Produktattribut

Dokument och media

Miljö- och exportklassificeringar

Integrerade kretsar

En integrerad krets (IC) är ett halvledarchip som bär många små komponenter som kondensatorer, dioder, transistorer och motstånd.Dessa små komponenter används för att beräkna och lagra data med hjälp av digital eller analog teknik.Du kan tänka på en IC som ett litet chip som kan användas som en komplett, pålitlig krets.En integrerad krets kan vara en räknare, oscillator, förstärkare, logisk grind, timer, datorminne eller till och med mikroprocessor.

En IC anses vara en grundläggande byggsten i alla dagens elektroniska enheter.Dess namn antyder ett system av flera sammanlänkade komponenter inbäddade i ett tunt, kiseltillverkat halvledarmaterial.

De integrerade kretsarnas historia 

Tekniken bakom integrerade kretsar introducerades ursprungligen 1950 av Robert Noyce och Jack Kilby i USA.Det amerikanska flygvapnet var den första konsumenten av denna nya uppfinning.Jack även Kilby vann Nobelpriset i fysik 2000 för sin uppfinning av miniatyriserade IC.

1,5 år efter introduktionen av Kilbys design, introducerade Robert Noyce sin egen version av den integrerade kretsen.Hans modell löste flera praktiska problem i Kilbys apparat.Noyce använde också kisel för sin modell, medan Jack Kilby använde germanium. 

Robert Noyce och Jack Kilby fick båda amerikanska patent för sitt bidrag till integrerade kretsar.De kämpade med juridiska frågor i flera år.Slutligen beslutade både Noyce och Kilbys företag att korslicensiera sina uppfinningar och introducera dem på en enorm global marknad.

Typer av integrerade kretsar

Det finns två typer av integrerade kretsar.Dessa är:

1. Analoga IC:er

Analoga IC:er har en konstant föränderlig utgång, beroende på vilken signal de får.I teorin kan sådana IC:er uppnå ett obegränsat antal tillstånd.I denna typ av IC är utgångsnivån för rörelsen en linjär funktion av signalens ingångsnivå.

Linjära IC:er kan fungera som radiofrekvens (RF) och audio-frequency (AF) förstärkare.Operationsförstärkaren (op-amp) är den enhet som normalt används här.Dessutom är en temperatursensor en annan vanlig applikation.Linjära IC:er kan slå på och stänga av olika enheter när signalen når ett visst värde.Du kan hitta denna teknik i ugnar, värmare och luftkonditioneringsapparater. 

2. Digitala IC 

Dessa skiljer sig från analoga IC:er.De fungerar inte över ett konstant intervall av signalnivåer.Istället arbetar de på några förinställda nivåer.Digitala IC:er fungerar i grunden med hjälp av logiska grindar.De logiska grindarna använder binär data.Signaler i binär data har bara två nivåer kända som låg (logisk 0) och hög (logisk 1).

Digitala IC:er används i ett brett utbud av applikationer som datorer, modem etc.

Varför är integrerade kretsar populära?

Trots att de uppfanns för nästan 30 år sedan, används integrerade kretsar fortfarande i många tillämpningar.Låt oss diskutera några av de faktorer som är ansvariga för deras popularitet: 

1.Skalbarhet 

För några år sedan nådde halvledarindustrins intäkter upp till otroliga 350 miljarder USD.Intel var den största bidragsgivaren här.Det fanns andra aktörer också, och de flesta av dessa tillhörde den digitala marknaden.Om du tittar på siffrorna kommer du att se att 80 procent av försäljningen som genererades av halvledarindustrin kom från denna marknad.

Integrerade kretsar har spelat en stor roll i denna framgång.Du förstår, halvledarindustrins forskare analyserade den integrerade kretsen, dess applikationer och dess specifikationer och skalade upp den.

Den första IC som någonsin uppfunnits hade bara några få transistorer – 5 för att vara specifik.Och nu har vi sett Intels 18-kärniga Xeon med totalt 5,5 miljarder transistorer.Dessutom hade IBMs Storage Controller 7,1 miljarder transistorer med 480 MB L4-cache 2015.

Denna skalbarhet har spelat en stor roll i den rådande populariteten för integrerade kretsar.

2. Kostnad

Det har varit flera debatter om kostnaden för en IC.Under åren har det också funnits en missuppfattning om det faktiska priset på en IC.Anledningen till detta är att IC:er inte är ett enkelt koncept längre.Tekniken går framåt i en oerhört snabb hastighet, och chipdesigners måste hålla jämna steg med denna takt när de beräknar kostnaden för IC.

För några år sedan användes kostnadsberäkningen för en IC för att förlita sig på kiselmatrisen.Vid den tiden kunde en uppskattning av en chipkostnad lätt bestämmas av formstorleken.Även om kisel fortfarande är ett primärt inslag i deras beräkningar, måste experter också överväga andra komponenter när de beräknar IC-kostnaden.

Hittills har experter härlett en ganska enkel ekvation för att bestämma den slutliga kostnaden för en IC:

Slutlig IC-kostnad = Paketkostnad + Testkostnad + Matriskostnad + Fraktkostnad

Denna ekvation tar hänsyn till alla nödvändiga element som spelar en stor roll vid tillverkningen av chipet.Utöver det kan det finnas några andra faktorer som kan övervägas.Det viktigaste att tänka på när man uppskattar IC-kostnader är att priset kan variera under produktionsprocessen av flera skäl.

Dessutom kan eventuella tekniska beslut som tas under tillverkningsprocessen ha en betydande inverkan på kostnaden för projektet.

3. Tillförlitlighet

Tillverkning av integrerade kretsar är en mycket känslig uppgift eftersom det kräver att alla system arbetar kontinuerligt under miljontals cykler.Externa elektromagnetiska fält, extrema temperaturer och andra driftsförhållanden spelar alla en viktig roll i IC-drift.

De flesta av dessa problem elimineras dock med hjälp av korrekt kontrollerade högstresstest.Det ger inga nya felmekanismer, vilket ökar tillförlitligheten hos de integrerade kretsarna.Vi kan också bestämma brottfördelningen på relativt kort tid genom användning av högre spänningar.

Alla dessa aspekter hjälper till att säkerställa att en integrerad krets kan fungera korrekt.

Dessutom, här är några funktioner för att bestämma beteendet hos integrerade kretsar:

Temperatur

Temperaturen kan variera drastiskt, vilket gör produktionen av IC extremt svår.

Spänning.

Enheter arbetar med en nominell spänning som kan variera något.

Bearbeta

De viktigaste processvariationerna som används för enheter är tröskelspänning och kanallängd.Processvariation klassificeras som:

• Mycket till mycket
• Wafer till wafer
• Dö för att dö

Integrerade kretspaket

Paketet omsluter formen på en integrerad krets, vilket gör det enkelt för oss att ansluta till den.Varje extern anslutning på formen är länkad med en liten bit guldtråd till ett stift på förpackningen.Stift är extruderande terminaler som är silverfärgade.De passerar genom kretsen för att ansluta till andra delar av chipet.Dessa är mycket viktiga eftersom de går runt kretsen och ansluter till ledningarna och resten av komponenterna i en krets.

Det finns flera olika typer av paket som kan användas här.Alla har unika monteringstyper, unika dimensioner och stiftantal.Låt oss ta en titt på hur detta fungerar.

Pin Counting

Alla integrerade kretsar är polariserade, och varje stift är olika vad gäller både funktion och plats.Detta innebär att paketet måste ange och separera alla stift från varandra.De flesta IC:er använder antingen en prick eller en skåra för att visa det första stiftet.

När du har identifierat platsen för det första stiftet, ökar resten av stiftnumren i en följd när du går moturs runt kretsen.

Montering

Montering är en av de unika egenskaperna hos en förpackningstyp.Alla paket kan kategoriseras enligt en av två monteringskategorier: ytmontering (SMD eller SMT) eller genomgående hål (PTH).Det är mycket lättare att arbeta med hålförpackningar eftersom de är större.De är designade för att fästas på ena sidan av en krets och lödas till en annan.

Ytmonterade förpackningar finns i olika storlekar, från små till små.De är fixerade på ena sidan av lådan och löds fast på ytan.Stiften i detta paket är antingen vinkelräta mot chippet, pressade ut på sidan eller är ibland placerade i en matris på chipets bas.Integrerade kretsar i form av ytmontering kräver också specialverktyg för att monteras.

Dubbel in-line

Dual In-line Package (DIP) är ett av de vanligaste paketen.Detta är en typ av genomgående IC-paket.Dessa små marker innehåller två parallella rader av stift som sträcker sig vertikalt ut ur ett svart, rektangulärt plasthus.

Stiften har ett avstånd på cirka 2,54 mm mellan sig – en standard som passar perfekt i breadboards och några andra prototypbrädor.Beroende på antalet stift kan DIP-paketets totala dimensioner variera från 4 till 64.

Området mellan varje rad av stift är åtskilt för att göra det möjligt för DIP IC:er att överlappa mittområdet på en brödbräda.Detta säkerställer att stiften har en egen rad och inte kortar.

Liten kontur

Small-outline integrerade kretspaket eller SOIC liknar en ytmontering.Den är tillverkad genom att böja alla stift på en DIP och krympa ner den.Du kan sätta ihop dessa paket med en stadig hand och till och med ett stängt öga – så enkelt är det!

Quad Flat

Quad Flat-paket sprider stift åt alla fyra riktningarna.Det totala antalet stift i en quad flat IC kan variera allt från åtta stift på en sida (32 totalt) till sjuttio stift på en sida (300+ totalt).Dessa stift har ett mellanrum på cirka 0,4 mm till 1 mm mellan dem.Mindre varianter av quad flat-paketet består av lågprofil (LQFP), tunna (TQFP) och mycket tunna (VQFP) paket.

Ball Grid Arrays

Ball Grid Arrays eller BGA är de mest avancerade IC-paketen som finns.Det här är otroligt komplicerade, små förpackningar där små bollar av lod placeras i ett tvådimensionellt rutnät på basen av den integrerade kretsen.Ibland fäster experterna lödkulorna direkt på formen!

Ball Grid Arrays-paket används ofta för avancerade mikroprocessorer, som Raspberry Pi eller pcDuino.