren en nog veel meer. De analoge categorie omvat ook sets van passieve elementen (weerstanden, RC-circuits, enz.).
- Analoog naar digitaal (digitaal naar analoog). Deze microschakelingen zetten niet alleen discrete data om naar continu of omgekeerd. De originele of ontvangen signalen in hetzelfde pakket kunnen worden versterkt, geconverteerd, gemoduleerd, gedecodeerd en dergelijke. Analoog-digitale sensoren worden veel gebruikt voor het verbinden van meetcircuits van verschillende technologische processen met computerapparatuur.
Microchips worden ook onderverdeeld naar type productie:
- halfgeleider - uitgevoerd op een enkel halfgeleiderkristal;
- film - passieve elementen worden gemaakt op basis van dikke of dunne films;
- hybride - halfgeleider actieve apparaten "zitten" op passieve filmelementen (transistoren enz.).
Maar voor het gebruik van microschakelingen biedt deze classificatie in de meeste gevallen geen speciale praktische informatie.
Chippakketten
Om de interne inhoud te beschermen en de installatie te vereenvoudigen, zijn de microschakelingen in een behuizing geplaatst. Aanvankelijk werden de meeste chips geproduceerd in een metalen omhulsel (rond of rechthoekig) met flexibele kabels rond de omtrek.
Met dit ontwerp konden niet alle voordelen van miniaturisatie worden benut, omdat de afmetingen van het apparaat erg groot waren in vergelijking met de grootte van het kristal. Bovendien was de mate van integratie laag, wat het probleem alleen maar verergerde. Halverwege de jaren 60 werd het DIP-pakket ontwikkeld (dubbel in-line pakket) is een rechthoekige structuur met aan beide zijden stijve draden. Het probleem van omvangrijke afmetingen werd niet opgelost, maar desalniettemin maakte een dergelijke oplossing het mogelijk om een grotere pakkingsdichtheid te bereiken en om de geautomatiseerde assemblage van elektronische schakelingen te vereenvoudigen.Het aantal microcircuit-pinnen in een DIP-pakket varieert van 4 tot 64, hoewel pakketten met meer dan 40 "poten" nog steeds zeldzaam zijn.
Belangrijk! De pinsteek voor binnenlandse DIP-microschakelingen is 2,5 mm, voor geïmporteerde - 2,54 mm (1 regel = 0,1 inch). Hierdoor ontstaan problemen met de wederzijdse vervanging van complete, zo lijkt het, analogen van Russische en geïmporteerde productie. Een kleine discrepantie maakt het moeilijk om apparaten te installeren die identiek zijn in functionaliteit en pinout in de borden en in het paneel.
Met de ontwikkeling van elektronische technologie zijn de nadelen van DIP-pakketten duidelijk geworden. Voor microprocessors was het aantal pinnen niet voldoende, en hun verdere toename vereiste een toename van de afmetingen van de behuizing. dergelijke microschakelingen begonnen te veel ongebruikte ruimte op de borden in te nemen. Het tweede probleem dat het einde van het tijdperk van DIP-dominantie heeft betekend, is het wijdverbreide gebruik van oppervlaktemontage. De elementen werden niet in de gaten op het bord geïnstalleerd, maar rechtstreeks op de contactvlakken gesoldeerd. Deze montagemethode bleek zeer rationeel te zijn, dus microschakelingen waren vereist in pakketten die waren aangepast voor oppervlaktesolderen. En het proces van het verdringen van apparaten voor "gat" -montage begon (echt gat) elementen genoemd als smd (opbouwdetail).
De eerste stap op weg naar de overgang naar stalen SOIC-pakketten voor opbouwmontage en hun modificaties (SOP, HSOP en meer). Ze hebben, net als de DIP, poten in twee rijen langs de lange zijden, maar ze zijn evenwijdig aan het bodemvlak van de kast.
Een verdere ontwikkeling was het QFP-pakket. Deze vierkante behuizing heeft aan weerszijden aansluitingen.De PLLC-behuizing lijkt erop, maar bevindt zich nog steeds dichter bij de DIP, hoewel de poten zich ook rond de hele omtrek bevinden.
DIP-chips behielden enige tijd hun posities in de sector van programmeerbare apparaten (ROM, controllers, PLM), maar de verspreiding van in-circuit-programmering heeft de true-hole-pakketten met twee rijen ook uit dit gebied verdreven. Nu hebben zelfs die onderdelen, waarvan de installatie in gaten geen alternatief leek te hebben, SMD-prestaties gekregen - bijvoorbeeld geïntegreerde spanningsstabilisatoren, enz.
De ontwikkeling van microprocessorbehuizingen nam een andere weg in. Aangezien het aantal pinnen niet past rond de omtrek van een van de redelijke vierkante afmetingen, zijn de poten van een grote microschakeling gerangschikt in de vorm van een matrix (PGA, LGA, enz.).
Voordelen van het gebruik van microchips
De komst van microschakelingen heeft een revolutie teweeggebracht in de wereld van de elektronica (vooral in microprocessortechnologie). Computers op lampen die een of meer kamers bezetten, worden herinnerd als een historische curiositeit. Maar een moderne processor bevat ongeveer 20 miljard transistors. Als we de oppervlakte van één transistor nemen in een discrete versie van minstens 0,1 vierkante cm, dan zal het gebied dat door de processor als geheel wordt ingenomen minstens 200.000 vierkante meter moeten zijn - ongeveer 2.000 middelgrote driekamer appartementen.
Je moet ook ruimte bieden voor het geheugen, de geluidskaart, de geluidskaart, de netwerkadapter en andere randapparatuur. De kosten van het monteren van een dergelijk aantal discrete elementen zouden enorm zijn, en de bedrijfszekerheid is onaanvaardbaar laag. Problemen oplossen en repareren zou ongelooflijk lang duren. Het is duidelijk dat het tijdperk van personal computers zonder chips met een hoge mate van integratie nooit zou zijn gekomen.Ook zouden zonder moderne technologieën geen apparaten zijn gemaakt die veel rekenkracht vereisen - van huishoudelijk tot industrieel of wetenschappelijk
De richting van de ontwikkeling van elektronica is voor vele jaren bepaald. Dit is in de eerste plaats een toename van de mate van integratie van microcircuitelementen, die gepaard gaat met de voortdurende ontwikkeling van technologieën. Er is een kwalitatieve sprong voorwaarts, wanneer de mogelijkheden van micro-elektronica op de limiet komen, maar dit is een kwestie van een vrij verre toekomst.
Vergelijkbare artikelen:
