مدار مجتمع بزرگ ریز مدارها

شکل 4.8

در اینجا دی الکتریک از دو لایه تشکیل شده است: نیترید سیلیکون (Si 3 N 4) و اکسید سیلیکون (SiO 2). ولتاژ آستانه را می توان با اعمال پالس های ولتاژ کوتاه (حدود 100 میکرو ثانیه) با قطبیت های مختلف، با دامنه بزرگ 30 ... 50 ولت، تغییر داد. هنگامی که یک پالس +30 ولت اعمال می شود، ولتاژ آستانه U ZIPor = -5 ولت تنظیم شده است. این ولتاژ در صورت استفاده از ترانزیستور یا گیت ولتاژ U ЗИ = ± 10V حفظ می شود. در این حالت، ترانزیستور MOS مانند یک ترانزیستور MOS معمولی با یک کانال القایی عمل می کند. آر-نوع

هنگامی که یک پالس -30 ولت اعمال می شود، ولتاژ آستانه مقدار U ZIPor ~ 20 V را می گیرد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 4.8، 6 و vدر این حالت سیگنال های ورودی ترانزیستور U ЗИ ± 10 ولت نمی توانند ترانزیستور را از حالت بسته خارج کنند. این پدیده در EPROM ها استفاده می شود.

عملکرد ترانزیستورهای MNOS بر اساس تجمع بار در سطح مشترک بین لایه‌های نیترید و اکسید است. این تجمع در نتیجه جریان های رسانش نابرابر در لایه ها است. فرآیند انباشت با عبارت توضیح داده می شود dq/ dt= من سیو 2 - من si 3 n 4 . با ولتاژ منفی زیاد U ZI در مرز یک بار مثبت جمع می کند. این مساوی است با وارد کردن اهداکنندگان به دی الکتریک و با افزایش ولتاژ آستانه منفی همراه است. با ولتاژ مثبت زیاد Uیک بار منفی در مرز جمع می شود. این منجر به کاهش ولتاژ آستانه منفی می شود. در ولتاژهای پایین Uجریان ZI در لایه های دی الکتریک 10 ... 15 مرتبه قدر کاهش می یابد، بنابراین بار انباشته شده برای هزاران ساعت ذخیره می شود، و بنابراین، ولتاژ آستانه نیز حفظ می شود.

امکان دیگری برای ساخت سلول حافظه برای EPROM بر اساس ترانزیستورهای MIS با دی الکتریک تک لایه وجود دارد. اگر ولتاژ به اندازه کافی بزرگ به دروازه اعمال شود، پس شکست بهمندی الکتریک، در نتیجه الکترون ها در آن انباشته می شوند. این باعث تغییر ولتاژ آستانه ترانزیستور می شود. بار الکترون ها برای هزاران ساعت حفظ می شود. برای بازنویسی اطلاعات، باید الکترون ها را از دی الکتریک حذف کنید. این با روشن کردن کریستال با نور ماوراء بنفش به دست می آید، که باعث یک اثر فوتوالکتریک می شود: الکترون ها از دی الکتریک خارج می شوند.

استفاده كردن پاک کردن اشعه ماوراء بنفشمی توان مدار EPROM را به طور قابل توجهی ساده کرد. بلوک دیاگرام تعمیم یافته EPROM با پاک کردن اشعه ماوراء بنفش (شکل 4.9)، علاوه بر MNP، یک رمزگشای سیگنال آدرس (DAS)، یک دستگاه انتخاب کریستال (UVK) و یک تقویت کننده بافر (BU) برای خواندن اطلاعات دارد.

شکل 4.9

با توجه به نمودار ساختاری داده شده، به طور خاص، یک LSI RPZU با پاک کردن فرابنفش از نوع K573RF1 با ظرفیت 8192 بیت ساخته شده است.

4.8. مبدل های D / A

هدف DAC تبدیل یک سیگنال دیجیتال باینری به یک ولتاژ آنالوگ معادل است. این تبدیل را می توان با استفاده از مدارهای مقاومتی نشان داده شده در شکل انجام داد. 4.10.

شکل 4.10

در یک DAC با مقاومت های با وزن دودویی (شکل 4.10، a)، مقاومت های کمتری مورد نیاز است، اما تعدادی از مقادیر مقاومت دقیق مورد نیاز است. ولتاژ خروجی آنالوگ U DAC به عنوان تابعی از ولتاژهای ورودی دو سطحی تعریف می شود:

Uیک = ( U+2 U B +4 U C + ...) / (1 + 2 + 4 + ...).

در ورودی های دیجیتال Uآ , یو بی, یو سی, ... ولتاژ می تواند تنها دو مقدار ثابت داشته باشد، به عنوان مثال، 0 یا 1. برای DAC که از مقاومت استفاده می کند آرو آر/2, مقاومت های بیشتری مورد نیاز است (شکل 4.10.6)، اما فقط با دو درجه بندی. ولتاژ آنالوگ در خروجی چنین DAC با فرمول تعیین می شود

Uیک = ( U+2 U B +4 U C + ... + m U n) / 2 n

جایی که n - تعداد بیت های DAC؛ تی -ضریب بسته به تعداد بیت های DAC.

برای اطمینان از دقت بالا، مدارهای DAC مقاومتی باید با یک بار امپدانس بالا کار کنند. برای تطبیق مدارهای مقاومتی با یک بار با امپدانس کم، از تقویت کننده های بافر op-amp نشان داده شده در شکل استفاده کنید. 4.10، a، ب

4.9. مبدل های آنالوگ به دیجیتال

هدف ADC تبدیل ولتاژ آنالوگ به معادل دیجیتال آن است. به طور معمول، ADC ها مدار پیچیده تری نسبت به DAC دارند، به طوری که DAC اغلب مونتاژ ADC است. یک بلوک دیاگرام تعمیم یافته یک ADC با یک DAC در حلقه بازخورد در شکل نشان داده شده است. 4.11.

شکل 4.11

ADC های ساخته شده بر اساس این طرح به دلیل شاخص های خوب دقت، سرعت، سادگی نسبی و هزینه کم به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

ADC شامل nثبت ماشه بیت از نتایج تبدیل DD 1 - DD n, مدیریت ارقام DAC؛ یک مقایسه کننده مرتبط با واحد کنترل CU و حاوی یک مولد فرکانس ساعت. با پیاده سازی الگوریتم های مختلف VUU برای عملکرد ADC، ویژگی های مختلفی از مبدل به دست می آید.

با استفاده از انجیر 4.11، ما اصل عملکرد ADC را در نظر می گیریم، با این فرض که یک شمارنده معکوس به عنوان یک ثبات ماشه استفاده می شود. شمارنده بالا/پایین دارای یک خروجی دیجیتال است که ولتاژ آن از هر پالس ساعت افزایش می‌یابد، زمانی که سطح ولتاژ در ورودی شمارنده «شمارش مستقیم» زیاد است و سطح ولتاژ پایین در ورودی «شمارش معکوس» است. برعکس، ولتاژ خروجی دیجیتال با هر پالس ساعت زمانی که ورودی Up Count کم و ورودی Count Down زیاد است، کاهش می‌یابد.

مهمترین واحد ADC مقایسه کننده (K) است که دارای دو ورودی آنالوگ است U DAC و U an و یک خروجی دیجیتال از طریق واحد کنترل به شمارنده معکوس متصل می شود. اگر ولتاژ در خروجی مقایسه کننده زیاد باشد، سطح ورودی شمارنده UpCount نیز بالا خواهد بود. برعکس، زمانی که ولتاژ خروجی مقایسه کننده کم باشد، سطح ورودی "Count up" نیز پایین خواهد بود.

بنابراین، بسته به سطح بالا یا پایین در خروجی مقایسه کننده، شمارنده رو به بالا به ترتیب در جهت جلو یا معکوس محاسبه می شود. در مورد اول، در ورودی U DAC مقایسه کننده دارای ولتاژ صعودی است و در دومی - ولتاژ نزولی.

از آنجایی که مقایسه کننده بدون بازخورد کار می کند، سطح ولتاژ خروجی آن با ولتاژ در ورودی آن بالا می رود. U en کمی منفی تر از ورودی می شود U DAC. برعکس، سطح ولتاژ خروجی آن به محض ولتاژ در ورودی پایین می‌آید U an کمی مثبت تر از ولتاژ ورودی می شود U DAC.

در ورودی U DAC مقایسه کننده ولتاژ خروجی DAC را دریافت می کند که با ولتاژ ورودی آنالوگ عرضه شده به ورودی مقایسه می شود. Uیک .

اگر ولتاژ آنالوگ U a بیش از ولتاژ گرفته شده از خروجی DAC است، شمارنده معکوس در جهت رو به جلو شمارش می کند و ولتاژ ورودی را طی مراحل افزایش می دهد. U DAC تا ولتاژ ورودی Uیک اگر Uیک<U DAC یا در فرآیند شمارش چنین می شود، ولتاژ در خروجی مقایسه کننده کم است و شمارنده در جهت مخالف شمارش می کند و دوباره منجر می شود. U DAC به Uیک . بنابراین، سیستم دارای یک بازخورد است که ولتاژ خروجی DAC را تقریباً برابر با ولتاژ حفظ می کند. Uیک . بنابراین، خروجی up-counter همیشه معادل دیجیتال ولتاژ ورودی آنالوگ است. معادل دیجیتال سیگنال ورودی آنالوگ ADC از خروجی شمارنده رو به بالا خوانده می شود.

4.10. مالتی پلکسرهای دیجیتال و آنالوگ

در سیستم های ریزپردازنده، ADC ها، DAC ها و همچنین در سیستم های سوئیچینگ الکترونیکی، مالتی پلکسرها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند: سوئیچ های چند کاناله (دارای 4، 8، 16، 32، 64 ورودی و 1-2 خروجی) با یک دستگاه کنترل دیجیتال. ساده ترین مالتی پلکسرهای دیجیتال و آنالوگ در شکل 1 نشان داده شده است. 4.12، a و ببه ترتیب.

شکل 4.12

مالتی پلکسر دیجیتال (شکل 4.12، a) امکان نظرسنجی متوالی یا تصادفی حالات منطقی منابع سیگنال را فراهم می کند. ایکس 0 , ایکس 1 , ایکس 2 , ایکس 3 و انتقال نتیجه نظرسنجی به خروجی

بر اساس این اصل، مالتی پلکسرها برای هر تعداد ورودی اطلاعات مورد نیاز ساخته می شوند. برخی از انواع مالتی پلکسرهای دیجیتال امکان سوئیچینگ و سیگنال های اطلاعاتی آنالوگ را فراهم می کنند.

با این حال، مالتی پلکسرهای آنالوگ حاوی ماتریسی از سوئیچ های آنالوگ با کیفیت (AK 1 ... AK 4) که بر روی تقویت کننده بافر خروجی، یک واحد کنترل دیجیتال کار می کنند، بهترین عملکرد را دارند. اتصال گره ها به یکدیگر در شکل 1 نشان داده شده است. 4.12.6.

نمونه ای از LSI برای مالتی پلکسر آنالوگ یک ریزمدار از نوع K591KN1 است که بر اساس ترانزیستورهای MIS ساخته شده است. این سوئیچ 16 منبع اطلاعات آنالوگ را به یک خروجی فراهم می کند که هم آدرس دهی و هم نمونه برداری متوالی کانال را امکان پذیر می کند. هنگام توسعه مالتی پلکسرهای آنالوگ LSI، نیاز به سازگاری آنها با سیستم فرمان ریزپردازنده در نظر گرفته می شود.

مالتی پلکسرهای آنالوگ محصولات بسیار امیدوار کننده ای برای میدان های سوئیچینگ الکترونیکی و سوئیچ های الکترونیکی چند کاناله برای ارتباطات، پخش و تلویزیون هستند.

میکرو مدار یکپارچه(یا فقط یک مدار مجتمع) معمولاً مجموعه ای از تعداد زیادی از اجزای متصل به هم (ترانزیستورها، دیودها، خازن ها، مقاومت ها و غیره) است که در یک چرخه فناوری واحد (یعنی به طور همزمان) بر روی یک حامل ساخته می شود. ساخت و سازها - لایه- و انجام یک عملکرد خاص از تبدیل اطلاعات.

اصطلاح "مدار مجتمع" (IC) بیانگر واقعیت ترکیب (یکپارچه سازی) قطعات منفرد - اجزا - در یک دستگاه واحد از نظر ساختاری است و همچنین این واقعیت که عملکردهای انجام شده توسط این دستگاه پیچیده تر از عملکرد اجزای جداگانه است.

اجزایی که بخشی از IP هستند و در نتیجه نمی توان آنها را به عنوان محصولات مستقل از آن جدا کرد نامیده می شود عناصر IP یا عناصر جدایی ناپذیرآنها در مقایسه با ترانزیستورها و غیره که به صورت واحدهای ساختاری مجزا ساخته می شوند و با لحیم کاری به یک مدار متصل می شوند، ویژگی هایی دارند.

توسعه الکترونیک مبتنی بر پیچیدگی مداوم عملکردهای انجام شده توسط تجهیزات الکترونیکی است. در مراحل خاصی، حل مشکلات جدید با وسایل قدیمی یا به قول خودشان بر اساس روش های قدیمی غیرممکن می شود. پایه عنصر،به عنوان مثال، استفاده از لوله های خلاء یا ترانزیستورهای گسسته. عوامل اصلی تغییر پایه عنصر عبارتند از: قابلیت اطمینان، ابعاد و وزن، هزینه و قدرت.

یکی از ویژگی های محصولات میکروالکترونیک، درجه بالایی از پیچیدگی عملکردهای انجام شده است، که برای آن مدارهایی ایجاد می شود که تعداد اجزا در آنها میلیون ها است. از این رو، واضح است که حصول اطمینان از عملکرد قابل اعتماد هنگام اتصال دستی اجزا، یک کار غیرممکن است. تنها راه حل آن استفاده از فن آوری های جدید کیفی است.

برای ساخت مدارهای مجتمع از روش تولید گروهی و فناوری مسطح استفاده می شود.

روش گروهیتولید شامل این واقعیت است که اولاً تعداد زیادی مدار مجتمع به طور همزمان بر روی یک صفحه از مواد نیمه هادی ساخته می شوند. ثانیاً، اگر فرآیند فناوری اجازه دهد، ده‌ها مورد از این صفحات به طور همزمان پردازش می‌شوند. پس از اتمام چرخه ساخت IC، ویفر در دو جهت عمود بر یکدیگر به کریستال های جداگانه بریده می شود که هر کدام یک IC هستند.

تکنولوژی مسطح- این چنین سازماندهی فرآیند فناوری است، زمانی که همه عناصر و اجزای آنها در یک مدار مجتمع با تشکیل آنها از طریق یک صفحه ایجاد می شوند.

یک یا چند عملیات تکنولوژیکی در ساخت ICها شامل اتصال عناصر منفرد به یک مدار و اتصال آنها به پدهای تماس ویژه است. بنابراین لازم است که پین ​​های تمام المان ها و لنت های تماسی در یک صفحه قرار گیرند. این امکان توسط فناوری مسطح فراهم شده است.

عملیات نهایی - بسته بندی- این محل قرارگیری آی سی در کیس با اتصال پدهای تماسی به پایه های آی سی است (شکل 2.20).

قیمت دییک آی سی (یک کریستال) را می توان به صورت زیر ساده کرد:

جایی که آ- هزینه کار تحقیق و توسعه در ایجاد IS. V- هزینه تجهیزات تکنولوژیکی، محل و غیره؛ با- هزینه های جاری برای مواد، برق، دستمزد، هر بشقاب؛ ز- تعداد صفحات ساخته شده قبل از استهلاک دارایی های ثابت. ایکس- تعداد کریستال های روی صفحه؛ Y- نسبت آی سی های قابل استفاده به مقدار تولید شده در ابتدای آن.

علاوه بر نظرات بدیهی در مورد هزینه ها، باید به موارد زیر نیز توجه داشت. افزایش دادن Yبا ایجاد فناوری روزتر و مدرن تر، شاید پیچیده ترین و تمیزترین در میان بسیاری از جدیدترین صنایع، به دست می آید. رشد تعداد کریستال ها ایکسروی صفحه را می توان به دو روش به دست آورد: با افزایش اندازه صفحه و کاهش اندازه عناصر جداگانه. هر دو جهت توسط توسعه دهندگان استفاده می شود.

در نتیجه، توجه می کنیم که تمام ثابت های موجود در فرمول نه ثابت هستند و نه به یکدیگر وابسته هستند، بنابراین تجزیه و تحلیل برای حداقل هزینه در واقع پیچیده و چند عاملی است.

طبقه بندی IPطبقه بندی IP را می توان بر اساس معیارهای مختلفی انجام داد، ما در اینجا خود را تنها به یکی محدود می کنیم. با توجه به روش ساخت و ساختار حاصل، دو نوع اساساً متفاوت از مدارهای مجتمع متمایز می شوند: نیمه هادی و فیلم.

آی سی نیمه هادی- این یک ریز مدار است که عناصر آن در لایه نزدیک به سطح یک بستر نیمه هادی ساخته شده اند (شکل 2.21). این آی سی ها ستون فقرات میکروالکترونیک مدرن را تشکیل می دهند.

آی سی فیلم- این یک ریزمدار است که عناصر آن به شکل انواع مختلفی از فیلم ها بر روی سطح یک بستر دی الکتریک قرار می گیرند (شکل 2.22). بسته به روش استفاده از فیلم ها و ضخامت مربوطه، آنها متمایز می شوند فیلم نازک IS (ضخامت فیلم تا 1-2 میکرون) و فیلم ضخیم IS (ضخامت فیلم از 10-20 میکرون و بالاتر). از آنجایی که تاکنون هیچ ترکیبی از فیلم های رسوبی امکان دستیابی به عناصر فعال مانند ترانزیستورها را فراهم نکرده است، آی سی های فیلم فقط حاوی عناصر غیرفعال (مقاومت، خازن و غیره) هستند. بنابراین، عملکردهای انجام شده توسط آی سی های صرفاً فیلم بسیار محدود است. برای غلبه بر این محدودیت‌ها، یک IC فیلم با اجزای فعال (ترانزیستورها یا آی‌سی‌های مجزا) تکمیل می‌شود که روی همان بستر قرار می‌گیرند و به عناصر فیلم متصل می‌شوند. سپس یک آی سی به دست می آید که به آن هیبرید می گویند.

آی سی هیبریدی(یا GIS) یک ریزمدار است که ترکیبی از عناصر غیرفعال فیلم و اجزای فعال واقع بر روی یک بستر دی الکتریک مشترک است. اجزای گسسته ای که یک آی سی هیبریدی را تشکیل می دهند نامیده می شوند لولایی،بنابراین بر جداسازی آنها از چرخه تکنولوژیکی اصلی به دست آوردن قسمت فیلم مدار تأکید می شود.

نوع دیگری از آی سی "مخلوط" که عناصر یکپارچه نیمه هادی و فیلم را ترکیب می کند، ترکیبی نامیده می شود.

آی سی ترکیبی- این یک ریزمدار است که در آن عناصر فعال در لایه نزدیک به سطح یک کریستال نیمه هادی (مانند یک IC نیمه هادی) ساخته می شوند و عناصر غیرفعال به شکل فیلم روی یک سطح از پیش عایق شده از همان کریستال رسوب می کنند. مانند یک آی سی فیلم).

IC های ترکیبی زمانی مفید هستند که به رتبه های بالا و پایداری بالای مقاومت ها و ظرفیت ها نیاز باشد. این الزامات با عناصر فیلم راحت تر از عناصر نیمه هادی برآورده می شود.

در انواع آی سی ها، اتصال عناصر با استفاده از نوارهای فلزی نازک که بر روی سطح زیرلایه و در مکان های مناسب در تماس با المان هایی که قرار است به هم وصل شوند، رسوب یا رسوب می کنند، انجام می شود. فرآیند اعمال این نوارهای کراوات نامیده می شود متالیزاسیون،و خود "نقاشی" اتصالات - سیم کشی فلزی

نیمه هادی هابه آی پی جدید... در حال حاضر، آی سی های نیمه هادی زیر متمایز می شوند: دوقطبی، MOS (فلز-اکسید-نیمه هادی) و BIMOS. دومی ترکیبی از دو مورد اول است و ویژگی های مثبت خود را با هم ترکیب می کند.

فناوری آی سی های نیمه هادی مبتنی بر دوپینگ ویفر نیمه هادی (سیلیکونی) با ناخالصی های متناوب دهنده و پذیرنده است که در نتیجه لایه های نازکی با انواع رسانایی در زیر سطح تشکیل می شود. p-n-انتقال در مرزهای لایه ها. لایه های جداگانه به عنوان مقاومت و p-n- اتصالات - در ساختارهای دیود و ترانزیستور.

صفحه باید به صورت موضعی دوپ شود، یعنی. در مناطق مجزا که با فواصل کافی از هم جدا شده اند. آلیاژ محلی با استفاده از ویژه انجام می شود ماسک هابا سوراخ هایی که از طریق آن اتم های ناخالصی در محل های مورد نظر به داخل صفحه نفوذ می کنند. در ساخت آی سی های نیمه هادی، نقش ماسک معمولاً توسط یک فیلم از دی اکسید سیلیکون SiO 2 ایفا می شود که سطح ویفر سیلیکونی را می پوشاند. در این فیلم مجموعه سوراخ های لازم به اشکال مختلف با روش های خاص یا به قول خودشان حکاکی شده است. طراحی(برنج. 2.22). سوراخ های موجود در ماسک ها، به ویژه در فیلم اکسید، نامیده می شوند پنجره ها.

حال اجازه دهید اجزای (عناصر) آی سی های نیمه هادی را به اختصار توضیح دهیم. قلب آی سی های دوقطبی است n-p-nترانزیستور: کل چرخه تکنولوژی به سمت ساخت آن است. تمام عناصر دیگر باید در صورت امکان همزمان با این ترانزیستور و بدون عملیات تکنولوژیکی اضافی ساخته شوند.

عنصر اصلی آی سی MIS ترانزیستور MIS است. ساخت عناصر دیگر نیز به ترانزیستور پایه تنظیم شده است.

عناصر یک آی سی دوقطبی باید به روشی از یکدیگر جدا شوند تا از طریق کریستال برهم کنش نکنند.

عناصر MOS IC نیازی به جداسازی خاصی از یکدیگر ندارند، زیرا هیچ تعاملی بین ترانزیستورهای MOS مجاور وجود ندارد. این یکی از مزایای اصلی آی سی های MOS نسبت به دوقطبی است.

یکی از ویژگی های IC های نیمه هادی این است که در بین عناصر آنها سلف و به علاوه ترانسفورماتور وجود ندارد. این امر به این دلیل است که تاکنون امکان استفاده از هیچ پدیده فیزیکی معادل القای الکترومغناطیسی در یک جامد وجود نداشته است. بنابراین هنگام توسعه IC ها سعی می کنند بدون استفاده از سلف عملکرد لازم را پیاده سازی کنند که در بیشتر موارد موفقیت آمیز است. با این حال، اگر یک سلف یا یک ترانسفورماتور اساساً ضروری باشد، آنها باید به شکل اجزای خارجی استفاده شوند.

ابعاد کریستال ها در آی سی های نیمه هادی مدرن به 20x20 میلی متر مربع می رسد. هر چه سطح دای بزرگتر باشد، آی سی پیچیده تر و چند عنصری را می توان روی آن قرار داد. با مساحت کریستالی یکسان، تعداد عناصر را می توان با کاهش اندازه و فاصله بین آنها افزایش داد.

مشخص کردن پیچیدگی عملکردی یک IS مرسوم است درجه یکپارچگی،آن ها تعداد عناصر (اغلب ترانزیستورها) روی کریستال. حداکثر درجه یکپارچگی 10 بایت در هر تراشه است. افزایش درجه یکپارچگی (و همراه با آن پیچیدگی عملکردهای انجام شده توسط IC) یکی از روندهای اصلی در میکروالکترونیک است.

برای تعیین کمیت درجه یکپارچگی، از یک ضریب شرطی استفاده می شود ک= ال جی ن.بسته به معنای آن، طرح های انتگرال به طور متفاوتی نامیده می شوند:

k ≤ 2 (N ≤ 100) - مدار مجتمع (IC)؛

2 ≤ k ≤ 3 (N ≤ 1000) - مدار مجتمع درجه یکپارچگی متوسط ​​(SIS)؛

3 ≤ k ≤ 5 (N ≤ 10 5) - مدار مجتمع بزرگ (LSI)؛
ک> 5 (N> 10 5) - مدار مجتمع بسیار بزرگ (VLSI).

در زیر نمادهای انگلیسی و معانی آنها آورده شده است:

آی سی - مدار مجتمع؛

MSI - ادغام در مقیاس متوسط.

LSI - ادغام در مقیاس بزرگ.

VLSI - ادغام در مقیاس بسیار بزرگ.

آنها علاوه بر درجه یکپارچگی، از چنین شاخصی نیز استفاده می کنند چگالی بسته بندی- تعداد عناصر (اغلب ترانزیستورها) در واحد سطح کریستال. این شاخص، که عمدتاً سطح فناوری را مشخص می کند، در حال حاضر تا 500-1000 عنصر در میلی متر مربع است.

آی سی های هیبریدیفیلم و از این رو آی سی های هیبریدی، بسته به تکنولوژی ساخت، به لایه های ضخیم و نازک تقسیم می شوند.

GIS فیلم ضخیم (ما آنها را به عنوان TsGIS معرفی خواهیم کرد) برای ساخت بسیار ساده هستند. صفحه بستر دی الکتریک اعمال می شود رب هابا ترکیب متفاوت خمیرهای رسانا اتصالات متقابل عناصر، صفحات خازن و منتهی به پین ​​های کیس را فراهم می کنند. مقاومتی - به دست آوردن مقاومت؛ دی الکتریک - عایق بین صفحات خازن و حفاظت کلی از سطح GIS تمام شده. هر لایه باید پیکربندی خاص خود را داشته باشد، طراحی خاص خود را. بنابراین، در ساخت هر لایه، خمیر از طریق ماسک خود اعمال می شود - شابلون- با پنجره ها در مکان هایی که باید خمیر این لایه به دست بیاید. پس از آن، اجزای اضافی چسبانده شده و پایانه های آنها به آن متصل می شود پدهای تماس

GIS لایه نازک (ما آنها را به عنوان TkGIS معرفی خواهیم کرد) با استفاده از فناوری پیچیده‌تری نسبت به TsGIS تولید می‌شوند. فناوری لایه نازک کلاسیک با این واقعیت مشخص می شود که لایه ها از فاز گاز بر روی بستر رسوب می کنند. آنها با رشد یک فیلم دیگر، ترکیب شیمیایی گاز و در نتیجه خواص الکتروفیزیکی فیلم بعدی را تغییر می دهند. بنابراین، لایه های رسانا، مقاومتی و دی الکتریک به طور متناوب به دست می آیند. پیکربندی (شکل) هر لایه یا توسط یک شابلون، مانند مورد TSGIS، یا توسط یک ماسک، مانند یک ماسک اکسید در آی سی های نیمه هادی (نگاه کنید به شکل 1.4) تعیین می شود.

عناصر لولایی در TkGIS، مانند TsGIS، به سطح قسمت فیلم نهایی مدار چسبانده شده و به پدهای تماس مربوطه عناصر متصل می شوند.

درجه یکپارچگی GIS را نمی توان به همان روشی که در مورد آی سی های نیمه هادی ارزیابی کرد. با این حال، یک اصطلاح وجود دارد GIS بزرگ(یا BGIS)، به این معنی که GIS شامل ترانزیستورهای مجزا نیست، بلکه IC های نیمه هادی کامل را به عنوان اجزای لولایی شامل می شود.

طبقه بندی مدارهای مجتمع

با طراحی و تکنولوژی، آنها متمایز می شوند آی سی های نیمه هادی، فیلم و هیبریدی.

نیمه هادی شامل PMS (ریزمدارهای یکپارچه نیمه هادی)،کلیه عناصر و بین المان هایی که اتصالات آنها به صورت عمده یا روی سطح نیمه هادی انجام می شود. بسته به روش های جداسازی عناصر جداگانه، PMS با جداسازی با اتصالات p-n و ریز مدارها با عایق دی الکتریک (اکسید) متمایز می شوند. SLM ها همچنین می توانند بر روی یک بستر دی الکتریک بر اساس ترانزیستورهای دوقطبی و اثر میدانی ساخته شوند. معمولاً در این مدارها ترانزیستورها به صورت ساختارهای سه لایه با دو اتصال pn (نوع n-p-n) و دیودها به شکل ساختارهای دو لایه با یک اتصال pn ساخته می شوند. گاهی اوقات به جای دیودها از ترانزیستورهای متصل به دیود استفاده می شود. مقاومت های PMS که توسط بخش هایی از یک نیمه هادی دوپ شده با دو سرب نشان داده می شوند، دارای مقاومت چند کیلوهمی هستند. به عنوان مقاومت های با مقاومت بالا، گاهی از مقاومت معکوس اتصال pn یا مقاومت های ورودی تکرارکننده های emnt-ter استفاده می شود. نقش خازن ها در SLM توسط اتصالات p-rt بایاس معکوس انجام می شود. ظرفیت چنین خازن هایی 50-200 pF است. ایجاد خفگی در PMS دشوار است، بنابراین اکثر دستگاه ها بدون عناصر القایی طراحی می شوند. تمام عناصر PMS در یک چرخه تکنولوژیکی در یک کریستال نیمه هادی به دست می آیند. اتصالات عناصر چنین مدارهایی با استفاده از فیلم های آلومینیومی یا طلایی به دست آمده با روش رسوب خلاء انجام می شود. اتصال مدار با سرب های خارجی با هادی های آلومینیومی یا طلایی به قطر حدود 10 میکرون انجام می شود که با فشرده سازی حرارتی به فیلم ها متصل شده و سپس به سرب های خارجی ریز مدار جوش داده می شود. ریزمدارهای نیمه هادی می توانند توان 50 تا 100 مگاوات را از بین ببرند، در فرکانس های حداکثر 20 تا 100 مگاهرتز کار کنند و زمان تاخیر تا 5 ns را فراهم کنند. تراکم نصب دستگاه های الکترونیکی بر روی PMS تا 500 عنصر در هر 1 سانتی متر مکعب است. چرخه فن‌آوری گروهی مدرن، پردازش همزمان ده‌ها ویفر نیمه‌رسانا را امکان‌پذیر می‌سازد، که هر کدام شامل صدها PMS با صدها عنصر در یک کریستال است که به مدارهای الکترونیکی مشخص متصل شده‌اند. با استفاده از این فناوری، هویت بالایی از ویژگی های الکتریکی ریز مدارها تضمین می شود.

انتگرال فیلم(یا به طور ساده به مدارهای PS فیلم) آی سی می گویند که تمام عناصر و اتصالات بین المان های آنها فقط به صورت فیلم ساخته می شوند. مدارهای مجتمع به لایه های نازک و ضخیم تقسیم می شوند. این طرح ها می توانند تفاوت کمی و کیفی داشته باشند. IC هایی با ضخامت فیلم تا 1 میکرومتر معمولا به عنوان IC های لایه نازک و IC هایی با ضخامت لایه بیش از 1 میکرومتر به عنوان لایه ضخیم شناخته می شوند. تفاوت کیفی با تکنولوژی ساخت فیلم مشخص می شود. عناصر IC لایه نازک با استفاده از رسوب گذاری خلاء حرارتی و کندوپاش کاتد روی یک بستر اعمال می شوند. عناصر آی سی های لایه ضخیم عمدتاً با چاپ سیلک و پخت بعدی ساخته می شوند.

مدارهای مجتمع هیبریدی(GIS) ترکیبی از عناصر رادیویی فعال نصب شده (میکرو ترانزیستورها، دیودها) و عناصر غیرفعال فیلم و ترکیبات آنها هستند. معمولا GIS شامل: پایه های شیشه ای عایق یا. سرامیک، که بر روی سطح آن هادی های فیلم، مقاومت ها، خازن های با ظرفیت کم تشکیل می شود. عناصر فعال بدون قاب نصب شده (دیودها، ترانزیستورها)؛ عناصر غیرفعال لولایی در طراحی مینیاتوری (چوک ها، ترانسفورماتورها، خازن های با ظرفیت بالا) که نمی توانند به صورت فیلم ساخته شوند. چنین GIS ساخته شده در یک جعبه پلاستیکی یا فلزی مهر و موم شده است. مقاومت هایی با مقاومت از هزارم اهم تا ده ها کیلو اهم در GIS به صورت لایه نازکی از نیکروم یا تانتالیوم ساخته می شوند. فیلم ها روی یک پایه عایق (زیر لایه) اعمال می شوند و در معرض آنیل حرارتی قرار می گیرند. برای به دست آوردن مقاومت هایی با مقاومت ده ها مگا اهم از مخلوط های فلز-دی الکتریک (کروم، مونوکسید سیلیکون و غیره) استفاده می شود. اندازه متوسط ​​مقاومت های فیلم (1 - 2) X10 ~ 3 cm2 است. خازن ها در GIS از لایه های نازک مس، نقره، آلومینیوم یا طلا ساخته می شوند. رسوب این فلزات با زیرلایه ای از کروم، تیتانیوم، مولیبدن انجام می شود و از چسبندگی خوب به مواد عایق زیرلایه اطمینان حاصل می شود. به عنوان دی الکتریک در خازن ها از فیلمی از اکسید سیلیکون، بریلیم، دی اکسید تیتانیوم و ... استفاده می شود.خازن های فیلم با ظرفیتی از دهم پیکوفاراد تا ده ها هزار پیکوفاراد در اندازه های 10 تا 3 تا 1 سانتی متر مربع ساخته می شوند. هادی های GIS که با کمک آنها اتصالات بین المنتی ایجاد شده و به گیره های ترمینال متصل می شوند، به شکل یک لایه نازک از طلا، مس یا آلومینیوم با زیرلایه ای از نیکل، کروم، تیتانیوم ساخته می شوند و چسبندگی بالایی به پایه عایق ایجاد می کنند. . مدارهای مجتمع هیبریدی که در آنها ضخامت لایه های تشکیل شده در هنگام ساخت عناصر غیرفعال تا 1 میکرون با عرض 100 تا 200 میکرون، لایه نازک نامیده می شود. چنین فیلم هایی با اسپری حرارتی روی سطح بسترها در خلاء با استفاده از شابلون ها، ماسک ها به دست می آیند. مدارهای مجتمع هیبریدی با ضخامت 1 میکرون یا بیشتر به عنوان لایه ضخیم نامیده می شوند و با پاشیدن خمیرهای رسانا یا دی الکتریک بر روی بسترها از طریق شابلون های مشبک ساخته می شوند و سپس آنها را در زیر لایه ها در دمای بالا شلیک می کنند. این مدارها از نظر اندازه بزرگ هستند و دارای انبوهی از عناصر غیرفعال هستند. عناصر فعال معلق از سرنخ های "توپه" انعطاف پذیر یا سفت و سخت تشکیل شده اند که با لحیم کاری یا جوشکاری به یک ریزمدار فیلم متصل می شوند.

چگالی عناصر غیرفعال و فعال در آرایش چند لایه آنها در GIS ساخته شده با فناوری لایه نازک به 300 - 500 عنصر در هر 1 سانتی متر مکعب می رسد و چگالی وسایل الکترونیکی نصب شده بر روی یک GIS 60 - 100 عنصر در هر سانتی متر مکعب است. با چنین تراکم نصب، حجم دستگاه حاوی عناصر -107 0.1 - 0.5 m3 است و زمان کار 103 - 104 ساعت است. -

مزیت اصلی GIS امکان ادغام جزئی عناصر ساخته شده با استفاده از فناوری های مختلف (دوقطبی، لایه نازک و ضخیم و غیره) با طیف گسترده ای از پارامترهای الکتریکی (کم توان، قدرتمند، فعال، غیرفعال، پرسرعت، و غیره.).

در حال حاضر، هیبریداسیون انواع مختلف مدارهای مجتمع امیدوارکننده است. با ابعاد هندسی کوچک عناصر فیلم و سطح وسیعی از بسترهای غیرفعال، ده ها تا صدها آی سی و سایر اجزا را می توان بر روی سطح آنها قرار داد. به این ترتیب، آی سی های ترکیبی چند تراشه ای با تعداد زیادی (چند هزار) دیود، ترانزیستور در یک عنصر تقسیم ناپذیر ایجاد می شود. میکرو مدارهای ترکیبی می توانند واحدهای عملکردی با ویژگی های الکتریکی متفاوت را در خود جای دهند.

مقایسه ICP و GIS.ریزمدارهای نیمه هادی با درجه ادغام تا هزاران یا بیشتر عنصر در یک کریستال مزیت دریافت کرده اند. گسترش. حجم تولید ICP یک مرتبه بزرگتر از حجم تولید GIS است. در برخی از دستگاه ها، به دلایلی استفاده از GIS توصیه می شود.

فناوری GIS نسبتاً ساده است و به هزینه تجهیزات اولیه کمتری نسبت به فناوری نیمه هادی نیاز دارد، که ایجاد محصولات و تجهیزات غیر معمول و غیر استاندارد را ساده می کند.

قسمت غیرفعال سیستم اطلاعات جغرافیایی بر روی یک بستر مجزا ساخته می شود که امکان به دست آوردن عناصر غیرفعال با کیفیت بالا و ایجاد آی سی های فرکانس بالا را فراهم می کند.

فناوری GIS امکان جایگزینی روش‌های موجود سیم‌کشی چاپی چندلایه را هنگام قرار دادن آی‌سی‌های قاب باز و LSI و سایر اجزای نیمه‌رسانا بر روی بسترها می‌دهد. فناوری GIS برای آی سی های با قدرت بالا ترجیح داده می شود. همچنین ترجیح داده می‌شود که یک پیاده‌سازی ترکیبی از مدارهای مجتمع دستگاه‌های خطی داشته باشیم که یک رابطه متناسب بین سیگنال‌های ورودی و خروجی را فراهم می‌کند. در این دستگاه‌ها، سیگنال‌ها در طیف وسیعی از فرکانس‌ها و قدرت‌ها تغییر می‌کنند، بنابراین آی‌سی‌های آن‌ها باید طیف وسیعی از رتبه‌بندی‌ها را داشته باشند که در یک فرآیند تولید واحد برای عناصر غیرفعال و فعال ناسازگار هستند. مدارهای مجتمع بزرگ LSI امکان ترکیب واحدهای عملکردی مختلف را فراهم می کند که در ارتباط با آنها به طور گسترده در دستگاه های خطی استفاده می شود.

مزایا و معایب مدارهای مجتمع

• از مزایای آی سی ها می توان به قابلیت اطمینان بالا، اندازه کوچک و وزن اشاره کرد. چگالی عناصر فعال در LSI به 103 - 104 در هر 1 سانتی متر مکعب می رسد. هنگام نصب ریز مدارها در تخته های مدار چاپی و اتصال آنها به بلوک ها، چگالی عناصر 100 - 500 در هر 1 سانتی متر مکعب است که 10 تا 50 برابر بیشتر از هنگام استفاده از ترانزیستورها، دیودها، مقاومت های جداگانه در دستگاه های میکرو مدولار است.
• مدارهای مجتمع در عملکرد بدون اینرسی هستند. به دلیل اندازه کوچک در ریزمدارها، ظرفیت‌های بین الکترود و القایی سیم‌های اتصال کاهش می‌یابد که به آنها اجازه می‌دهد در فرکانس‌های بسیار بالا (تا 3 گیگاهرتز) و در مدارهای منطقی با زمان تاخیر کوتاه (تا 0.1 ns) استفاده شوند. .
• ریز مدارها مقرون به صرفه هستند (از 10 تا 200 مگاوات) و مصرف برق و حجم منابع تغذیه را کاهش می دهند.

عیب اصلی IC دارای توان خروجی کم (50 تا 100 مگاوات) است.

بسته به هدف عملکردی، آی سی ها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: آنالوگ (یا خطی پالس) و دیجیتال (یا منطق).

انتگرال آنالوگمدارهای AIS در دستگاه‌های رادیویی-تکنیکی استفاده می‌شوند و برای تولید و تقویت خطی سیگنال‌هایی استفاده می‌شوند که بر اساس قانون عملکرد پیوسته در طیف وسیعی از قدرت‌ها و فرکانس‌ها متفاوت هستند. در نتیجه، آی سی های آنالوگ باید حاوی عناصر فعال درجه بندی ها و پارامترهای مختلف باشند که توسعه آنها را پیچیده می کند. ریز مدارهای هیبریدی دشواری ساخت دستگاه های آنالوگ را در طراحی ریز مینیاتوری کاهش می دهند. میکرو مدارهای یکپارچه در حال تبدیل شدن به پایه عنصر اصلی برای تجهیزات الکترونیکی هستند.

دیجیتال یکپارچهمدارهای CIS در رایانه ها، دستگاه هایی برای پردازش اطلاعات گسسته و اتوماسیون استفاده می شوند. کدهای دیجیتال با کمک CIS تبدیل و پردازش می شوند. گونه‌ای از این طرح‌ها، ریزمدارهای منطقی هستند که عملیات روی کدهای باینری را در اکثر رایانه‌های مدرن و دستگاه‌های دیجیتال انجام می‌دهند.

آی سی های آنالوگ و دیجیتال به صورت سری در دسترس هستند. این سری شامل آی سی هایی است که می توانند عملکردهای مختلفی را انجام دهند، اما دارای طراحی واحد و طراحی تکنولوژیکی هستند و برای استفاده مشترک در نظر گرفته شده اند. هر سری شامل چندین نوع مختلف است که می توان آنها را به اندازه های استاندارد تقسیم کرد که دارای یک هدف کاربردی و نماد نمادین هستند. مجموعه انواع استاندارد نوع IS را تشکیل می دهد.

) اولین کسی بود که ایده ترکیب بسیاری از قطعات الکترونیکی استاندارد را در یک کریستال نیمه هادی یکپارچه مطرح کرد. اجرای این پیشنهادها در آن سالها به دلیل توسعه ناکافی فناوری امکان پذیر نبود.

در پایان سال 1958 و در نیمه اول سال 1959، پیشرفتی در صنعت نیمه هادی اتفاق افتاد. سه نفر به نمایندگی از سه شرکت خصوصی آمریکایی سه مشکل اساسی را که مانع ایجاد مدارهای مجتمع شده بود، حل کردند. جک کیلبی از تگزاس اینسترومنتزاصل یکسان سازی را ثبت کرد، اولین نمونه های اولیه ناقص IC را ایجاد کرد و آنها را به تولید انبوه رساند. کورت لگووتز از شرکت Sprague Electricروشی را برای جداسازی الکتریکی اجزای تشکیل شده بر روی یک کریستال نیمه هادی اختراع کرد (جداسازی p-n-junction (eng. جداسازی اتصال P – n)). رابرت نویس از نیمه هادی فیرچایلدروشی را برای اتصال الکتریکی اجزای آی سی (متالیزاسیون آلومینیوم) ابداع کرد و نسخه بهبودیافته ای از عایق بندی اجزا را بر اساس آخرین فناوری مسطح توسط ژان ارنی (eng. ژان هورنی). در 27 سپتامبر 1960، گروه جی لست (eng. آخرین جی) ایجاد شده در نیمه هادی فیرچایلداولین قابل اجرا نیمه هادی IS بر اساس ایده های Noyce و Ernie است. تگزاس اینسترومنتزکه صاحب امتیاز اختراع کیلبی بود، جنگی را علیه رقبا به راه انداخت که در سال 1966 با توافق نامه ای دوستانه در مورد مجوز متقابل فناوری ها به پایان رسید.

آی سی های منطقی اولیه سری مذکور به معنای واقعی کلمه از آن ساخته شده اند استاندارداجزایی که اندازه و پیکربندی آنها توسط فرآیند فناوری مشخص شده است. طراحان مدار که IC های منطقی یک خانواده خاص را طراحی کردند با همان دیودها و ترانزیستورهای معمولی کار می کردند. در 1961-1962. پارادایم طراحی توسط یک توسعه دهنده اصلی شکسته شد سیلوانیاتام لونگو، برای اولین بار با استفاده از انواع مختلف پیکربندی ترانزیستورها بسته به عملکرد آنها در مدار. در پایان سال 1962م سیلوانیااولین خانواده منطق ترانزیستور ترانزیستور (TTL) را راه اندازی کرد که توسط Longo توسعه یافت - از نظر تاریخی اولین نوع منطق یکپارچه بود که توانست برای مدت طولانی جای پایی در بازار به دست آورد. در مدارهای آنالوگ، پیشرفتی در این سطح در سال های 1964-1965 توسط توسعه دهنده تقویت کننده های عملیاتی ایجاد شد. فیرچایلدباب ویدلار.

اولین مدار یکپارچه فیلم ضخیم هیبریدی در اتحاد جماهیر شوروی (سری 201 "Tropa") در سال 1963-1965 در موسسه تحقیقات فناوری دقیق ("Angstrem") ساخته شد و از سال 1965 تولید سریال شد. متخصصان NIEM (اکنون NII "Argon") در توسعه شرکت کردند.

اولین مدار یکپارچه نیمه هادی در اتحاد جماهیر شوروی بر اساس یک فناوری مسطح توسعه یافته در ابتدای سال 1960 در NII-35 (سپس به NII Pulsar تغییر نام داد) توسط تیمی که بعداً به NIIME (Mikron) منتقل شد، ایجاد شد. ایجاد اولین مدار مجتمع سیلیکونی داخلی بر روی توسعه و تولید با پذیرش نظامی سری TS-100 مدارهای یکپارچه سیلیکونی متمرکز شد (37 عنصر - معادل پیچیدگی مدار ماشه، آنالوگ سری IC آمریکایی SN-51 شرکت تگزاس اینسترومنتز). نمونه اولیه و نمونه های تولید مدارهای مجتمع سیلیکونی برای تولید مثل از ایالات متحده به دست آمد. این کار در NII-35 (مدیر تروتکو) و کارخانه نیمه هادی فریازینسکی (مدیر کولموگروف) بر اساس یک دستور دفاعی برای استفاده در ارتفاع سنج مستقل برای سیستم هدایت موشک بالستیک انجام شد. توسعه شامل شش مدار مسطح سیلیکونی یکپارچه معمولی سری TS-100 بود و با سازماندهی تولید آزمایشی سه سال در NII-35 (از 1962 تا 1965) طول کشید. دو سال دیگر برای تسلط بر تولید کارخانه با پذیرش نظامی در فریازینو (1967) صرف شد.

به موازات آن، کار بر روی توسعه یک مدار مجتمع در دفتر طراحی مرکزی در کارخانه دستگاه های نیمه هادی Voronezh (اکنون -) انجام شد. در سال 1965، طی بازدید از VZPP وزیر صنعت الکترونیک A.I. تا پایان سال تکمیل شد. موضوع با موفقیت به کمیسیون دولتی ارائه شد و مجموعه ای از 104 ریز مدار منطق دیود ترانزیستور اولین دستاورد ثابت در زمینه میکروالکترونیک حالت جامد بود که در دستور وزارت توسعه اقتصادی و تجارت منعکس شد. 30/12/1965 شماره 403.

سطوح طراحی

در حال حاضر (2014)، بیشتر مدارهای مجتمع با استفاده از سیستم‌های تخصصی CAD طراحی می‌شوند که می‌توانند فرآیندهای تولید را به طور خودکار به طور خودکار و به طور قابل توجهی افزایش دهند، به عنوان مثال، ماسک‌های عکس توپولوژیکی.

طبقه بندی

مدرک ادغام

بسته به درجه یکپارچگی، از نام های زیر برای مدارهای مجتمع استفاده می شود:

• مدار مجتمع کوچک (MIS) - تا 100 عنصر در یک کریستال،
• مدار مجتمع متوسط ​​(SIS) - تا 1000 عنصر در یک کریستال،
• مدار مجتمع بزرگ (LSI) - تا 10 هزار عنصر در یک کریستال،
• مدار مجتمع بسیار بزرگ (VLSI) - بیش از 10 هزار عنصر در یک کریستال.

قبلاً از نام‌های قدیمی نیز استفاده می‌شد: مدار مجتمع فوق‌العاده بزرگ (UBIS) - از 1-10 میلیون تا 1 میلیارد عنصر در یک کریستال و، گاهی اوقات، یک گیگابایت مدار مجتمع (GBIS) - بیش از 1 میلیارد عنصر در یک کریستال در حال حاضر، در دهه 2010، نام "UBIS" و "GBIS" عملا مورد استفاده قرار نمی گیرد و تمام ریزمدارهای با بیش از 10 هزار عنصر به عنوان VLSI طبقه بندی می شوند.

تکنولوژی ساخت

• ریز مدار نیمه هادی - همه عناصر و اتصالات بین عنصری بر روی یک کریستال نیمه هادی (به عنوان مثال، سیلیکون، ژرمانیوم، آرسنید گالیم، اکسید هافنیوم) ساخته می شوند.

• ریزمدار یکپارچه فیلم - تمام عناصر و اتصالات بین عنصری به شکل فیلم ساخته می شوند:
  • مدار مجتمع با لایه ضخیم؛
  • مدار مجتمع لایه نازک
• آی سی هیبریدی (اغلب نامیده می شود ریز مونتاژ)، شامل چندین دیود بدون تراشه، ترانزیستورهای بدون تراشه و (یا) سایر اجزای فعال الکترونیکی است. همچنین، یک ریز مونتاژ ممکن است شامل مدارهای مجتمع بدون تراشه باشد. اجزای ریز مونتاژ غیرفعال (مقاومت‌ها، خازن‌ها، سلف‌ها) معمولاً با استفاده از فناوری‌های لایه نازک یا لایه ضخیم بر روی یک بستر ریز مدار هیبریدی معمولی معمولاً سرامیکی تولید می‌شوند. کل بستر و اجزاء در یک محفظه مهر و موم شده قرار می گیرند.
• ریز مدار مخلوط - علاوه بر یک کریستال نیمه هادی، حاوی عناصر غیرفعال لایه نازک (فیلم ضخیم) واقع در سطح کریستال است.

نوع سیگنال پردازش شده

تکنولوژی ساخت

انواع منطق

عنصر اصلی ریزمدارهای آنالوگ ترانزیستورها (اثر دوقطبی یا میدانی) هستند. تفاوت در فناوری ساخت ترانزیستورها به طور قابل توجهی بر ویژگی های ریز مدارها تأثیر می گذارد. بنابراین، فناوری ساخت اغلب در توضیحات ریز مدار نشان داده می شود تا بر ویژگی های کلی ویژگی ها و قابلیت های ریزمدار تاکید شود. فناوری‌های مدرن، فناوری‌های ترانزیستور دوقطبی و ترانزیستور اثر میدانی را برای بهبود عملکرد ریزمدارها ترکیب می‌کنند.

• ریزمدارهای روی ترانزیستورهای تک قطبی (میدان) مقرون به صرفه ترین هستند (از نظر مصرف جریان):
  • منطق MOS (منطق فلز-اکسید-نیمه هادی) - ریزمدارها از ترانزیستورهای اثر میدانی تشکیل می شوند. n-MOS یا پ- نوع MOS؛
  • منطق CMOS (منطق MOS مکمل) - هر عنصر منطقی ریزمدار از یک جفت ترانزیستور اثر میدانی مکمل (مکمل) تشکیل شده است. n-MOS و پ-MOS).
• ریز مدارهای ترانزیستور دوقطبی:
  • RTL - منطق مقاومت ترانزیستور (منسوخ، جایگزین شده با TTL).
  • DTL - منطق دیود ترانزیستور (منسوخ شده، جایگزین شده با TTL).
  • TTL - منطق ترانزیستور ترانزیستور - ریز مدارها از ترانزیستورهای دوقطبی با ترانزیستورهای چند امیتر در ورودی ساخته شده اند.
  • TTLSh - منطق ترانزیستور ترانزیستور با دیودهای شاتکی - TTL بهبود یافته که از ترانزیستورهای دوقطبی با اثر شاتکی استفاده می کند.
  • ESL - منطق جفت شده با امیتر - در ترانزیستورهای دوقطبی، حالت عملکرد آن طوری انتخاب می شود که وارد حالت اشباع نشوند، که به طور قابل توجهی سرعت را افزایش می دهد.
  • IIL - منطق تزریق انتگرال.
• ریزمدارها با استفاده از ترانزیستورهای اثر میدانی و دوقطبی:

با استفاده از همان نوع ترانزیستورها، ریزمدارها را می توان با استفاده از روش های مختلف، به عنوان مثال، ایستا یا دینامیک ایجاد کرد. فناوری های CMOS و TTL (TTLSh) رایج ترین منطق ریز مدار هستند. در جاهایی که نیاز به صرفه جویی در مصرف جریان است از فناوری CMOS استفاده می شود و در جاهایی که سرعت اهمیت بیشتری دارد و نیازی به مصرف برق نیست از فناوری TTL استفاده می شود. نقطه ضعف ریز مدارهای CMOS آسیب پذیری در برابر الکتریسیته ساکن است - کافی است خروجی ریز مدار را با دست لمس کنید و یکپارچگی آن دیگر تضمین نمی شود. با توسعه فناوری‌های TTL و CMOS، ریزمدارها از نظر پارامترها نزدیک می‌شوند و در نتیجه، به عنوان مثال، سری 1564 ریز مدارها با استفاده از فناوری CMOS ساخته می‌شوند و عملکرد و قرارگیری در کیس مشابه TTL است. فن آوری.

ریزمدارهای تولید شده با استفاده از فناوری ESL سریع‌ترین و در عین حال پرهزینه‌ترین هستند و در تولید رایانه‌ها در مواردی که مهمترین پارامتر سرعت محاسبه بود استفاده می‌شد. در اتحاد جماهیر شوروی، پربازده ترین رایانه ها از نوع EC106x بر روی ریز مدارهای ESL ساخته می شدند. این فناوری در حال حاضر به ندرت استفاده می شود.

فرآیند تکنولوژیکی

در ساخت ریز مدارها از روش فتولیتوگرافی (برآمدگی، تماس و غیره) استفاده می شود، در حالی که مدار بر روی بستری (معمولاً از سیلیکون) تشکیل می شود که از برش تک کریستال های سیلیکونی به ویفرهای نازک با دیسک های الماسی به دست می آید. به دلیل کوچک بودن ابعاد خطی عناصر ریزمدار، آنها از استفاده از نور مرئی و حتی نزدیک به اشعه ماوراء بنفش در هنگام قرار گرفتن در معرض خودداری کردند.

پردازنده های زیر با استفاده از نور UV (لیزر اکسایمر ArF، طول موج 193 نانومتر) تولید شدند. به طور متوسط، رهبران صنعت هر 2 سال یک بار فرآیندهای فناوری جدید را طبق برنامه ITRS معرفی کردند، در حالی که تعداد ترانزیستورها در واحد سطح را دو برابر کردند: 45 نانومتر (2007)، 32 نانومتر (2009)، 22 نانومتر (2011)، تولید 14 نانومتر آغاز شد. در سال 2014، توسعه فرآیندهای 10 نانومتری در حدود سال 2018 انتظار می رود.

در سال 2015، برآوردهایی وجود داشت که معرفی فرآیندهای فنی جدید کند خواهد شد.

کنترل کیفیت

برای کنترل کیفیت مدارهای مجتمع از سازه های آزمایشی به اصطلاح استفاده می شود.

وقت ملاقات

یک ریز مدار یکپارچه می تواند عملکردی کامل، هرچند پیچیده داشته باشد - تا یک میکرو کامپیوتر کامل (ریز کامپیوتر تک تراشه).

مدارهای آنالوگ

• فیلترها (از جمله فیلترهای پیزو).
• آنالوگ ضرب کننده ها.
• تضعیف کننده های آنالوگ و تقویت کننده های متغیر.
• تثبیت کننده های منبع تغذیه: تثبیت کننده های ولتاژ و جریان.
• ریز مدارها را برای سوئیچینگ منابع تغذیه کنترل کنید.
• مبدل های سیگنال
• طرح های همگام سازی
• سنسورهای مختلف (به عنوان مثال دما).

مدارهای دیجیتال

• مبدل های بافر
• پردازنده های (Micro) (از جمله CPU برای رایانه ها)
• ریز مدارها و ماژول های حافظه
• FPGA (مدارهای مجتمع منطقی قابل برنامه ریزی)

مدارهای مجتمع دیجیتالی دارای چندین مزیت نسبت به مدارهای آنالوگ هستند:

• مصرف برق کاهش یافته استمرتبط با استفاده از سیگنال های الکتریکی پالسی در الکترونیک دیجیتال. هنگام دریافت و تبدیل چنین سیگنال هایی، عناصر فعال دستگاه های الکترونیکی (ترانزیستور) در حالت "کلید" عمل می کنند، یعنی ترانزیستور یا "باز" ​​است - که مربوط به یک سیگنال سطح بالا (1) است، یا "بسته" " - (0)، در مورد اول هیچ افت ولتاژی در ترانزیستور وجود ندارد، در حالت دوم - هیچ جریانی از آن عبور نمی کند. در هر دو حالت، بر خلاف دستگاه های آنالوگ که ترانزیستورها در اکثر مواقع در حالت متوسط ​​(فعال) هستند، مصرف برق نزدیک به 0 است.
• ایمنی بالای سر و صدادستگاه های دیجیتال با تفاوت زیادی بین سیگنال های سطح بالا (به عنوان مثال 2.5-5 ولت) و پایین (0-0.5 ولت) همراه است. خطای وضعیت در چنان سطحی از تداخل امکان پذیر است که سطح بالا به پایین تعبیر شود و بالعکس، که بعید است. علاوه بر این، دستگاه های دیجیتال می توانند از کدهای ویژه ای برای تصحیح خطاها استفاده کنند.
• تفاوت زیاد در سطوح سیگنال های سطح بالا و پایین (منطقی "0" و "1") و دامنه نسبتاً گسترده ای از تغییرات مجاز آنها باعث می شود که فناوری دیجیتال نسبت به پراکندگی اجتناب ناپذیر پارامترهای عناصر در فناوری انتگرال حساس نباشد. نیاز به انتخاب اجزا و تنظیم عناصر تنظیم در دستگاه های دیجیتال را از بین می برد.

مدارهای آنالوگ دیجیتال

• مبدل های دیجیتال به آنالوگ (DAC) و مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC)؛
• فرستنده و گیرنده (به عنوان مثال، مبدل رابط شبکه محلی کابلی);
• تعدیل کننده ها و دمدولاتورها؛
  • مودم های رادیویی
  • رمزگشاهای تله تکست، VHF-رادیو-متن
  • فرستنده و گیرنده های اترنت سریع و نوری
  • Dial-Upمودم ها
  • گیرنده های تلویزیون دیجیتال
  • سنسور نوری ماوس
• ریز مدارهای برق برای دستگاه های الکترونیکی - تثبیت کننده ها، مبدل های ولتاژ، سوئیچ های برق و غیره؛
• تضعیف کننده های دیجیتال؛
• حلقه قفل فاز (PLL)؛
• ژنراتورها و ترمیم کننده های فرکانس هماهنگ سازی ساعت؛
• کریستال های ماتریس پایه (BMC): شامل مدارهای آنالوگ و دیجیتال است.

سری تراشه

میکرو مدارهای آنالوگ و دیجیتال به صورت سری تولید می شوند. سری به گروهی از ریزمدارها گفته می شود که دارای یک طراحی ساختاری و فناوری واحد بوده و برای استفاده مشترک در نظر گرفته شده اند. ریز مدارهای همان سری، به طور معمول، دارای ولتاژ یکسانی از منابع تغذیه هستند، در مقاومت های ورودی و خروجی، سطوح سیگنال مطابقت دارند.

مسکن ها

اسامی خاص

ریزپردازنده هسته رایانه را تشکیل می دهد ، عملکردهای اضافی مانند ارتباط با وسایل جانبی با استفاده از چیپست های مخصوص طراحی شده (چیپست) انجام شد. برای اولین رایانه ها، تعداد ریز مدارها در مجموعه ها به ده ها و صدها شمرده می شد، در سیستم های مدرن مجموعه ای از یک یا دو یا سه ریز مدار است. اخیراً روند انتقال تدریجی عملکردهای چیپست (کنترل کننده حافظه، کنترل کننده اتوبوس) وجود داشته است. PCI Express) وارد پردازنده شود.

برای اینکه هر وسیله الکترونیکی پیچیده ای کار کند، معمولاً به قطعات زیادی نیاز است. هنگامی که تعداد زیادی از آنها وجود دارد، می توان آنها را "ترکیب کرد"، مثلا، در مدارهای مجتمع. آنها چه هستند؟ چگونه طبقه بندی می شوند؟ چگونه ساخته می شوند و چه سیگنال هایی منتقل می شوند؟

مدارهای مجتمع منطقی (IC) چیست؟

در واقع، این یک دستگاه میکروالکترونیک است که بر اساس یک کریستال با پیچیدگی دلخواه ساخته شده است که بر روی یک فیلم نیمه هادی یا ویفر ساخته شده است. در یک کیس غیر قابل جدا شدن قرار می گیرد (اگرچه بدون آن می تواند کار کند، اما فقط زمانی که بخشی از ریز مونتاژ باشد). اولین مدار مجتمع در سال 1968 ثبت اختراع شد. این به نوعی پیشرفت در صنعت تبدیل شد، اگرچه دستگاه ارائه شده از نظر پارامترهای آن چندان با ایده های مدرن مطابقت نداشت. مدارهای مجتمع بیشتر برای نصب سطحی تولید می شوند. اغلب، IC به عنوان یک کریستال یا فیلم درک می شود. پرکاربردترین مدار یکپارچه روی ویفر سیلیکونی است. این اتفاق افتاد که کاربرد آن در صنعت دارای مزایای متعددی است، به عنوان مثال، کارایی انتقال سیگنال.

سطوح طراحی

این دستگاه ها پیچیده هستند که به زیبایی نمایش داده می شوند. اکنون آنها با استفاده از سیستم های ویژه CAD ایجاد می شوند که فرآیندهای تولید را به طور قابل توجهی به طور خودکار و سرعت می بخشد. بنابراین، هنگام طراحی، موارد زیر در حال کار است:

1. سطح منطقی (اینورتر، AND-NOT، OR-NOT و مانند آن).
2. سیستم و مدار (تریگرها، درهم‌کننده‌ها، ALU، مقایسه‌کننده‌ها و غیره در حال کار هستند).
3. برق (خازن، ترانزیستور، مقاومت و وسایل مشابه).
4. سطح توپولوژیکی - ماسک های عکس برای تولید.
5. فیزیکی - چگونه یک ترانزیستور (یا یک گروه کوچک) روی یک تراشه پیاده سازی می شود.
6. نرم افزار - دستورالعمل ها برای میکروکنترلرها، ریزپردازنده ها و FPGA ایجاد شده است. یک مدل رفتار با استفاده از یک طرح عمودی توسعه یافته است.

طبقه بندی

با صحبت در مورد نحوه متمایز شدن مدارهای مجتمع، انتخاب تنها یک پارامتر از نوع پیچیدگی فناوری مورد نظر غیرممکن است. بنابراین، در چارچوب مقاله، سه نفر انتخاب شدند.

مدرک ادغام

1. مدار مجتمع کوچک شامل کمتر از صد مورد
2. مدار مجتمع متوسط تعداد عناصر از صد / هزار متغیر است.
3. مدار مجتمع بزرگ شامل از هزار تا 10000 مورد است.
4. آنها بیش از ده هزار عنصر دارند.

به طور معمول، یک مدار مجتمع در مقیاس بزرگ اغلب برای لوازم خانگی استفاده می شود. دسته های دیگر قبلاً استفاده می شد:

1. مدار مجتمع فوق العاده بزرگ. این شامل نمونه هایی بود که می توانستند به تعداد عناصر در محدوده 1 میلیون تا 1 میلیارد افتخار کنند.
2. گیگ مدار مجتمع بزرگ. این شامل نمونه هایی با بیش از 1 میلیارد عنصر بود.

اما در این مقطع زمانی آنها اعمال نمی شوند. و تمام نمونه هایی که قبلاً UBIS و GBIS نامیده می شدند، اکنون به عنوان VLSI منتقل می شوند. به طور کلی، این باعث صرفه جویی قابل توجهی در تعداد گروه ها می شود، زیرا دو نوع آخر معمولاً به طور خاص در مراکز تحقیقاتی بزرگی که سیستم های کامپیوتری در آنجا کار می کنند، استفاده می شود، که قدرت آنها در ده ها و صدها ترابایت اندازه گیری می شود.

تکنولوژی ساخت

با توجه به امکانات مختلف ساخت، مدارهای مجتمع نیز بر اساس نحوه ساخت و از چه مواردی طبقه بندی می شوند:

1. نیمه هادی. در آنها، تمام عناصر و اتصالات بر روی یک کریستال نیمه هادی ایجاد می شوند. مدارهای مجتمع نیمه هادی از موادی مانند سیلیکون، ژرمانیوم، آرسنید گالیم و اکسید هافنیوم استفاده می کنند.

2. فیلم. همه عناصر و اتصالات مانند فیلم ساخته شده اند:

فیلم ضخیم

فیلم نازک.

3. هیبرید. دارای دیودها، ترانزیستورها یا سایر اجزای فعال الکترونیکی بسته بندی نشده است. غیرفعال ها (مانند مقاومت ها، سلف ها، خازن ها) روی یک بستر سرامیکی مشترک قرار می گیرند. همه آنها در یک محفظه مهر و موم شده قرار می گیرند.

4. مخلوط. نه تنها یک کریستال نیمه هادی، بلکه عناصر غیرفعال لایه نازک (یا لایه ضخیم) نیز روی سطح آن قرار می گیرند.

نوع سیگنال پردازش شده

و سومین و جدیدترین نوع بر اساس سیگنال هایی است که مدارهای مجتمع را پردازش می کند. آن ها هستند:

1. آنالوگ. در اینجا سیگنال های ورودی و خروجی طبق قانون تغییر می کنند و می توانند مقداری در محدوده ولتاژ تغذیه منفی تا مثبت به خود بگیرند.
2. دیجیتال. در اینجا، هر سیگنال ورودی یا خروجی می تواند دو مقدار داشته باشد: منطقی یک یا صفر. هر یک از آنها سطح ولتاژ از پیش تعیین شده خود را دارند. بنابراین، ریز مدارهای نوع TTL، محدوده 0-0.4V صفر و 2.4-5V در واحد تخمین زده می شود. ممکن است تقسیمات دیگری نیز وجود داشته باشد، همه اینها به نمونه خاص بستگی دارد.
3. آنالوگ دیجیتال. آنها مزایا و ویژگی های نمونه های قبلی را ترکیب می کنند. به عنوان مثال، آنها می توانند شامل تقویت کننده های سیگنال و مبدل های آنالوگ به دیجیتال باشند.

مشخصات حقوقی

قانون در مورد مدارهای مجتمع چه می گوید؟ ما در کشورمان از توپولوژی مدارهای مجتمع حمایت قانونی کرده ایم. منظور از آن ترتیب هندسی-فضایی مجموعه خاصی از عناصر خاص و اتصالات بین آنها است که بر روی یک حامل مواد خاص ثابت شده است (طبق ماده 1448 قانون مدنی فدراسیون روسیه). نویسنده توپولوژی دارای حقوق معنوی زیر برای اختراع خود است:

1. کپی رایت.
2. حق انحصاری.

علاوه بر این، نویسنده توپولوژی ممکن است ترجیحات دیگری از جمله امکان دریافت پاداش برای استفاده از آن داشته باشد. ده سال است که اجرا می شود. در طول این مدت، مخترع یا شخصی که این وضعیت به او اختصاص داده شده است، می تواند توپولوژی را در خدمات مالکیت معنوی و ثبت اختراع مناسب ثبت کند.

نتیجه

همین! اگر می خواهید طرح خود را جمع آوری کنید، فقط می توانید برای آن آرزوی موفقیت کنید. اما در عین حال توجه شما را به یک ویژگی جلب می کنم. اگر تمایل به مونتاژ یک ریز مدار وجود دارد، لازم است که برای این فرآیند کاملا آماده شود. واقعیت این است که ایجاد آن به تمیزی استثنایی در سطح اتاق عمل جراحی نیاز دارد، علاوه بر این، به دلیل کوچک بودن جزئیات، کار با آهن لحیم کاری در حالت عادی کار نخواهد کرد - همه اقدامات توسط ماشین ها انجام می شود. بنابراین، فقط مدارها را می توان در خانه ایجاد کرد. در صورت تمایل می‌توانید توسعه‌های صنعتی را که در بازار عرضه می‌شود خریداری کنید، اما بهتر است ایده ساخت آن‌ها را در خانه و بدون بودجه قابل توجه رها کنید.