Người ta không biết ai là người đầu tiên đưa ra ý tưởng chế tạo hai hoặc nhiều bóng bán dẫn trên một chip bán dẫn duy nhất. Có lẽ ý tưởng này nảy sinh ngay sau khi bắt đầu sản xuất các phần tử bán dẫn. Được biết, cơ sở lý thuyết của phương pháp này đã được xuất bản vào đầu những năm 1950. Chỉ mất chưa đầy 10 năm để khắc phục các vấn đề công nghệ, và vào đầu những năm 60, thiết bị đầu tiên đã được phát hành chứa nhiều thành phần điện tử trong một gói - một vi mạch (Chip). Kể từ thời điểm đó, nhân loại đã bắt tay vào con đường cải tiến không có hồi kết.
Mục đích của microcircuits
Trong phiên bản tích hợp, nhiều loại linh kiện điện tử với các mức độ tích hợp khác nhau hiện đang được thực hiện. Từ chúng, cũng như từ các hình khối, bạn có thể thu thập các thiết bị điện tử khác nhau. Do đó, mạch thu vô tuyến có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau. Lựa chọn ban đầu là sử dụng chip bóng bán dẫn.Bằng cách kết nối các kết luận của họ, bạn có thể tạo ra một thiết bị nhận. Bước tiếp theo là sử dụng các nút riêng lẻ trong một thiết kế tích hợp (mỗi người trong cơ thể của chính nó):
- bộ khuếch đại tần số vô tuyến điện;
- dị nhân;
- máy trộn;
- bộ khuếch đại âm tần.
Cuối cùng, tùy chọn hiện đại nhất là toàn bộ bộ thu trong một chip, bạn chỉ cần thêm một vài yếu tố thụ động bên ngoài. Rõ ràng, với sự gia tăng mức độ tích hợp, việc xây dựng các mạch trở nên đơn giản hơn. Ngay cả một máy tính chính thức cũng có thể được triển khai trên một con chip duy nhất. Hiệu suất của nó vẫn sẽ thấp hơn so với các thiết bị điện toán thông thường, nhưng với sự phát triển của công nghệ, rất có thể thời điểm này sẽ được khắc phục.
Các loại chip
Hiện nay, một số lượng lớn các loại vi mạch được sản xuất. Hầu như bất kỳ bộ phận lắp ráp điện tử hoàn chỉnh nào, tiêu chuẩn hay chuyên dụng, đều có sẵn ở dạng vi mô. Không thể liệt kê và phân tích tất cả các loại trong khuôn khổ một bài đánh giá. Nhưng nói chung, theo mục đích chức năng, vi mạch có thể được chia thành ba loại toàn cầu.
- Kỹ thuật số. Làm việc với các tín hiệu rời rạc. Các mức kỹ thuật số được áp dụng cho đầu vào, các tín hiệu cũng được lấy từ đầu ra dưới dạng kỹ thuật số. Loại thiết bị này bao gồm các lĩnh vực từ các phần tử logic đơn giản đến các bộ vi xử lý hiện đại nhất. Điều này cũng bao gồm mảng logic có thể lập trình, thiết bị nhớ, v.v.
- Analog. Chúng hoạt động với các tín hiệu thay đổi theo quy luật liên tục. Một ví dụ điển hình của một vi mạch như vậy là một bộ khuếch đại tần số âm thanh. Nhóm này cũng bao gồm bộ ổn định tuyến tính tích hợp, bộ tạo tín hiệu, cảm biến đo lường, v.v. Danh mục tương tự cũng bao gồm các tập hợp các phần tử thụ động (điện trở, mạch RC, v.v.).
- Tương tự sang kỹ thuật số (Digital to Analog). Các vi mạch này không chỉ chuyển đổi dữ liệu rời rạc thành liên tục hoặc ngược lại. Tín hiệu gốc hoặc tín hiệu nhận được trong cùng một gói có thể được khuếch đại, chuyển đổi, điều chế, giải mã và tương tự. Cảm biến kỹ thuật số tương tự được sử dụng rộng rãi để kết nối các mạch đo của các quy trình công nghệ khác nhau với các thiết bị tính toán.
Vi mạch cũng được chia theo loại hình sản xuất:
- chất bán dẫn - thực hiện trên một tinh thể bán dẫn đơn lẻ;
- phim - các phần tử thụ động được tạo ra trên cơ sở các màng dày hoặc mỏng;
- thiết bị tích cực hybrid - bán dẫn “ngồi xuống” các phần tử phim thụ động (Linh kiện bán dẫn vân vân.).
Nhưng đối với việc sử dụng vi mạch, phân loại này trong hầu hết các trường hợp không cung cấp thông tin thực tế đặc biệt.
Gói chip
Để bảo vệ nội dung bên trong và đơn giản hóa việc lắp đặt, các vi mạch được đặt trong một hộp đựng. Ban đầu, hầu hết các chip được sản xuất trong một lớp vỏ kim loại (tròn hoặc hình chữ nhật) với các dây dẫn linh hoạt nằm xung quanh chu vi.
Thiết kế này không cho phép sử dụng tất cả các ưu điểm của việc thu nhỏ, vì kích thước của thiết bị rất lớn so với kích thước của tinh thể. Ngoài ra, mức độ tích hợp thấp, điều này chỉ làm trầm trọng thêm vấn đề. Vào giữa những năm 60, gói DIP đã được phát triển (gói nội tuyến kép) là một cấu trúc hình chữ nhật với các dây dẫn cứng ở cả hai phía. Vấn đề về kích thước cồng kềnh đã không được giải quyết, nhưng tuy nhiên, một giải pháp như vậy có thể đạt được mật độ đóng gói lớn hơn, cũng như đơn giản hóa việc lắp ráp tự động các mạch điện tử.Số lượng chân vi mạch trong một gói DIP dao động từ 4 đến 64, mặc dù các gói có hơn 40 "chân" vẫn rất hiếm.
Quan trọng! Bước chân cho vi mạch DIP trong nước là 2,5 mm, đối với nhập khẩu - 2,54 mm (1 dòng = 0,1 inch). Do đó, các vấn đề nảy sinh với việc thay thế lẫn nhau của hoàn toàn, có vẻ như, tương tự như sản xuất của Nga và nhập khẩu. Một sự khác biệt nhỏ gây khó khăn cho việc lắp đặt các thiết bị giống hệt nhau về chức năng và sơ đồ chân trong bo mạch và trong bảng điều khiển.
Với sự phát triển của công nghệ điện tử, nhược điểm của các gói DIP đã lộ rõ. Đối với bộ vi xử lý, số lượng chân cắm là không đủ, và việc tăng thêm chúng đòi hỏi phải tăng kích thước của vỏ. các vi mạch như vậy bắt đầu chiếm quá nhiều không gian chưa được sử dụng trên bo mạch. Vấn đề thứ hai đã khiến kỷ nguyên thống trị của DIP kết thúc là việc sử dụng rộng rãi việc lắp đặt bề mặt. Các phần tử bắt đầu được lắp đặt không phải trong các lỗ trên bảng, mà được hàn trực tiếp vào các miếng tiếp xúc. Phương pháp lắp này hóa ra rất hợp lý, vì vậy cần phải có các vi mạch trong các gói thích hợp để hàn bề mặt. Và quá trình tập hợp các thiết bị để gắn "lỗ" bắt đầu (lỗ thật) các phần tử được đặt tên là smd (chi tiết gắn trên bề mặt).
Bước đầu tiên hướng tới việc chuyển đổi sang các gói SOIC thép lắp trên bề mặt và các sửa đổi của chúng (SOP, HSOP và hơn thế nữa). Chúng, giống như DIP, có các chân thành hai hàng dọc theo các cạnh dài, nhưng chúng song song với mặt phẳng đáy của vỏ.
Một bước phát triển nữa là gói QFP. Vỏ hộp hình vuông này có các thiết bị đầu cuối ở mỗi bên.Trường hợp PLLC tương tự như nó, nhưng nó vẫn gần với DIP hơn, mặc dù các chân cũng nằm xung quanh toàn bộ chu vi.
Trong một thời gian, chip DIP đã giữ vị trí của mình trong lĩnh vực thiết bị có thể lập trình (ROM, bộ điều khiển, PLM), nhưng sự lan rộng của lập trình trong mạch cũng đã đẩy các gói lỗ thực hai hàng ra khỏi khu vực này. Giờ đây, ngay cả những bộ phận đó, việc lắp đặt chúng vào các lỗ dường như không có giải pháp thay thế, đã nhận được hiệu suất SMD - ví dụ, bộ ổn định điện áp tích hợp, v.v.
Sự phát triển của các trường hợp vi xử lý đã đi theo một con đường khác. Vì số lượng chân không vừa với chu vi của bất kỳ kích thước hình vuông hợp lý nào, nên các chân của một vi mạch lớn được sắp xếp dưới dạng ma trận (PGA, LGA, v.v.).
Lợi ích của việc sử dụng vi mạch
Sự ra đời của microcircuits đã cách mạng hóa thế giới điện tử (đặc biệt là trong công nghệ vi xử lý). Máy tính trên những ngọn đèn chiếm một hoặc nhiều phòng được ghi nhớ như một sự tò mò về lịch sử. Nhưng một bộ xử lý hiện đại chứa khoảng 20 tỷ bóng bán dẫn. Nếu chúng ta lấy diện tích của một bóng bán dẫn trong phiên bản rời rạc ít nhất 0,1 cm vuông, thì diện tích mà bộ xử lý chiếm toàn bộ sẽ phải ít nhất 200.000 mét vuông - khoảng 2.000 ba phòng cỡ vừa. các căn hộ.
Bạn cũng cần cung cấp dung lượng cho bộ nhớ, thẻ âm thanh, thẻ âm thanh, bộ điều hợp mạng và các thiết bị ngoại vi khác. Chi phí lắp đặt một số phần tử rời rạc như vậy sẽ rất lớn và độ tin cậy của hoạt động thấp đến mức không thể chấp nhận được. Việc khắc phục sự cố và sửa chữa sẽ mất rất nhiều thời gian. Rõ ràng là thời đại của máy tính cá nhân không có chip với mức độ tích hợp cao sẽ không bao giờ đến.Ngoài ra, nếu không có các công nghệ hiện đại, các thiết bị đòi hỏi sức mạnh tính toán lớn sẽ không được tạo ra - từ hộ gia đình đến công nghiệp hoặc khoa học
Hướng phát triển của điện tử được xác định trước trong nhiều năm tới. Trước hết, đây là sự gia tăng mức độ tích hợp của các phần tử vi mạch, gắn liền với sự phát triển không ngừng của công nghệ. Có một bước nhảy vọt về chất ở phía trước, khi khả năng của vi điện tử sẽ đạt đến giới hạn, nhưng đây là một câu hỏi về một tương lai khá xa.
Các bài tương tự:
