Veliko integrisano kolo. Mikrokrugovi

Slika 4.8

Ovdje se dielektrik sastoji od dva sloja: silicijum nitrida (Si 3 N 4) i silicijum oksida (SiO 2). Napon praga se može promijeniti primjenom kratkih (oko 100 μs) naponskih impulsa različitog polariteta, sa velikom amplitudom od 30 ... 50 V na gejt. Kada se primijeni impuls od +30 V, napon praga koristi tranzistor ili napon vrata U ZI = ± 10V. U ovom načinu rada, MNOS tranzistor radi kao konvencionalni MIS tranzistor sa induciranim kanalom. R-tip.

Kada se primeni impuls od -30 V, napon praga poprima vrednost U ZIthor ~ 20 V, kao što je prikazano na sl. 4.8, 6 i v. U tom slučaju signali na ulazu tranzistora U ZI ± 10 V ne mogu dovesti tranzistor iz zatvorenog stanja. Ovaj fenomen se koristi u RPZU.

Rad MNOS tranzistora zasniva se na akumulaciji naboja na granici nitridnog i oksidnog sloja. Ova akumulacija je rezultat nejednakih struja provodljivosti u slojevima. Proces akumulacije je opisan izrazom dq/ dt= I sio 2 - I si 3 n 4 . Sa velikim negativnim naponom U ZI akumulira pozitivan naboj na granici. Ovo je ekvivalentno uvođenju donora u dielektrik i praćeno je povećanjem negativnog napona praga. Sa velikim pozitivnim naponom U ZI akumulira negativan naboj na granici. To rezultira smanjenjem napona negativnog praga. Na niskim naponima U ZI struje u dielektričnim slojevima se smanjuju za 10...15 redova veličine, tako da se akumulirani naboj čuva hiljadama sati, a samim tim i granični napon je očuvan.

Postoji još jedna mogućnost konstruisanja memorijske ćelije za RPZU na bazi MIS tranzistora sa jednoslojnim dielektrikom. Ako se na kapiju dovede dovoljno visok napon, onda slom lavine dielektrika, što rezultira akumulacijom elektrona u njemu. U ovom slučaju, prag napona tranzistora će se promijeniti. Naelektrisanje elektrona se zadržava hiljadama sati. Da bi se izvršilo prepisivanje informacija, potrebno je ukloniti elektrone iz dielektrika. To se postiže osvjetljavanjem kristala ultraljubičastom svjetlošću, što uzrokuje fotoelektrični efekat: izbacivanje elektrona iz dielektrika.

Koristeći ultraljubičasto brisanje moguće je značajno pojednostaviti RPZU kolo. Generalizovani blok dijagram RPZU sa ultraljubičastim brisanjem (slika 4.9) sadrži, pored MNP, dekoder adresnog signala (DAS), kristalni selektor (UVK) i bafer pojačalo (BU) za čitanje informacija.

Slika 4.9

Prema gornjem strukturnom dijagramu, posebno je napravljen LSI RROM sa ultraljubičastim brisanjem tipa K573RF1 kapaciteta 8192 bita.

4.8. Digitalno analogni pretvarači

Svrha DAC-a je da pretvori binarni digitalni signal u ekvivalentni analogni napon. Takva konverzija se može izvesti pomoću otpornih kola prikazanih na Sl. 4.10.

Slika 4.10

DAC sa binarnim otpornicima težine (slika 4.10, a) zahtijeva manje otpornika, ali to zahtijeva niz preciznih vrijednosti otpora. Analogni izlazni napon U DAC je definiran kao funkcija ulaznih napona na dva nivoa:

U en =( U A+2 U B+4 U C +…)/(1+2+4+...).

Na digitalnim ulazima U A , U B, U C, ... napon može uzeti samo dvije fiksne vrijednosti, na primjer, 0 ili 1. Za DAC koji koristi otpornike R i R/2, potrebno je više otpornika (slika 4.10.6), ali sa samo dvije vrijednosti. Analogni napon na izlazu takvog DAC-a određuje se formulom

U en =( U A+2 U B+4 U C+…+m U n)/2n

gdje je n - broj DAC bitova; T - koeficijent u zavisnosti od broja DAC bitova.

Da bi se osigurala visoka preciznost, otporna DAC kola moraju raditi na opterećenju visokog otpora. Za usklađivanje otpornih kola sa opterećenjem niskog otpora, koriste se bafer pojačala zasnovana na operacionim pojačavačima, prikazana na Sl. 4.10, a, b.

4.9. Analogno digitalni pretvarači

Svrha ADC-a je da pretvori analogni napon u njegov digitalni ekvivalent. Tipično, ADC-ovi su složeniji od DAC-ova, pri čemu je DAC često čvor ADC-a. Generalizirani blok dijagram ADC-a sa DAC-om u povratnom kolu prikazan je na sl. 4.11.

Slika 4.11

ADC napravljeni prema ovoj shemi imaju široku primjenu zbog svoje dobre tačnosti, brzine, relativne jednostavnosti i niske cijene.

ADC uključuje n-bitni registar okidača rezultata konverzije DD 1 - DDn, DAC za kontrolu bita; komparator spojen na CU kontrolni uređaj i koji sadrži generator taktne frekvencije. Implementacijom VUU različitih algoritama rada ADC dobijaju se različite karakteristike pretvarača.

Koristeći sl. 4.11, razmotrićemo princip rada ADC-a, pod pretpostavkom da se reverzni brojač koristi kao registar okidača. Brojač gore/dolje ima digitalni izlaz, napon na kojem se povećava sa svakim taktnim impulsom, kada je nivo napona visok na ulazu brojača "Direct count", a nivo napona nizak na ulazu "Reverse count" . Suprotno tome, napon na digitalnom izlazu opada sa svakim impulsom takta kada je ulaz za odbrojavanje nizak, a ulaz za odbrojavanje visok.

Najvažniji čvor ADC-a je komparator (K), koji ima dva analogna ulaza U DAC i U an i digitalni izlaz povezan preko CU na reverzibilni brojač. Ako je napon na izlazu komparatora visok, nivo na ulazu brojača "Direct count" takođe će biti visok. Suprotno tome, kada je izlazni napon komparatora nizak, ulaz Count Up će također biti nizak.

Prema tome, u zavisnosti od toga da li je izlaz komparatora visok ili nizak, brojač gore/dole broji gore ili dole. U prvom slučaju na ulazu U DAC komparatora pokazuje napon koji se postepeno povećava, au drugom - korak pada.

Budući da komparator radi bez povratne sprege, njegov izlazni napon postaje visok kada napon na njegovom ulazu U en će postati nešto negativniji nego na ulazu U DAC. Suprotno tome, nivo izlaznog napona pada na nisku čim se poveća ulazni napon U en će postati nešto pozitivniji od ulaznog napona U DAC.

Na ulazu U Komparator DAC prima izlazni napon DAC-a, koji se poredi sa analognim ulaznim naponom primenjenim na ulaz U en .

Ako je analogni napon U en premašuje napon uzet sa izlaza DAC-a, reverzibilni brojač broji u smjeru naprijed, povećavajući napon na ulazu u koracima U DAC do vrijednosti ulaznog napona U an. Ako U en<U DAC ili postaje jedan tokom procesa brojanja, napon na izlazu komparatora je nizak i brojač broji u suprotnom smjeru, opet vodi U DAC to U en . Dakle, sistem ima povratnu spregu koja održava izlazni napon DAC-a približno jednak naponu U en . Stoga je izlaz brojača gore/dolje uvijek digitalni ekvivalent analognog ulaznog napona. Izlaz brojača gore/dolje čita digitalni ekvivalent analognog ulaznog signala ADC-a.

4.10. Digitalni i analogni multiplekseri

U mikroprocesorskim sistemima, ADC-ima, DAC-ovima, kao iu elektronskim komutacionim sistemima, široko se koriste multipleksori: višekanalni prekidači (sa 4, 8, 16, 32, 64 ulaza i 1-2 izlaza) sa digitalnim upravljačkim uređajem. Najjednostavniji multipleksori digitalnih i analognih signala prikazani su na sl. 4.12, a i b respektivno.

Slika 4.12

Digitalni multiplekser (slika 4.12, a) omogućava sekvencijalno ili proizvoljno ispitivanje logičkih stanja izvora signala X 0 , X 1 , X 2 , X 3 i prosljeđivanje rezultata ankete na izlaz

Po ovom principu, multipleksori se grade za bilo koji potreban broj ulaza informacija. Neki tipovi digitalnih multipleksora također dozvoljavaju prebacivanje analognih informacijskih signala.

Međutim, najbolje performanse imaju analogni multipleksori, koji sadrže matricu visokokvalitetnih analognih ključeva (AK 1 ... AK 4), koji rade za pojačalo izlaznog bafera, digitalnu upravljačku jedinicu. Povezivanje čvorova međusobno je ilustrovano na Sl. 4.12.6.

Primjer analognog multipleksora LSI je mikrokolo K591KN1, napravljeno na bazi MIS tranzistora. Omogućava prebacivanje 16 analognih izvora informacija na jedan izlaz, omogućavajući i adresiranje i uzorkovanje serijskih kanala. Prilikom razvoja LSI analognih multipleksora uzima se u obzir potreba njihove kompatibilnosti sa mikroprocesorskim komandnim sistemom.

Analogni multiplekseri su veoma obećavajući proizvodi za elektronska komutatorna polja i višekanalni elektronski prekidači za komunikaciju, emitovanje i televiziju.

integralno kolo(ili jednostavno integrirano kolo) je skup, po pravilu, velikog broja međusobno povezanih komponenti (tranzistori, diode, kondenzatori, otpornici itd.), proizvedenih u jednom tehnološkom ciklusu (tj. istovremeno), na istom nosaču dizajni - supstrat- i obavljanje određene funkcije transformacije informacija.

Izraz "integrirano kolo" (IC) odražava činjenicu kombinovanja (integriranja) pojedinačnih dijelova - komponenti - u strukturalno jedan uređaj, kao i činjenicu da funkcije koje obavlja ovaj uređaj postaju složenije u odnosu na funkcije pojedinačnih komponenti. .

Komponente koje su dio IS-a i stoga se ne mogu odvojiti od njega kako se nazivaju nezavisni proizvodi elementi IP ili integralni elementi. Imaju neke karakteristike u odnosu na tranzistori, itd., koji su napravljeni u obliku strukturno odvojenih jedinica i spojeni u krug lemljenjem.

Razvoj elektronike zasniva se na kontinuiranom usložnjavanju funkcija koje obavlja elektronska oprema. U određenim fazama postaje nemoguće rješavati nove probleme starim sredstvima ili, kako se kaže, na osnovu starog. baza elemenata, na primjer, korištenjem vakuumskih cijevi ili diskretnih tranzistora. Glavni faktori koji stoje u osnovi promjene u bazi elemenata su: pouzdanost, dimenzije i težina, cijena i snaga.

Karakteristika mikroelektronskih proizvoda je visok stepen složenosti izvršenih funkcija, za koje se stvaraju kola u kojima je broj komponenti u milionima. Iz ovoga je jasno da je osiguranje pouzdanosti rada prilikom ručnog povezivanja komponenti nemoguć zadatak. Jedini način da se to riješi je korištenje kvalitativno novih visokih tehnologija.

Za proizvodnju integriranih kola koristi se metod grupne proizvodnje i planarna tehnologija.

grupna metoda proizvodnja leži u činjenici da se, prvo, veliki broj integrisanih kola istovremeno proizvodi na jednoj ploči od poluprovodničkog materijala; drugo, ako to tehnološki proces dopušta, tada se deseci takvih ploča obrađuju istovremeno. Nakon završetka ciklusa proizvodnje IC-a, pločica se reže u dva međusobno okomita smjera u zasebne kristale, od kojih je svaki IC.

planarna tehnologija- to je takva organizacija tehnološkog procesa, kada se svi elementi i njihove komponente stvaraju u integriranom kolu formiranjem kroz ravan.

Jedna ili više tehnoloških operacija u proizvodnji IC-a sastoji se od povezivanja pojedinačnih elemenata u strujni krug i njihovog pričvršćivanja na posebne kontaktne jastučiće. Stoga je neophodno da zaključci svih elemenata i kontaktnih pločica budu u istoj ravni. Ovu mogućnost pruža planarna tehnologija.

Završna operacija - pakovanje- ovo je postavljanje IC-a u kućištu sa spojem kontaktnih pločica na noge IC-a (sl. 2.20).

Cijena D jedan IC (jedan čip) može se pojednostaviti na sljedeći način:

gdje A- troškovi istraživačko-razvojnog rada na kreiranju IS; V- troškovi tehnološke opreme, prostorija i sl.; WITH- tekući troškovi za materijal, struju, plate, u vidu jedne ploče; Z- broj ploča proizvedenih prije amortizacije osnovnih proizvodnih sredstava; X- broj kristala na ploči; Y- odnos odgovarajućih IC-a prema broju puštenih u proizvodnju na početku.

Pored očiglednih komentara o troškovima, treba napomenuti i sljedeće. Povećati Y postignuto stvaranjem sve modernije tehnologije, možda najsloženije i najčistije među mnogim najnovijim industrijama. Rast broja kristala X na ploči se može postići na dva načina: povećanjem veličine ploče i smanjenjem veličine pojedinih elemenata. Oba ova smjera koriste programeri.

U zaključku, napominjemo da sve konstante uključene u formulu nisu niti konstantne niti zavisne jedna od druge, tako da je analiza za minimalni trošak zapravo složena i multifaktorska.

IP klasifikacija. Klasifikacija IP može se izvršiti prema različitim kriterijima, ovdje ćemo se ograničiti na samo jedan. Prema načinu proizvodnje i rezultirajućoj strukturi razlikuju se dva fundamentalno različita tipa integriranih kola: poluvodički i filmski.

Semiconductor IC- ovo je mikrokolo čiji su elementi napravljeni u prizemnom sloju poluprovodničke podloge (slika 2.21). Ove IC-ove čine osnovu moderne mikroelektronike.

Film IC- ovo je mikro krug, čiji su elementi izrađeni u obliku različitih vrsta filmova nanesenih na površinu dielektrične podloge (slika 2.22). Ovisno o načinu nanošenja filmova i debljini koja je povezana s tim, razlikuju se tankog filma IC (debljina filma do 1-2 mikrona) i debeli film IP (debljina filma od 10-20 mikrona i više). Budući da do sada nijedna kombinacija raspršenih filmova nije omogućila dobivanje aktivnih elemenata kao što su tranzistori, filmske IC-ove sadrže samo pasivne elemente (otpornike, kondenzatore, itd.). Stoga su funkcije koje obavljaju isključivo filmske IC-ove izuzetno ograničene. Da bi se prevazišla ova ograničenja, filmska IC je dopunjena aktivnim komponentama (pojedinačnim tranzistorima ili IC), postavljenim na istu podlogu i spojenim na elemente filma. Tada se ispostavlja IP, koji se zove hibrid.

hibridni IC(ili GIS) je mikrokolo, koje je kombinacija filmskih pasivnih elemenata i aktivnih komponenti smještenih na zajedničkoj dielektričnoj podlozi. Diskretne komponente koje čine hibridni IC se nazivaju montiran,čime se naglašava njihova izolacija od glavnog tehnološkog ciklusa za dobijanje filmskog dela kola.

Druga vrsta "mješovite" IC, koja kombinira poluvodičke i filmske integrirane elemente, naziva se kombinirana.

Kombinovani IC- ovo je mikrokolo u kojem se aktivni elementi izrađuju u prizemnom sloju poluvodičkog kristala (kao u poluvodičkom IC), a pasivni elementi se talože u obliku filmova na prethodno izoliranoj površini istog kristala ( kao u filmu IC).

Kombinirani IC-ovi su korisni kada su potrebne visoke vrijednosti i visoka otpornost i stabilnost kapacitivnosti; ove zahtjeve je lakše ispuniti sa filmskim elementima nego sa poluvodičkim.

U svim tipovima IC-a, međusobne veze elemenata se izvode pomoću tankih metalnih traka nanesenih ili nanesenih na površinu podloge i na pravim mjestima u kontaktu sa spojenim elementima. Proces nanošenja ovih spojnih traka naziva se metalizacija, i "crtanje" interkonekcija - metalne žice.

Poluprovodnici To nove IC-ove. Trenutno se razlikuju sljedeće poluvodičke IC-ove: bipolarni, MOS (metal-oksid-poluprovodnik) i BIMOP. Potonji su kombinacija prva dva, a kombinuju svoje pozitivne kvalitete.

Tehnologija poluvodičkih IC-a zasniva se na dopiranju poluvodičke (silicijumske) pločice naizmjenično sa donorskim i akceptorskim nečistoćama, uslijed čega se ispod površine formiraju tanki slojevi različite provodljivosti. okrug- prelazi na granicama slojeva. Odvojeni slojevi se koriste kao otpornici i okrug-prijelazi - u diodnim i tranzistorskim strukturama.

Doping ploče se mora obaviti lokalno, tj. u odvojenim područjima odvojenim prilično velikim udaljenostima. Lokalni doping se provodi pomoću specijalne maske sa rupama kroz koje atomi nečistoće prodiru u ploču u željenim područjima. U proizvodnji poluvodičkih IC-a, ulogu maske obično igra film silicijum dioksida SiO 2 koji prekriva površinu silicijumske pločice. U ovom filmu posebnim metodama je ugraviran neophodan set rupa različitih oblika, ili, kako kažu, potrebni crtanje(pirinač. 2.22). Rupe u maskama, posebno u oksidnom filmu, nazivaju se prozori.

Sada ćemo ukratko okarakterizirati komponente (elemente) poluvodičkih IC-a. Glavni element bipolarnih IC-a je n-p-n-tranzistor: čitav tehnološki ciklus je orijentisan na njegovu proizvodnju. Sve ostale elemente treba proizvesti, ako je moguće, istovremeno sa ovim tranzistorom, bez dodatnih tehnoloških operacija.

Glavni element MIS IC-a je MIS tranzistor. Proizvodnja ostalih elemenata je također prilagođena baznom tranzistoru.

Elementi bipolarnog IC-a moraju biti izolovani jedan od drugog na ovaj ili onaj način kako ne bi bili u interakciji kroz kristal.

MOS IC elementi ne trebaju posebnu izolaciju jedan od drugog, jer nema interakcije između susjednih MOS tranzistora. Ovo je jedna od glavnih prednosti MOS IC-a u odnosu na bipolarne.

Karakteristična karakteristika poluvodičkih IC-a je da među njihovim elementima nema induktora i, osim toga, transformatora. To se objašnjava činjenicom da do sada nije bilo moguće koristiti bilo koji fizički fenomen ekvivalentan elektromagnetnoj indukciji u čvrstom tijelu. Stoga, pri razvoju IC-a, pokušavaju implementirati potrebnu funkciju bez upotrebe induktiviteta, što u većini slučajeva i uspijeva. Ako su induktor ili transformator neophodni, moraju se koristiti kao dodatne komponente.

Veličina kristala modernih poluvodičkih IC-a dostiže 20x20 mm 2 . Što je veća površina čipa, to se na njega može postaviti složeniji, više elemenata IC. Sa istom površinom kristala, možete povećati broj elemenata smanjenjem njihove veličine i udaljenosti između njih.

Uobičajeno je karakterizirati funkcionalnu složenost IS-a stepen integracije one. broj elemenata (najčešće tranzistora) na čipu. Maksimalni stepen integracije je 106 elemenata po čipu. Povećanje stepena integracije (a samim tim i složenost funkcija koje obavljaju IC) jedan je od glavnih trendova u mikroelektronici.

Za kvantifikaciju stepena integracije koristi se uslovni koeficijent k= log N. Ovisno o značenju, unutrašnja kola se nazivaju drugačije:

k≤ 2 (N ≤ 100) - integrisano kolo (IC);

2 ≤ k ≤ 3 (N ≤ 1000) - integrisano kolo srednjeg stepena integracije (SIS);

3 ≤ k ≤ 5 (N ≤ 10 5) - veliko integrisano kolo (LSI);
k> 5 (N>10 5) - veoma veliko integrisano kolo (VLSI).

Ispod su engleske oznake i njihovi transkripti:

IC - Integrisano kolo;

MSI - Integracija srednje veličine;

LSI - Velika integracija;

VLSI - Integracija veoma velikih razmera.

Pored stepena integracije, koriste i indikator kao što je gustina pakovanja- broj elemenata (najčešće tranzistora) po jedinici površine kristala. Ovaj pokazatelj, koji karakteriše uglavnom nivo tehnologije, trenutno je do 500-1000 elemenata/mm 2 .

Hybrid ICs. Filmske, a samim tim i hibridne IC-ove, ovisno o tehnologiji proizvodnje, dijele se na debeloslojne i tankoslojne.

GIS debelog filma (označimo ih TsGIS) napravljeni su prilično jednostavno. nanosi se na dielektričnu podlogu pasta različit sastav. Konduktivne paste obezbeđuju međusobne veze elemenata, kondenzatorskih ploča i izvoda do pinova kućišta; otpornik - dobijanje otpornika; dielektrika - izolacija između ploča kondenzatora i opća zaštita površine gotovog GIS-a. Svaki sloj treba da ima svoju konfiguraciju, svoj uzorak. Stoga se u izradi svakog sloja pasta nanosi kroz njegovu masku - šablona- sa prozorima na onim mjestima gdje bi pasta ovog sloja trebala pasti. Nakon toga, zglobne komponente se lijepe i povezuju se njihovi zaključci kontaktne oblasti.

Tankoslojni GIS (označimo ih kao TKGIS) se proizvode pomoću složenije tehnologije od TSGIS-a. Klasičnu tehnologiju tankog filma karakteriše činjenica da se filmovi talože na podlogu iz gasne faze. Nakon uzgoja sljedećeg filma mijenjaju se kemijski sastav plina, a time i elektrofizička svojstva sljedećeg filma. Na taj način se redom dobivaju provodljivi, otporni i dielektrični slojevi. Konfiguracija (crtež) svakog sloja određena je ili šablonom, kao u slučaju TsGIS-a, ili maskom, poput oksidne maske u poluvodičkim IC-ovima (vidi sliku 1.4).

Spojeni elementi u TkGIS-u, kao iu TsGIS-u, zalijepljeni su na površinu gotovog filmskog dijela kruga i spojeni na odgovarajuće kontaktne jastučiće elemenata.

Stepen integracije GIS-a ne može se ocijeniti na isti način kao u slučaju poluvodičkih IC-a. Međutim, postoji termin veliki GIS(ili BGIS), što znači da GIS kao priključene komponente ne uključuje pojedinačne tranzistore, već cijele poluvodičke IC-ove.

Klasifikacija integrisanih kola

Po dizajnu i tehnološkim performansama razlikuju se poluvodičke, filmske i hibridne IC-ove.

Poluprovodnici uključuju PMS (poluprovodnička integrisana kola), svi elementi i međuelementi čije se veze izvode u zapremini ili na površini poluprovodnika. U zavisnosti od načina izolacije pojedinih elemenata razlikuju se PMS sa izolacijom p-n spojevima i mikro kola sa dielektričnom (oksidnom) izolacijom. PMS se također može napraviti na podlozi od dielektričnog materijala na bazi i bipolarnih i tranzistora sa efektom polja. Obično se u ovim krugovima tranzistori izrađuju u obliku troslojnih struktura sa dva p-n spoja (n-p-n-tip), a diode su u obliku dvoslojnih struktura sa jednim p-n spojem. Ponekad se umjesto dioda koriste tranzistori spojeni na diode. PMS otpornici, predstavljeni dijelovima dopiranog poluvodiča s dva terminala, imaju otpor od nekoliko kilo-oma. Kao otpornici visokog otpora, ponekad se koriste obrnuti otpor p-n spoja ili ulazni otpori repetitora. Ulogu kondenzatora u PMS-u obavljaju obrnuti p-rt spojevi. Kapacitet takvih kondenzatora je 50 - 200 pF. U PMS-u je teško napraviti induktore, pa je većina uređaja dizajnirana bez induktivnih elemenata. Svi elementi PMS-a su dobijeni u jednom tehnološkom ciklusu u poluvodičkom kristalu. Elementi takvih kola su povezani pomoću aluminijskih ili zlatnih filmova dobivenih vakuumskim taloženjem. Povezivanje kola sa vanjskim vodovima vrši se aluminijskim ili zlatnim provodnicima promjera oko 10 mikrona, koji se termičkom kompresijom pričvršćuju na filmove, a zatim zavaruju na vanjske vodove mikrokola. Poluprovodnička mikro kola mogu da rasipaju snagu od 50-100 mW, rade na frekvencijama do 20-100 MHz, obezbeđuju vreme kašnjenja do 5 ns. Gustoća ugradnje elektronskih uređaja na PMS je do 500 elemenata po 1 cm3. Savremeni grupni tehnološki ciklus omogućava obradu na desetine poluprovodničkih pločica istovremeno, od kojih svaka sadrži stotine PMS sa stotinama elemenata u kristalu, povezanih u zadata elektronska kola. Ovom tehnologijom je osigurana visoka identičnost električnih karakteristika mikrokola.

Film integral(ili jednostavno filmska kola PS) nazivaju se IC-ovi, čiji su svi elementi i međuelementne veze napravljene samo u obliku filmova. Integrirana kola se dijele na tanki i debeli film. Ove šeme mogu imati kvantitativnu i kvalitativnu razliku. Tankofilni IC se uslovno nazivaju IC sa debljinom filma do 1 μm, a IC sa debelim filmom su IC sa debljinom filma iznad 1 μm. Kvalitativna razlika je određena tehnologijom proizvodnje filma. Tankofilni IC elementi se nanose na podlogu korišćenjem termičkog vakuumskog taloženja i katodnog raspršivanja. Elementi debeloslojnih IC-a proizvode se uglavnom metodom sitotiske nakon čega slijedi spaljivanje.

Hibridna integrisana kola(GIS) su kombinacija montiranih aktivnih radio elemenata (mikrotranzistora, diode) i filmskih pasivnih elemenata i njihovih veza. Tipično, GIS sadrže: izolacijske podloge od stakla ili. ke-, okviri, na čijoj se površini formiraju filmski provodnici, otpornici, mali kondenzatori; aktivni elementi bez okvira (diode, tranzistori); montirani pasivni elementi u minijaturnom dizajnu (prigušnice, transformatori, veliki kondenzatori), koji se ne mogu izraditi u obliku filmova. Tako proizveden GIS zapečaćen je u plastično ili metalno kućište. Otpornici sa otporom od hiljaditih delova oma do desetina kilooma u GIS-u se izrađuju u obliku tankog filma nihroma ili tantala. Filmovi se nanose na izolacionu podlogu (podlogu) i podvrgavaju termičkom žarenju. Za dobivanje otpornika s otporom od desetine megaoma koriste se metalno-dielektrične mješavine (krom, silicijum monoksid, itd.). Prosječne dimenzije filmskih otpornika su (1 - 2) X10 ~ 3 cm2. Kondenzatori u GIS-u su napravljeni od tankih filmova bakra, srebra, aluminija ili zlata. Taloženje ovih metala vrši se podslojem od hroma, titana, molibdena, obezbeđujući dobro prianjanje sa izolacionim materijalom podloge. Kao dielektrik u kondenzatorima koristi se film od silicijum oksida, berilijuma, titan dioksida itd. Filmski kondenzatori se izrađuju kapaciteta od desetinki pikofarada do desetina hiljada pikofarada veličine od 10~3 do 1 cm2. GIS provodnici, uz pomoć kojih se izvode međuelementne veze - i spajanje na stezaljke terminala, izrađuju se u obliku tankog filma od zlata, bakra ili aluminijuma sa podslojem od nikla, hroma, titana, koji obezbeđuje visoku adheziju. na izolacionu podlogu. Hibridna integrirana kola, u kojima je debljina filmova nastalih prilikom proizvodnje pasivnih elemenata, do 1 mikrona sa širinom od 100 - 200 mikrona, klasificiraju se kao tankoslojni. Takvi filmovi se dobijaju termičkim prskanjem na površini podloge u vakuumu pomoću šablona, ​​maski. Hibridna integrirana kola debljine od 1 mikrona ili više nazivaju se debelim filmom i proizvode se prskanjem provodljivih ili dielektričnih pasta na podloge kroz mrežaste šablone, nakon čega slijedi njihovo pečenje u podloge na visokoj temperaturi. Ova kola su velika i imaju puno pasivnih elemenata. Pričvršćeni aktivni elementi sastoje se od fleksibilnih ili krutih "loptastih" vodova, koji su pričvršćeni na filmski mikrokolo lemljenjem ili zavarivanjem.

Gustoća pasivnih i aktivnih elemenata sa njihovim višeslojnim rasporedom u GIS-u napravljenom tehnologijom tankog filma dostiže 300–500 elemenata po 1 cm3, a gustoća ugradnje elektronskih uređaja na GIS je 60–100 elemenata po 1 cm3. Sa takvom gustinom montaže, zapremina uređaja koji sadrži 107 elemenata je 0,1 - 0,5 m3, a radni vijek je 103 - 104 sata. -

Glavna prednost GIS-a je mogućnost djelomične integracije elemenata izrađenih korištenjem različitih tehnologija (bipolarni, tanki i debeli film, itd.) sa širokim spektrom električnih parametara (male snage, velike snage, aktivni, pasivni, visoko- brzina itd.).

Trenutno je obećavajuća hibridizacija različitih tipova integrisanih kola. Uz male geometrijske dimenzije filmskih elemenata i veliku površinu pasivnih supstrata, na njihovu površinu mogu se postaviti desetine do stotine IC-a i drugih komponenti. Na ovaj način se stvaraju hibridne IC s više čipova sa velikim brojem (nekoliko hiljada) dioda, tranzistora u nedjeljivom elementu. U kombinovanim mikro krugovima mogu se postaviti funkcionalne jedinice sa različitim električnim karakteristikama.

Poređenje PMS-a i GIS-a. Poluprovodnička mikro kola sa stepenom integracije do hiljada ili više elemenata u jednom kristalu su dobila prednost. Širenje. Obim proizvodnje PMS-a je za red veličine veći od obima proizvodnje GIS-a. U nekim je uređajima preporučljivo koristiti GIS iz više razloga.

GIS tehnologija je relativno jednostavna i zahtijeva manje početne troškove opreme od poluvodičke tehnologije, što pojednostavljuje kreiranje nestandardnih, nestandardnih proizvoda i opreme.

Pasivni dio GIS-a se proizvodi na posebnoj podlozi, što omogućava dobijanje visokokvalitetnih pasivnih elemenata i stvaranje visokofrekventnih IC-a.

GIS tehnologija omogućava zamjenu postojećih metoda višeslojnog štampanog ožičenja prilikom postavljanja IC-a i LSI-a otvorenog pakovanja i drugih poluvodičkih komponenti na podloge. GIS tehnologija je poželjna za IC velike snage. Takođe je poželjno imati hibridnu implementaciju integrisanih kola linearnih uređaja koji obezbeđuju proporcionalni odnos između ulaznih i izlaznih signala. Kod ovih uređaja signali se mijenjaju u širokom rasponu frekvencija i snaga, tako da njihove IC-ove moraju imati širok raspon ocjena koje nisu kompatibilne u jednom proizvodnom procesu pasivnih i aktivnih elemenata. LSI velika integrirana kola omogućuju kombinaciju različitih funkcionalnih jedinica, u vezi s čime se široko koriste u linearnim uređajima.

Prednosti i nedostaci integrisanih kola.

• Prednost IC-a je visoka pouzdanost, mala veličina i težina. Gustoća aktivnih elemenata u LSI dostiže 103 - 104 po 1 cm3. Kada se mikrokrugovi ugrađuju u štampane ploče i spajaju u blokove, gustoća elemenata je 100-500 po 1 cm3, što je 10-50 puta veće nego kada se koriste pojedinačni tranzistori, diode, otpornici u mikromodularnim uređajima.
• Integrisana kola su u radu bez inercije. Zbog male veličine u mikro krugovima, smanjeni su međuelektrodni kapaciteti i induktivnosti spojnih žica, što im omogućava da se koriste na mikrovalnim frekvencijama (do 3 GHz) i u logičkim krugovima s malim vremenom kašnjenja (do 0,1 ns) .
• Mikrokrugovi su ekonomični (od 10 do 200 mW) i smanjuju potrošnju električne energije i masu izvora napajanja.

Glavni nedostatak IC je male izlazne snage (50 - 100 mW).

Ovisno o funkcionalnoj namjeni IS-a, dijele se u dvije glavne kategorije - analogni (ili linearno impulsni) i digitalni (ili logički).

Analogno integrisan AIS kola se koriste u radiotehničkim uređajima i služe za generiranje i linearno pojačavanje signala koji se mijenjaju prema zakonu kontinuirane funkcije u širokom rasponu snaga i frekvencija. Kao rezultat toga, analogni IC-ovi moraju sadržavati pasivne i aktivne elemente različitih ocjena i parametara, što otežava njihov razvoj. Hibridni IC-ovi smanjuju poteškoće u proizvodnji mikrominijaturnih analognih uređaja. Integrisana mikro kola postaju glavna elementska baza radioelektronske opreme.

Digitalno integrisan CIS šeme se koriste u računarima, uređajima za diskretnu obradu informacija i automatizaciju. Uz pomoć CIS-a, digitalni kodovi se pretvaraju i obrađuju. Varijanta ovih kola su logička kola koja izvode operacije nad binarnim kodovima u većini modernih računara i digitalnih uređaja.

Analogni i digitalni IC se proizvode u seriji. Serija uključuje IC-ove koji mogu obavljati različite funkcije, ali imaju jedinstven dizajn i tehnološki dizajn i namijenjeni su zajedničkoj upotrebi. Svaka serija sadrži nekoliko različitih tipova, koji se mogu podijeliti na tipove koji imaju specifičnu funkcionalnu svrhu i simbol. Skup nominalnih vrijednosti formira tip IS-a.

) prvi je iznio ideju kombiniranja mnogih standardnih elektroničkih komponenti u monolitnom poluvodičkom kristalu. Do realizacije ovih prijedloga tih godina nije moglo doći zbog nedovoljnog razvoja tehnologije.

Krajem 1958. i u prvoj polovini 1959. dogodio se iskorak u industriji poluprovodnika. Tri osobe koje su predstavljale tri privatne američke korporacije riješile su tri fundamentalna problema koji su spriječili stvaranje integriranih kola. Jack Kilby iz Texas Instruments patentirao princip ujedinjenja, stvorio prve, nesavršene, IS prototipove i doveo ih u masovnu proizvodnju. Kurt Legovets iz Sprague Electric Company izumio metodu električne izolacije komponenti formiranih na jednom poluvodičkom čipu (izolacija p-n spojem (eng. P–n spojnica izolacija)). Robert Noyce iz Fairchild Semiconductor izumio metodu električnog povezivanja IC komponenti (aluminij) i predložio poboljšanu verziju izolacije komponenti zasnovanu na najnovijoj planarnoj tehnologiji Jeana Ernieja (eng. Jean Hoerni). 27. septembar 1960. Bend Jaya Lasta Jay Last) kreiran na Fairchild Semiconductor prvi radni poluprovodnik IP na idejama Noycea i Ernieja. Texas Instruments, koji je posjedovao patent za Kilbyjev izum, pokrenuo je rat patenta protiv konkurenata koji je okončan 1966. godine svjetskim sporazumom o unakrsnom licenciranju tehnologije.

Rane logičke IC-ove pomenute serije građene su doslovno od standard komponente čije su dimenzije i konfiguracije određene tehnološkim procesom. Inženjeri kola koji su dizajnirali logičke IC-ove određene porodice radili su sa istim tipičnim diodama i tranzistorima. Godine 1961-1962 vodeći programer je razbio paradigmu dizajna Sylvania Tom Longo, po prvi put koristeći razne konfiguraciju tranzistora u zavisnosti od njihovih funkcija u kolu. Krajem 1962 Sylvania lansirao je prvu porodicu tranzistor-tranzistorske logike (TTL) koju je razvio Longo - istorijski prvi tip integrisane logike koji je uspeo da se učvrsti na tržištu dugo vremena. U analognim kolima, proboj ovog nivoa napravio je 1964-1965 od strane programera operativnih pojačala. Fairchild Bob Vidlar.

Prvo u SSSR-u hibridno debeloslojno integrirano kolo (serija 201 "Tropa") razvijeno je 1963-65 u Istraživačkom institutu za preciznu tehnologiju ("Angstrem"), serijski proizvodio od 1965. godine. U razvoju su učestvovali stručnjaci iz NIEM-a (sada NII Argon).

Prvo poluprovodničko integrisano kolo u SSSR-u stvoreno je na bazi planarne tehnologije, razvijeno početkom 1960. u NII-35 (tada preimenovanom u NII Pulsar) od strane tima, koje je kasnije prebačeno u NIIME (Mikron). Stvaranje prvog domaćeg silicijumskog integrisanog kola bilo je fokusirano na razvoj i proizvodnju uz vojno prihvatanje serije integrisanih silikonskih kola TC-100 (37 elemenata - ekvivalent složenosti kola okidača, analoga američke serije IC SN-51 firma Texas Instruments). Prototipovi i proizvodni uzorci silikonskih integriranih kola za reprodukciju dobiveni su iz SAD-a. Radovi su izvedeni u NII-35 (direktor Trutko) i Fabrici poluprovodnika Fryazinsky (direktor Kolmogorov) po nalogu odbrane za upotrebu u autonomnom visinomjeru sistema za navođenje balističkih projektila. Razvoj je uključivao šest tipičnih integrisanih silikonskih planarnih kola serije TS-100 i, uz organizaciju pilot proizvodnje, trajao je tri godine u NII-35 (od 1962. do 1965.). Trebale su još dvije godine da se savlada fabrička proizvodnja uz vojni prijem u Fryazinu (1967).

Paralelno, rad na razvoju integrisanog kola obavljen je u Centralnom dizajnerskom birou u Voronježskoj fabrici poluprovodničkih uređaja (sada -). Godine 1965., tokom posjete VZPP-u od strane ministra elektronske industrije AI Šokina, postrojenje je dobilo instrukcije da izvrši istraživačke radove na stvaranju silicijumskog monolitnog kola - R & D "Titan" (Naredba Ministarstva br. 92 od avgusta 16. 1965.), koja je prije roka završena do kraja godine. Tema je uspješno predata Državnoj komisiji, a serija od 104 diodno-tranzistorska logička kola postala je prvo fiksno dostignuće u oblasti mikroelektronike čvrstog stanja, što je odraženo i naredbom Ministarstva ekonomskog razvoja od 30.12. 1965. br. 403.

Nivoi dizajna

Trenutno (2014.) većina integriranih kola je dizajnirana pomoću specijaliziranih CAD sistema, koji vam omogućavaju automatizaciju i značajno ubrzavanje proizvodnih procesa, na primjer, dobijanje topoloških fotomaski.

Klasifikacija

Stepen integracije

U zavisnosti od stepena integracije, koriste se sledeći nazivi integrisanih kola:

• malo integrisano kolo (MIS) - do 100 elemenata u kristalu,
• srednje integrisano kolo (SIS) - do 1000 elemenata u kristalu,
• veliko integrisano kolo (LSI) - do 10 hiljada elemenata u kristalu,
• vrlo veliko integrirano kolo (VLSI) - više od 10 hiljada elemenata u kristalu.

Ranije su se koristili i sada zastarjeli nazivi: integrisano kolo ultra velikih razmjera (ULSI) - od 1-10 miliona do 1 milijarde elemenata u kristalu i, ponekad, giga-veliko integrirano kolo (GBIS) - više od 1 milijardi elemenata u kristalu. Trenutno, 2010-ih, nazivi "UBIS" i "GBIS" se praktički ne koriste, a sva mikro kola sa više od 10 hiljada elemenata klasifikovana su kao VLSI.

Tehnologija proizvodnje

• Poluvodički mikro krug - svi elementi i međusobne veze su napravljene na jednom poluvodičkom kristalu (na primjer, silicij, germanij, galijev arsenid, hafnijev oksid).

• Integrisano kolo filma - svi elementi i međusobne veze su napravljene u obliku filmova:
  • integrirano kolo debelog filma;
  • tankoslojni integrirani krug.
• Hibrid IC (često se naziva mikrosklop), sadrži nekoliko golih dioda, golih tranzistora i/ili drugih elektronskih aktivnih komponenti. Mikrosklop takođe može uključivati ​​neupakovana integrisana kola. Komponente pasivnog mikrosklopa (otpornici, kondenzatori, induktori) se obično proizvode korištenjem tankoslojnih ili debeloslojnih tehnologija na uobičajenoj, obično keramičkoj podlozi hibridnog mikrokola. Cijela podloga sa komponentama smještena je u jedno zatvoreno kućište.
• Mješoviti mikro krug - pored poluvodičkog kristala, sadrži tankoslojne (debeofilmske) pasivne elemente postavljene na površinu kristala.

Vrsta obrađenog signala

Tehnologije proizvodnje

Logički tipovi

Glavni element analognih kola su tranzistori (bipolarni ili poljski). Razlika u tehnologiji proizvodnje tranzistora značajno utječe na karakteristike mikro krugova. Stoga se u opisu mikrokola često navodi tehnologija proizvodnje kako bi se naglasile opće karakteristike svojstava i mogućnosti mikrokola. Moderne tehnologije kombinuju bipolarne i tranzistorske tehnologije sa efektom polja kako bi se postigle poboljšane performanse čipa.

• Mikrokrugovi na unipolarnim (poljskim) tranzistorima su najekonomičniji (u smislu potrošnje struje):
  • MOS logika (metal-oksid-poluprovodnička logika) - mikrokola se formiraju od tranzistora sa efektom polja n-MOS ili str-MOS tip;
  • CMOS logika (komplementarna MOS logika) - svaki logički element mikrokola sastoji se od para komplementarnih (komplementarnih) tranzistora sa efektom polja ( n-MOS i str-MOS).
• Čipovi na bipolarnim tranzistorima:
  • RTL - otpornik-tranzistor logika (zastarjela, zamijenjena TTL);
  • DTL - dioda-tranzistor logika (zastarjela, zamijenjena TTL);
  • TTL - tranzistor-tranzistorska logika - mikrokola su napravljena od bipolarnih tranzistora sa tranzistorima sa više emitera na ulazu;
  • TTLSH - tranzistor-tranzistorska logika sa Šotkijevim diodama - poboljšani TTL koji koristi bipolarne tranzistore sa Šotkijevim efektom;
  • ESL – emitersko spregnuta logika – na bipolarnim tranzistorima, čiji je način rada izabran tako da ne ulaze u režim zasićenja – što značajno povećava brzinu;
  • IIL - logika integralnog ubrizgavanja.
• Mikrokrugovi koji koriste i poljske i bipolarne tranzistore:

Koristeći isti tip tranzistora, mikrokola se mogu izgraditi koristeći različite metodologije, kao što su statičke ili dinamičke. CMOS i TTL (TTLS) tehnologije su najčešća logika čipa. Tamo gdje je potrebno uštedjeti potrošnju struje koristi se CMOS tehnologija, gdje je važnija brzina i nije potrebna ušteda potrošnje energije, koristi se TTL tehnologija. Slaba tačka CMOS mikrokola je ranjivost na statički elektricitet - dovoljno je rukom dodirnuti izlaz mikrokola, a njegov integritet više nije zajamčen. S razvojem TTL i CMOS tehnologija, mikro kola se približavaju po parametrima i kao rezultat toga, na primjer, serija 1564 mikrokola je napravljena korištenjem CMOS tehnologije, a funkcionalnost i smještaj u kućištu su slični onima kod TTL-a. tehnologije.

Čipovi proizvedeni po ESL tehnologiji su najbrži, ali i najpotrošnjiji, a korišteni su u proizvodnji kompjuterske tehnologije u slučajevima gdje je najvažniji parametar bila brzina proračuna. U SSSR-u, najproduktivniji računari tipa ES106x proizvedeni su na ESL mikro krugovima. Sada se ova tehnologija rijetko koristi.

Tehnološki proces

U proizvodnji mikro kola koristi se metoda fotolitografije (projekcija, kontakt itd.), dok se kolo formira na podlozi (obično silicij) koja se dobiva rezanjem monokristala silicija u tanke pločice dijamantskim diskovima. Zbog malih linearnih dimenzija elemenata mikro kola, napušteno je korištenje vidljive svjetlosti, pa čak i bliskog ultraljubičastog zračenja za osvjetljenje.

Koristeći UV zračenje (ArF excimer laser, talasna dužina 193 nm) proizvedeni su sledeći procesori. U prosjeku, uvođenje novih tehničkih procesa od strane lidera industrije prema ITRS planu odvijalo se svake 2 godine, uz udvostručavanje broja tranzistora po jedinici površine: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011) , 14 nm proizvodnja je počela 2014. godine, razvoj 10 nm procesa se očekuje oko 2018. godine.

U 2015. godini postojale su procjene da će uvođenje novih tehničkih procesa usporiti.

Kontrola kvaliteta

Za kontrolu kvaliteta integrisanih kola široko se koriste takozvane testne strukture.

Svrha

Integrisano kolo može imati potpunu, proizvoljno složenu funkcionalnost - do cijelog mikroračunara (mikroračunara sa jednim čipom).

Analogna kola

• Filteri (uključujući one zasnovane na piezoelektričnom efektu).
• Analog množitelji.
• Analogni atenuatori i promjenjivi pojačivači.
• Stabilizatori napajanja: stabilizatori napona i struje.
• Upravljački mikro krugovi prekidačkih izvora napajanja.
• Pretvarači signala.
• Šeme sinhronizacije.
• Razni senzori (npr. temperatura).

Digitalni sklopovi

• Buffer converters
• (Mikro)procesori (uključujući procesore za računare)
• Čipovi i memorijski moduli
• FPGA (programabilna logička integrisana kola)

Digitalna integrirana kola imaju niz prednosti u odnosu na analogna:

• Smanjena potrošnja energije povezan sa upotrebom impulsnih električnih signala u digitalnoj elektronici. Prilikom prijema i pretvaranja takvih signala, aktivni elementi elektronskih uređaja (tranzistori) rade u "ključnom" načinu rada, odnosno tranzistor je ili "otvoren" - što odgovara signalu visokog nivoa (1), ili "zatvoren" - (0), u prvom slučaju na tranzistoru nema pada napona, u drugom - struja ne teče kroz njega. U oba slučaja, potrošnja energije je blizu 0, za razliku od analognih uređaja, kod kojih su tranzistori većinu vremena u srednjem (aktivnom) stanju.
• Visoka otpornost na buku digitalni uređaji su povezani sa velikom razlikom između visokog (na primjer, 2,5-5 V) i niskog (0-0,5 V) signala. Greška stanja je moguća na takvom nivou interferencije da se visoki nivo tumači kao nizak nivo i obrnuto, što je malo verovatno. Osim toga, u digitalnim uređajima moguće je koristiti posebne kodove koji vam omogućavaju da ispravite greške.
• Velika razlika u nivoima stanja signala visokog i niskog nivoa (logičke "0" i "1") i prilično širok raspon njihovih dozvoljenih promena čini digitalnu tehnologiju neosetljivom na neizbežno širenje parametara elemenata u integrisanoj tehnologiji, eliminiše potreba za odabirom komponenti i podešavanjem elemenata za podešavanje u digitalnim uređajima.

Analogno-digitalna kola

• digitalno-analogni (DAC) i analogno-digitalni pretvarači (ADC);
• primopredajnici (na primjer, interfejs konverter ethernet);
• modulatori i demodulatori;
  • radio modemi
  • dekoderi teleteksta, VHF radio tekst
  • Fast Ethernet i optički linijski primopredajnici
  • pozvati modemi
  • digitalni TV prijemnici
  • optički senzor miša
• čipovi za napajanje elektroničkih uređaja - stabilizatori, pretvarači napona, prekidači za napajanje itd.;
• digitalni prigušivači;
• krugovi sa fazno zaključanom petljom i frekvencijom (PLL);
• Generatori i restauratori sata;
• osnovni matrični čipovi (BMC): sadrži analogna i digitalna kola;

Čip serija

Analogna i digitalna mikro kola se proizvode serijski. Serija je grupa mikro krugova koja imaju jedinstven dizajn i tehnološki dizajn i namijenjena su zajedničkoj upotrebi. Mikrokrugovi iste serije, po pravilu, imaju iste napone izvora napajanja, usklađeni su u pogledu ulaznih i izlaznih otpora, nivoa signala.

korpus

Specifični naslovi

Mikroprocesor čini jezgro računara, a dodatne funkcije, kao što je komunikacija sa perifernim uređajima, vršene su pomoću posebno dizajniranih čipsetova (chipset). Za prve računare, broj čipova u setovima procijenjen je na desetine i stotine, u modernim sistemima to je set od jednog, dva ili tri čipa. U posljednje vrijeme postoje trendovi postepenog prijenosa funkcija čipseta (kontrolor memorije, kontroler magistrale PCI Express) procesoru.

Da biste radili bilo koju manje ili više složenu elektroniku, obično vam je potrebno puno dijelova. Kada ih ima mnogo, mogu se "kombinovati", recimo, u integrisana kola. Šta su oni? Kako su klasifikovani? Kako se prave i koji signali se prenose?

Šta su logička integrisana kola (IC)

Zapravo, ovo je mikroelektronski uređaj koji se temelji na kristalu proizvoljne složenosti, koji je napravljen na poluvodičkom filmu ili pločici. Smeštena je u nerastavljivo kućište (iako može i bez njega, ali samo kada je deo mikrosklopa). Prvo integrisano kolo patentirano je 1968. Ovo je bio svojevrsni iskorak u industriji, iako isporučeni uređaj po svojim parametrima nije mnogo odgovarao modernim idejama. Integrirana kola se uglavnom proizvode za površinsku montažu. Često se pod IC-om podrazumijeva samo jedan kristal ili film. Najrasprostranjeniji integrirani krug na silikonskoj pločici. Ispostavilo se da njegova primjena u industriji ima niz prednosti, na primjer, efikasnost prijenosa signala.

Nivoi dizajna

Ovi uređaji su složeni, što je lijepo prikazano. Sada se kreiraju pomoću posebnih CAD sistema koji automatizuju i značajno ubrzavaju proizvodne procese. Dakle, pri projektovanju se razrađuje:

1. Logički nivo (invertori, NAND, NOR i slično).
2. Inženjering sistema i kola (razrađuju se okidači, enkoderi, ALU, komparatori, itd.);
3. Električni (kondenzatori, tranzistori, otpornici i slični uređaji).
4. Topološki nivo - fotomaske za proizvodnju.
5. Fizički - kako se jedan tranzistor (ili mala grupa) implementira na čip.
6. Softver - kreiraju se instrukcije za mikrokontrolere, mikroprocesore i FPGA. Model ponašanja se razvija pomoću vertikalne šeme.

Klasifikacija

Govoreći o tome kako se razlikuju integrirana kola, nemoguće je odabrati samo jedan parametar vrste složenosti tehnologije u pitanju. Stoga su u okviru članka odabrana čak tri.

Stepen integracije

1. Malo integrisano kolo. Sadrži manje od stotinu elemenata.
2. Srednje integrirano kolo. Broj elemenata varira u rasponu od sto hiljada.
3. Veliko integrisano kolo. Sadrži od hiljadu do 10.000 elemenata.
4. Imaju preko deset hiljada elemenata.

U pravilu se veliki integrirani krug često koristi za potrošačke uređaje. Ranije korištene druge kategorije:

1. Ultra veliko integrisano kolo. Uključuje one uzorke koji se mogu pohvaliti brojem elemenata u rasponu od 1 milion do 1 milijarde.
2. giga-veliki integrirani krug. To je uključivalo uzorke čiji je broj elemenata premašio milijardu elemenata.

Ali trenutno se ne primjenjuju. I svi uzorci koji su se ranije nazivali UBIS i GBIS sada se prosljeđuju kao VLSI. Generalno, ovo je omogućilo značajne uštede u broju grupa, budući da se posljednja dva tipa obično koriste upravo u velikim istraživačkim centrima, gdje rade kompjuterski sistemi, čija se snaga mjeri desetinama i stotinama terabajta.

Tehnologija proizvodnje

S obzirom na različite proizvodne mogućnosti, integrisana kola se takođe klasifikuju prema tome kako su napravljena i od čega:

1. Poluprovodnik. U njima su svi elementi i veze napravljeni na istom poluvodičkom čipu. Poluvodička integrisana kola koriste materijale kao što su silicijum, germanijum, galijum arsenid i hafnijev oksid.

2. Film. Svi elementi i spojevi su napravljeni kao folije:

Debeli film.

Tanki film.

3. Hibrid. Ima neupakovane diode, tranzistore ili druge elektronske aktivne komponente. Pasivni (kao što su otpornici, induktori, kondenzatori) se postavljaju na uobičajenu keramičku podlogu. Svi su smešteni u jednu zapečaćenu kutiju.

4. Miješano. Ne postoji samo poluvodički kristal, već i tankoslojni (ili debeloslojni) pasivni elementi koji se postavljaju na njegovu površinu.

Vrsta obrađenog signala

I treća, najnovija vrsta, zasnovana je na tome šta signalizira procese integrisanog kola. Oni su:

1. Analog. Ovdje se ulazni i izlazni signali mijenjaju u skladu sa zakonom. Oni mogu poprimiti vrijednost u rasponu od negativnog do pozitivnog napona napajanja.
2. Digitalno. Ovdje svaki ulazni ili izlazni signal može imati dvije vrijednosti: logičku jedinicu ili nulu. Svaki od njih odgovara svom unaprijed određenom nivou napona. Dakle, mikrokola tipa TTL procjenjuju raspon od 0-0,4V do nule i 2,4-5V do jedan. Mogu postojati i druge podjele, sve ovisi o konkretnom uzorku.
3. Analogno-digitalni. Kombinirajte prednosti i karakteristike prethodnih modela. Na primjer, mogu sadržavati pojačala signala i analogno-digitalne pretvarače.

Pravne karakteristike

Šta zakon kaže o integrisanim kolima? U našoj zemlji je odobrena pravna zaštita topologija integrisanih kola. Pod tim se podrazumijeva geometrijsko-prostorni raspored određenog skupa specifičnih elemenata i veza između njih fiksiranih na određenom materijalnom nosaču (prema članu 1448. Građanskog zakonika Ruske Federacije). Autor topologije ima sljedeća intelektualna prava na svoj izum:

1. Copyright.
2. Ekskluzivno pravo.

Osim toga, autor topologije može imati i druge preferencije, uključujući mogućnost primanja naknade za njeno korištenje. posluje već deset godina. Za to vrijeme, pronalazač ili osoba kojoj je ovaj status dodijeljen, može registrovati topologiju kod relevantne službe za intelektualnu svojinu i patente.

Zaključak

To je sve! Ako imate želju da sastavite svoju shemu, možete samo poželjeti uspjeh. Ali u isto vrijeme želim da vam skrenem pažnju na jednu karakteristiku. Ako postoji želja za sastavljanjem mikrokola, onda se za ovaj proces potrebno temeljito pripremiti. Činjenica je da njegovo stvaranje zahtijeva izuzetnu čistoću na nivou hirurške operacijske sale, a osim toga, zbog malenosti dijelova, neće raditi s lemilom u uobičajenom načinu rada - sve radnje izvodi mašine. Stoga kod kuće možete kreirati samo šeme. Ako želite, možete kupiti industrijske objekte koji će se nuditi na tržištu, ali je bolje ostaviti ideju da ih pravite kod kuće bez značajnih sredstava.