Nežinia, kam pirmajam kilo idėja viename puslaidininkiniame luste sutalpinti du ar daugiau tranzistorių. Ši idėja galėjo kilti iškart po to, kai puslaidininkių pramonė pradėjo gaminti puslaidininkinius elementus. Yra žinoma, kad teorinis šio metodo pagrindas buvo paskelbtas XX a. šeštojo dešimtmečio pradžioje. Technologinėms problemoms įveikti prireikė mažiau nei 10 metų, ir jau 60-ųjų pradžioje buvo sukurtas pirmasis prietaisas, kuriame buvo keli elektroniniai komponentai vienoje pakuotėje - mikroschema (lustas). Nuo to laiko žmonija pradėjo tobulėjimo kelią, kuris dar nesibaigė.
Spausdintinių grandynų paskirtis
Šiuo metu integruotose konstrukcijose gaminami įvairūs elektroniniai komponentai, kurių integracijos laipsnis skiriasi. Juos galima naudoti kaip statybinius blokelius įvairiems elektroniniams prietaisams surinkti. Pavyzdžiui, radijo imtuvo grandinė gali būti įgyvendinama įvairiais būdais. Pradžioje galima naudoti tranzistorių mikroschemų rinkinius. Sujungus jų laidus galima sukurti imtuvo įrenginį. Kitas žingsnis - naudoti atskirus mazgus integruotame projekte (kiekvienas atskirame korpuse):
- radijo dažnio stiprintuvas
- heterodinas;
- maišytuvas;
- garso dažnio stiprintuvą.
Galiausiai, moderniausias variantas - visas imtuvas yra viename luste, pridedant tik keletą išorinių pasyviųjų elementų. Akivaizdu, kad didėjant integracijos laipsniui grandinės projektavimas tampa paprastesnis. Dabar viename luste galima įdiegti net visą kompiuterį. Jo našumas vis dar bus mažesnis nei įprastinių kompiuterinių įrenginių, tačiau tobulėjant technologijoms galbūt pavyks įveikti ir šią problemą.
Lustų tipai
Šiandien gaminama labai daug mikroschemų tipų. Praktiškai bet koks užbaigtas standartinis ar specializuotas elektroninis mazgas gali būti mikrokonstrukcijos. Vienoje apžvalgoje neįmanoma išvardyti ir išardyti visų tipų. Tačiau apskritai integrinius grandynus pagal jų funkcionalumą galima suskirstyti į tris kategorijas.
- Skaitmeninis. Jie veikia su diskrečiaisiais signalais. Skaitmeniniai lygiai tiekiami į įvestį, o iš išvesties taip pat imami skaitmeninės formos signalai. Ši prietaisų klasė apima sritį nuo paprastų loginių elementų iki pažangiausių mikroprocesorių. Tai taip pat apima programuojamus loginius masyvus, atminties įrenginius ir kt.
- Analoginis. Jie veikia su signalais, kurie kinta pagal nenutrūkstamą dėsnį. Tipiškas tokio tipo lusto pavyzdys - garso dažnio stiprintuvas. Į šią klasę taip pat įeina integruoti linijos stabilizatoriai, signalų generatoriai, matavimo jutikliai ir kt. Pasyviųjų elementų rinkiniai (rezistoriai, RC grandinės ir kt.) taip pat priklauso analoginei kategorijai.rezistoriai, RC grandinės ir t. t.).
- Analoginis į skaitmeninį (skaitmeninis į analoginį). Šios mikroschemos ne tik konvertuoja diskrečius duomenis į ištisinius arba atvirkščiai. Tame pačiame korpuse gali būti stiprinami, konvertuojami, moduliuojami, dekoduojami ir t. t. šaltinio arba priimami signalai. Analoginiai-skaitmeniniai jutikliai plačiai naudojami įvairių technologinių procesų matavimo grandinėms sujungti su skaičiavimo įrenginiais.
Integriniai grandynai taip pat skirstomi pagal gamybos tipą:
- Puslaidininkinis - pagamintas viename puslaidininkiniame luste;
- Plėvelės - pasyvūs elementai gaminami iš storų arba plonų plėvelių;
- Hibridiniai: aktyvūs puslaidininkiniai įtaisai (tranzistoriai ir t. t.).
Tačiau daugeliu atvejų taikant mikroschemas ši klasifikacija nesuteikia daug praktinės informacijos.
Skaldos korpusai
Siekiant apsaugoti vidinį turinį ir supaprastinti montavimą, mikrograndynai yra sudėti į pakuotę. Iš pradžių dauguma mikroschemų buvo gaminamos metaliniame korpuse (apvalus arba stačiakampis) su lanksčiais kaiščiais, išdėstytais perimetru.
