Ei tiedetä, kuka ensimmäisenä keksi ajatuksen kahden tai useamman transistorin valmistamisesta yhdelle puolijohdesirulle. Ehkä tämä idea syntyi heti puolijohdeelementtien tuotannon alkamisen jälkeen. Tiedetään, että tämän lähestymistavan teoreettiset perusteet julkaistiin 1950-luvun alussa. Teknisten ongelmien voittamiseksi kesti alle 10 vuotta, ja jo 60-luvun alussa julkaistiin ensimmäinen laite, joka sisälsi useita elektronisia komponentteja yhdessä paketissa - mikropiirin (siru). Siitä hetkestä lähtien ihmiskunta on lähtenyt parantamisen tielle, jolla ei ole loppua näkyvissä.
Mikropiirien käyttötarkoitus
Integroidussa versiossa tehdään tällä hetkellä laaja valikoima elektronisia komponentteja, joiden integrointiaste vaihtelee. Niistä, kuten kuutioista, voit kerätä erilaisia elektroniikkalaitteita. Siten radiovastaanotinpiiri voidaan toteuttaa eri tavoin. Ensimmäinen vaihtoehto on käyttää transistorisiruja.Yhdistämällä heidän johtopäätöksensä voit tehdä vastaanottavan laitteen. Seuraava askel on käyttää yksittäisiä solmuja integroidussa suunnittelussa (jokainen omassa kehossaan):
- radiotaajuus vahvistin;
- heterodyne;
- mikseri;
- äänitaajuusvahvistin.
Lopuksi nykyaikaisin vaihtoehto on koko vastaanotin yhdessä sirussa, sinun tarvitsee vain lisätä muutama ulkoinen passiivinen elementti. Ilmeisestikin, kun integrointiaste kasvaa, piirien rakentaminen yksinkertaistuu. Jopa täysimittainen tietokone voidaan nyt toteuttaa yhdellä sirulla. Sen suorituskyky on edelleen pienempi kuin perinteisten tietokonelaitteiden, mutta tekniikan kehittyessä on mahdollista, että tämä hetki voitetaan.
Sirutyypit
Tällä hetkellä tuotetaan valtava määrä erilaisia mikropiirejä. Käytännössä mikä tahansa täydellinen elektroniikkakokoonpano, vakio tai erikoistunut, on saatavana mikroversiona. Kaikkia tyyppejä ei ole mahdollista luetella ja analysoida yhden katsauksen puitteissa. Mutta yleensä toiminnallisen tarkoituksen mukaan mikropiirit voidaan jakaa kolmeen globaaliin luokkaan.
- Digitaalinen. Työskentele erillisten signaalien kanssa. Digitaaliset tasot syötetään sisääntuloon, signaalit otetaan myös lähdöstä digitaalisessa muodossa. Tämä laiteluokka kattaa alueen yksinkertaisista logiikkaelementeistä nykyaikaisimpiin mikroprosessoreihin. Tämä sisältää myös ohjelmoitavat logiikkataulukot, muistilaitteet jne.
- Analoginen. He työskentelevät signaalien kanssa, jotka muuttuvat jatkuvan lain mukaan. Tyypillinen esimerkki tällaisesta mikropiiristä on äänitaajuusvahvistin. Tämä luokka sisältää myös kiinteät lineaariset stabilaattorit, signaaligeneraattorit, mittausanturit ja paljon muuta. Analoginen luokka sisältää myös joukko passiivisia elementtejä (vastukset, RC-piirit jne.).
- Analogisesta digitaaliseen (digitaalista analogiseen). Nämä mikropiirit eivät vain muuta diskreettiä dataa jatkuvaksi tai päinvastoin. Samassa paketissa olevat alkuperäiset tai vastaanotetut signaalit voidaan vahvistaa, muuntaa, moduloida, dekoodata ja vastaavia. Analogisia-digitaalisia antureita käytetään laajalti erilaisten teknisten prosessien mittauspiirien yhdistämiseen laskentalaitteisiin.
Mikrosirut jaetaan myös tuotantotyypin mukaan:
- puolijohde - suoritetaan yhdelle puolijohdekiteelle;
- kalvo - passiiviset elementit luodaan paksujen tai ohuiden kalvojen perusteella;
- hybridi - puolijohdeaktiiviset laitteet "istut alas" passiivisia kalvoelementtejä (transistorit jne.).
Mutta mikropiirien käyttöön tämä luokitus ei useimmissa tapauksissa anna erityistä käytännön tietoa.
Sirupaketit
Sisäisen sisällön suojaamiseksi ja asennuksen yksinkertaistamiseksi mikropiirit sijoitetaan koteloon. Aluksi suurin osa lastuista valmistettiin metallikuoressa (pyöreä tai suorakaiteen muotoinen) joustavilla johdoilla, jotka sijaitsevat kehän ympärillä.
Tämä muotoilu ei antanut mahdollisuutta käyttää kaikkia miniatyrisoinnin etuja, koska laitteen mitat olivat erittäin suuret kiteen kokoon verrattuna. Lisäksi integraatioaste oli alhainen, mikä vain pahensi ongelmaa. 60-luvun puolivälissä kehitettiin DIP-paketti (dual in-line paketti) on suorakaiteen muotoinen rakenne, jossa on jäykät johdot molemmilla puolilla. Isojen mittojen ongelmaa ei ratkaistu, mutta siitä huolimatta tällainen ratkaisu mahdollisti suuremman pakkaustiheyden sekä yksinkertaistaa elektronisten piirien automatisoitua kokoonpanoa.Mikropiirinapojen määrä DIP-paketissa vaihtelee välillä 4-64, vaikka paketit, joissa on yli 40 "jalkaa", ovat edelleen harvinaisia.
Tärkeä! Kotimaisten DIP-mikropiirien nastaväli on 2,5 mm, tuotujen - 2,54 mm (1 rivi = 0,1 tuumaa). Tästä johtuen syntyy ongelmia Venäjän ja tuontituotannon täydellisten analogien vastavuoroisessa korvaamisessa. Pieni ero vaikeuttaa toiminnaltaan ja pinnoiltaan samanlaisten laitteiden asentamista levyihin ja paneeliin.
Elektronisen tekniikan kehittyessä DIP-pakettien haitat ovat tulleet ilmeisiksi. Mikroprosessoreille nastojen määrä ei riittänyt, ja niiden lisääminen edellytti kotelon mittojen lisäämistä. tällaiset mikropiirit alkoivat viedä liikaa käyttämätöntä tilaa levyillä. Toinen ongelma, joka on tuonut DIP-dominanssin aikakauden lopun, on pintaasennuksen laaja käyttö. Elementtejä alettiin asentaa ei levyn reikiin, vaan juotettiin suoraan kosketinlevyihin. Tämä asennusmenetelmä osoittautui erittäin järkeväksi, joten mikropiirejä vaadittiin pintajuottoon sovitetuissa pakkauksissa. Ja prosessi, jossa laitteet syrjäytettiin "reikäasennukseen" alkoi (oikea reikä) elementtejä nimeltä smd (pinta-asennettu yksityiskohta).
Ensimmäinen askel kohti pinta-asennusteräksiseen SOIC-pakkauksiin siirtymistä ja niiden muunnoksia (SOP, HSOP ja paljon muuta). Niissä, kuten DIP:ssä, on jalat kahdessa rivissä pitkiä sivuja pitkin, mutta ne ovat samansuuntaisia kotelon alatason kanssa.
Jatkokehitys oli QFP-paketti. Tässä neliön muotoisessa kotelossa on liittimet molemmilla puolilla.PLLC-kotelo on samanlainen kuin se, mutta se on silti lähempänä DIP:tä, vaikka jalat sijaitsevat myös koko kehän ympärillä.
Jonkin aikaa DIP-sirut pitivät asemansa ohjelmoitavien laitteiden alalla (ROM, ohjaimet, PLM), mutta piirin sisäisen ohjelmoinnin leviäminen on ajanut kaksiriviset true-hole-paketit pois myös tältä alueelta. Nyt myös ne osat, joiden asennus reikiin ei näyttänyt olevan vaihtoehtoa, ovat saaneet SMD-suorituskyvyn - esimerkiksi integroidut jännitteen stabilisaattorit jne.
Mikroprosessorikoteloiden kehitys eteni eri tavalla. Koska nastojen määrä ei mahdu minkään kohtuullisen neliökoon kehän ympärille, suuren mikropiirin jalat on järjestetty matriisin muotoon (PGA, LGA jne.).
Mikrosirujen käytön edut
Mikropiirien tulo on mullistanut elektroniikan maailman (erityisesti mikroprosessoritekniikassa). Yhden tai useamman huoneen lamppujen päällä olevat tietokoneet muistetaan historiallisena erikoisuutena. Mutta nykyaikainen prosessori sisältää noin 20 miljardia transistoria. Jos otamme yhden transistorin pinta-alan erillisessä versiossa vähintään 0,1 neliömetriä, prosessorin kokonaispinta-alan on oltava vähintään 200 000 neliömetriä - noin 2 000 keskikokoista kolme huonetta asunnot.
Sinun on myös varattava tilaa muistille, äänikortille, äänikortille, verkkosovittimelle ja muille oheislaitteille. Tällaisen määrän erillisten elementtien asennuskustannukset olisivat valtavat, ja toiminnan luotettavuus on kohtuuttoman alhainen. Vianetsintä ja korjaus kestäisi uskomattoman kauan. On selvää, että henkilökohtaisten tietokoneiden aikakausi ilman integroitumisastetta sisältäviä siruja ei olisi koskaan tullut.Ilman nykyaikaista teknologiaa ei myöskään olisi syntynyt suurta laskentatehoa vaativia laitteita - kotitalouksista teollisiin tai tieteellisiin
Elektroniikan kehityksen suunta on ennalta määrätty useiksi vuosiksi eteenpäin. Tämä on ennen kaikkea mikropiirielementtien integrointiasteen kasvu, joka liittyy teknologioiden jatkuvaan kehittämiseen. Edessä on laadullinen harppaus, kun mikroelektroniikan mahdollisuudet tulevat rajalle, mutta tämä on melko kaukaisen tulevaisuuden kysymys.
Samanlaisia artikkeleita:
