Eiginleikar vöru

Skjöl og miðlar

Umhverfis- og útflutningsflokkanir

Samþættir hringrásir

Samþætt hringrás (IC) er hálfleiðaraflís sem ber marga pínulitla íhluti eins og þétta, díóða, smára og viðnám.Þessir litlu íhlutir eru notaðir til að reikna út og geyma gögn með hjálp stafrænnar eða hliðrænnar tækni.Þú getur hugsað um IC sem lítinn flís sem hægt er að nota sem fullkomna, áreiðanlega hringrás.Samþættar hringrásir gætu verið teljari, oscillator, magnari, rökgátt, tímamælir, tölvuminni eða jafnvel örgjörvi.

IC er talinn grundvallarbyggingareining allra rafeindatækja nútímans.Nafn þess gefur til kynna kerfi margra samtengdra íhluta sem eru felldir inn í þunnt, sílikongert hálfleiðaraefni.

Saga samþættra rása 

Tæknin á bak við samþættar rafrásir var upphaflega kynnt árið 1950 af Robert Noyce og Jack Kilby í Bandaríkjunum.Bandaríski flugherinn var fyrsti neytandi þessarar nýju uppfinningar.Jack vann einnig Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði árið 2000 fyrir uppfinningu sína á litlum ICs.

1,5 árum eftir kynningu á hönnun Kilby, kynnti Robert Noyce sína eigin útgáfu af samþættu hringrásinni.Líkan hans leysti nokkur hagnýt vandamál í tæki Kilby.Noyce notaði einnig sílikon fyrir líkan sitt en Jack Kilby notaði germaníum. 

Robert Noyce og Jack Kilby fengu báðir bandarísk einkaleyfi fyrir framlag sitt til samþættra rafrása.Þeir glímdu við lagaleg vandamál í nokkur ár.Að lokum ákváðu bæði fyrirtæki Noyce og Kilby að víxla leyfa uppfinningum sínum og kynna þær á risastórum alþjóðlegum markaði.

Tegundir samþættra hringrása

Það eru tvær tegundir af samþættum hringrásum.Þetta eru:

1. Analog ICs

Analog ICs hafa stöðugt breytilegt úttak, allt eftir merkinu sem þeir fá.Fræðilega séð geta slíkir IC náð ótakmarkaðan fjölda ríkja.Í þessari tegund IC er úttaksstig hreyfingarinnar línulegt fall af inntaksstigi merkisins.

Línulegir ICs geta virkað sem útvarpsbylgjur (RF) og hljóðtíðni (AF) magnarar.Rekstrarmagnarinn (op-amp) er tækið sem venjulega er notað hér.Að auki er hitaskynjari annað algengt forrit.Línulegir IC geta kveikt og slökkt á ýmsum tækjum þegar merkið nær ákveðnu gildi.Þú getur fundið þessa tækni í ofnum, hitari og loftkælum. 

2. Stafrænar ICs 

Þetta eru frábrugðin hliðstæðum ICs.Þeir starfa ekki á föstu sviði merkjastiga.Þess í stað starfa þeir á nokkrum fyrirfram stilltum stigum.Stafrænar ICs vinna í grundvallaratriðum með hjálp rökfræðilegra hliða.Rökhliðin nota tvöfalda gögn.Merki í tvöföldum gögnum hafa aðeins tvö stig sem kallast lágt (rökfræði 0) og hátt (rökfræði 1).

Stafrænir IC eru notaðir í fjölmörgum forritum eins og tölvum, mótaldum osfrv.

Af hverju eru samþættir hringrásir vinsælar?

Þrátt fyrir að hafa verið fundin upp fyrir næstum 30 árum eru samþættar hringrásir enn notaðar í fjölmörgum forritum.Við skulum ræða nokkra þætti sem bera ábyrgð á vinsældum þeirra: 

1.Skalanleiki 

Fyrir nokkrum árum náðu tekjur hálfleiðaraiðnaðarins allt að ótrúlegum 350 milljörðum USD.Intel var stærsti þátturinn hér.Það voru líka aðrir leikmenn og flestir þeirra tilheyrðu stafræna markaðnum.Ef þú skoðar tölurnar muntu sjá að 80 prósent af sölu sem hálfleiðaraiðnaðurinn myndaði var frá þessum markaði.

Samþættar hringrásir hafa átt stóran þátt í þessum árangri.Þú sérð, vísindamenn hálfleiðaraiðnaðarins greindu samþættu hringrásina, notkun þess og forskriftir hennar og stækkuðu hana.

Fyrsti rafgeymirinn sem fundin var upp var með örfáa smára - 5 til að vera sérstakur.Og nú höfum við séð 18 kjarna Xeon frá Intel með samtals 5,5 milljörðum smára.Ennfremur var geymslustýring IBM með 7,1 milljarð smára með 480 MB L4 skyndiminni árið 2015.

Þessi sveigjanleiki hefur gegnt stóru hlutverki í ríkjandi vinsældum samþættra hringrása.

2. Kostnaður

Nokkrar umræður hafa verið um kostnað við IC.Í gegnum árin hefur verið misskilningur um raunverulegt verð á IC líka.Ástæðan á bak við þetta er sú að IC eru ekki einfalt hugtak lengur.Tæknin gengur fram á gríðarlega miklum hraða og flísahönnuðir verða að halda í við þennan hraða þegar þeir reikna út kostnað við IC.

Fyrir nokkrum árum var kostnaðarútreikningur fyrir IC notaður til að treysta á kísildeyja.Á þeim tíma var auðvelt að áætla flískostnað út frá stærð deyja.Þó að kísill sé enn aðalþáttur í útreikningum þeirra, þurfa sérfræðingar að huga að öðrum hlutum þegar þeir reikna út IC-kostnaðinn.

Hingað til hafa sérfræðingar dregið nokkuð einfalda jöfnu til að ákvarða lokakostnað IC:

Lokakostnaður IC = Pakkningarkostnaður + prófunarkostnaður + deyjakostnaður + sendingarkostnaður

Þessi jafna tekur til allra nauðsynlegra þátta sem gegna stóru hlutverki við framleiðslu flísarinnar.Auk þess geta verið aðrir þættir sem koma til greina.Það mikilvægasta sem þarf að hafa í huga þegar IC kostnaður er metinn er að verðið getur verið breytilegt í framleiðsluferlinu af mörgum ástæðum.

Einnig geta allar tæknilegar ákvarðanir sem teknar eru í framleiðsluferlinu haft veruleg áhrif á kostnað við verkefnið.

3. Áreiðanleiki

Framleiðsla samþættra hringrása er mjög viðkvæmt verkefni þar sem það krefst þess að öll kerfin virki stöðugt í milljónum lotum.Ytri rafsegulsvið, mikill hiti og önnur rekstrarskilyrði gegna mikilvægu hlutverki í IC-rekstri.

Hins vegar er flestum þessum vandamálum útrýmt með því að nota rétt stjórnaða háþrýstingsprófun.Það veitir engin ný bilunarkerfi, sem eykur áreiðanleika samþættu rásanna.Við getum líka ákvarðað bilunardreifingu á tiltölulega stuttum tíma með því að nota hærri álag.

Allir þessir þættir hjálpa til við að tryggja að samþætt hringrás geti virkað rétt.

Ennfremur eru hér nokkrir eiginleikar til að ákvarða hegðun samþættra hringrása:

Hitastig

Hitastigið getur verið mjög breytilegt, sem gerir framleiðslu IC mjög erfiða.

Spenna.

Tæki starfa á nafnspennu sem getur verið lítillega breytileg.

Ferli

Mikilvægustu ferliafbrigðin sem notuð eru fyrir tæki eru þröskuldsspenna og rásarlengd.Ferlisbreyting er flokkuð sem:

• Mikið til fullt
• Wafer til obláta
• Deyja til að deyja

Samþættir hringrásarpakkar

Pakkinn umlykur dúk samþættrar hringrásar, sem gerir okkur auðvelt að tengja við hana.Hver ytri tenging á teningnum er tengd með örlitlu stykki af gullvír við pinna á pakkanum.Pinnar eru útblástursskautar sem eru silfurlitaðir.Þeir fara í gegnum hringrásina til að tengjast öðrum hlutum flísarinnar.Þetta eru mjög nauðsynleg þar sem þau fara um hringrásina og tengjast vírunum og restinni af íhlutunum í hringrásinni.

Það eru nokkrar mismunandi gerðir af pakka sem hægt er að nota hér.Allar eru þær með einstakar uppsetningargerðir, einstakar stærðir og pinnafjölda.Við skulum skoða hvernig þetta virkar.

Pinnatalning

Allar samþættar hringrásir eru skautaðar og hver pinna er mismunandi hvað varðar bæði virkni og staðsetningu.Þetta þýðir að pakkinn þarf að gefa til kynna og aðgreina alla pinna hver frá öðrum.Flestir IC nota annað hvort punkt eða hak til að sýna fyrsta pinna.

Þegar þú hefur fundið staðsetningu fyrsta pinnans hækkar restin af pinnanúmerunum í röð þegar þú ferð rangsælis um hringrásina.

Uppsetning

Uppsetning er eitt af sérkennum pakkningategundar.Hægt er að flokka alla pakka samkvæmt einum af tveimur uppsetningarflokkum: yfirborðsfestingu (SMD eða SMT) eða gegnum gat (PTH).Það er miklu auðveldara að vinna með gegnumholupakka þar sem þeir eru stærri.Þau eru hönnuð til að vera fest á annarri hlið hringrásar og lóðuð við aðra.

Yfirborðsfestingar eru í mismunandi stærðum, allt frá litlum til smáum.Þeir eru festir á annarri hliðinni á kassanum og eru lóðaðir við yfirborðið.Pinnarnir í þessum pakka eru annað hvort hornrétt á flísina, kreistir út á hliðina eða eru stundum settir í fylki á botni flíssins.Samþættar hringrásir í formi yfirborðsfestingar þurfa einnig sérstök verkfæri til að setja saman.

Dual In-Line

Dual In-line Package (DIP) er einn af algengustu pakkunum.Þetta er tegund af gegnumholu IC pakka.Þessar litlu flögur innihalda tvær samsíða raðir af pinna sem ná lóðrétt út úr svörtu, rétthyrndu plasti hlíf.

Pinnarnir hafa um það bil 2,54 mm bil á milli þeirra - staðall sem er fullkominn til að passa inn í breadboards og nokkur önnur frumgerð borð.Það fer eftir pinnafjölda, heildarstærðir DIP pakkans geta verið mismunandi frá 4 til 64.

Svæðið á milli hverrar röð af pinna er dreift til að gera DIP ICs kleift að skarast á miðju svæði breadboards.Þetta tryggir að pinnarnir hafi sína eigin röð og styttist ekki.

Small-Outline

Litlir samþættir hringrásarpakkar eða SOIC eru svipaðar yfirborðsfestingu.Það er búið til með því að beygja alla pinna á DIP og minnka hana niður.Þú getur sett þessa pakka saman með stöðugri hendi og jafnvel lokuðu auga – það er svo auðvelt!

Fjögurra íbúð

Quad Flat pakkar dreifa pinnum í allar fjórar áttir.Heildarfjöldi pinna í quad flat IC getur verið allt frá átta pinna á hlið (alls 32) til sjötíu pinna á hlið (300+ samtals).Þessir pinnar hafa bil á milli 0,4 mm til 1 mm.Minni afbrigði af quad flat pakkanum samanstanda af lágsniðnum (LQFP), þunnum (TQFP) og mjög þunnum (VQFP) pökkum.

Ball Grid Arrays

Ball Grid Arrays eða BGA eru fullkomnustu IC pakkarnir sem til eru.Þetta eru ótrúlega flóknir, litlir pakkar þar sem örsmáum kúlur af lóðmálmi eru settar upp í tvívíða rist á botni samþættu hringrásarinnar.Stundum festa sérfræðingarnir lóðarkúlurnar beint á teninginn!

Ball Grid Arrays pakkar eru oft notaðir fyrir háþróaða örgjörva, eins og Raspberry Pi eða pcDuino.