Šiame projekte nebuvo galima pasinaudoti visais miniatiūrizacijos privalumais, nes įrenginio matmenys buvo labai dideli, palyginti su lusto dydžiu. Be to, integracijos laipsnis buvo žemas, o tai tik dar labiau paaštrino problemą. Šeštojo dešimtmečio viduryje DIP paketas (Dvigubas linijinis paketas) - stačiakampė dėžė su standžiais kaiščiais iš abiejų pusių. Didelių matmenų problema nebuvo išspręsta, tačiau šis sprendimas leido pasiekti didesnį pakuotės tankį ir palengvino automatizuotą elektroninių grandynų surinkimą. DIP kontaktų skaičius svyruoja nuo 4 iki 64, nors daugiau nei 40 kontaktų turinčių įrenginių vis dar pasitaiko labai retai.
Svarbu! Vietinės gamybos DIP mikroschemų atstumas tarp kontaktų yra 2,5 mm, importuotų mikroschemų - 2,54 mm (1 eilutė = 0,1 colio.). Dėl šios priežasties kyla problemų keičiant iš pažiūros visiškai užbaigtus rusiškus ir importuotus analogus. Dėl nedidelio neatitikimo sunku pritaikyti tas pačias funkcijas ir kaiščių priskyrimą plokštėse ir skyduose.
Tobulėjant elektroninėms technologijoms, išryškėjo DIP paketų trūkumai. Mikroprocesoriai neturėjo pakankamai kontaktų, o didėjančiam kontaktų skaičiui reikėjo daugiau vietos plokštėse. Antroji problema, dėl kurios baigėsi DIP dominuojanti era, buvo paviršinio montavimo plitimas. Vietoj to, kad mikroschemos būtų lituojamos į skyles plokštėse, jos buvo lituojamos tiesiai ant trinkelių. Šis montavimo būdas pasirodė esąs labai racionalus, todėl reikėjo lustų pakuotėse, pritaikytose lituoti prie paviršiaus. Ir "skylių" montavimo įtaisų keitimo procesas (tikroji skylė) elementų, vadinamų SMD (ant paviršiaus montuojama detalė).
Pirmasis žingsnis link paviršinio montavimo konstrukcijos buvo SOIC pakuočių ir jų modifikacijų įvedimas (SOP, HSOP ir kiti projektai). Kaip ir DIP tipo paketuose, šių pakuočių ilgosiose pusėse yra dvi eilės kaiščių, tačiau jos yra lygiagrečios korpuso apačiai.
Dar vienas patobulinimas - QFP korpusas. Šis dėklas iš abiejų pusių turi kvadrato formos smeigtukus. Jis panašus į PLLC paketą, tačiau yra artimesnis DIP, nors kojos taip pat išdėstytos per visą perimetrą.
Kurį laiką DIP mikroschemos užėmė svarbią vietą programuojamų įrenginių sektoriuje (ROM, valdikliai, PLM), tačiau išplitus programavimui luste, iš šios srities išstumti ir dviejų eilių tikrosios skylės paketai. Dabar net ir tos dalys, kurios anksčiau buvo montuojamos skylėse, pavyzdžiui, integruoti įtampos reguliatoriai ir pan., dabar gali būti montuojamos SMD.
Mikroprocesorių korpusų kūrimas vyko kitu keliu. Kadangi kaiščių skaičius netelpa į bet kokio pagrįsto dydžio kvadrato perimetrą, didelės mikroschemos kojos išdėstomos matricoje (PGA, LGA ir kt.).
Žetonų naudojimo privalumai
Mikroschemos atsiradimas sukėlė revoliuciją elektronikos pasaulyje (ypač mikroprocesorių technologijų srityje.). Vieną ar kelis kambarius užimantys kompiuteriai ant vamzdelių prisimenami kaip istorinė įdomybė. Tačiau šiuolaikiniame centriniame procesoriuje yra apie 20 milijardų tranzistorių. Jei darytume prielaidą, kad atskiro tranzistoriaus plotas yra ne mažesnis kaip 0,1 kvadratinio centimetro, viso procesoriaus užimamas plotas turėtų būti ne mažesnis kaip 200 000 kvadratinių metrų - maždaug 2000 trijų kambarių vidutinio dydžio butų.
Taip pat turi būti numatyta vietos atminčiai, garso ir garso plokštėms, tinklo adapteriams ir kitiems periferiniams įrenginiams. Tiek daug diskrečiųjų komponentų montavimas kainuotų labai brangiai, o patikimumas būtų nepriimtinai mažas. Gedimų šalinimas ir remontas būtų užtrukę neįtikėtinai ilgai. Akivaizdu, kad asmeninių kompiuterių era be integrinių grandynų nebūtų prasidėjusi. Be to, be šiuolaikinių technologijų nebūtų sukurta daug skaičiavimų reikalaujančių prietaisų - nuo plataus vartojimo iki pramoninių ar mokslinių prietaisų.
Elektronikos raidos kryptis iš anksto nulemta daugeliui metų į priekį. Tai visų pirma susiję su didėjančiu mikroschemų elementų integracijos laipsniu, kuris atsiranda dėl nuolatinės technologijų plėtros. Kai mikroelektronikos galimybės pasieks savo ribas, laukia kokybinis šuolis, tačiau tai - gana tolima ateitis.
Susiję straipsniai:
