Veliki integrirani krug. Mikrokrugovi

Slika 4.8

Ovdje se dielektrik sastoji od dva sloja: silicij nitrida (Si 3 N 4) i silicij oksida (SiO 2). Napon praga se može promijeniti primjenom kratkih (oko 100 μs) naponskih impulsa različitog polariteta, s velikom amplitudom od 30 ... 50 V na kapiju. Kada se primijeni impuls od +30 V, napon praga koristi tranzistor ili napon vrata U ZI \u003d ± 10V. U ovom načinu rada, MNOS tranzistor radi kao konvencionalni MIS tranzistor s induciranim kanalom. R-tip.

Kada se primijeni impuls od -30 V, napon praga poprima vrijednost U ZIthor ~ 20 V, kao što je prikazano na sl. 4.8, 6 i u. 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 temelji se na nakupljanju naboja na granici nitridnog i oksidnog sloja. Ovo nakupljanje je rezultat nejednakih struja vodljivosti u slojevima. Proces akumulacije opisuje se izrazom dq/ dt= ja sio 2 - ja si 3 n 4 . S velikim negativnim naponom U ZI akumulira pozitivan naboj na granici. To je ekvivalentno uvođenju donora u dielektrik i popraćeno je povećanjem napona negativnog praga. S velikim pozitivnim naponom U ZI akumulira negativan naboj na granici. To rezultira smanjenjem napona negativnog praga. Pri niskim naponima U ZI struje u dielektričnim slojevima smanjuju se za 10...15 redova veličine, tako da se akumulirani naboj zadržava tisućama sati, a posljedično, i granični napon je očuvan.

Postoji još jedna mogućnost konstruiranja memorijske ćelije za RPZU na temelju MIS tranzistora s jednoslojnim dielektrikom. Ako se na kapiju dovede dovoljno visok napon, onda slom lavine dielektrika, što rezultira nakupljanjem elektrona u njemu. U tom slučaju će se promijeniti granični napon tranzistora. Naboj elektrona zadržava se tisućama sati. Da bi se izvršilo prepisivanje informacija, potrebno je ukloniti elektrone iz dielektrika. To se postiže osvjetljavanjem kristala ultraljubičastom svjetlošću, što uzrokuje fotoelektrični efekt: izbacivanje elektrona iz dielektrika.

Korištenje ultraljubičasto brisanje moguće je značajno pojednostaviti sklop RPZU. Generalizirani blok dijagram RPZU-a s ultraljubičastim brisanjem (slika 4.9) sadrži, osim MNP-a, dekoder adresnog signala (DAS), kristalni selektor (UVK) i međuspremno pojačalo (BU) za čitanje informacija.

Slika 4.9

Prema gornjem strukturnom dijagramu, posebno je izrađen LSI RROM s ultraljubičastim brisanjem tipa K573RF1 s kapacitetom od 8192 bita.

4.8. Digitalno analogni pretvarači

Svrha DAC-a je pretvoriti binarni digitalni signal u ekvivalentni analogni napon. Takva se pretvorba može izvesti pomoću otpornih krugova prikazanih na Sl. 4.10.

Slika 4.10

DAC s 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 dvije razine:

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 ovisno o broju DAC bitova.

Kako bi se osigurala visoka točnost, otporni DAC krugovi moraju raditi na opterećenju visokog otpora. Za usklađivanje otpornih sklopova s ​​opterećenjem niskog otpora koriste se međuspremna pojačala na bazi operacionih pojačala, prikazana na sl. 4.10, a, b.

4.9. Analogno digitalni pretvarači

Svrha ADC-a je pretvaranje analognog napona u njegov digitalni ekvivalent. ADC-ovi su obično složeniji od DAC-ova, pri čemu je DAC često čvor ADC-a. Generalizirani blok dijagram ADC-a s DAC-om u povratnom krugu prikazan je na sl. 4.11.

Slika 4.11

ADC-i izrađeni prema ovoj shemi naširoko se koriste zbog svoje dobre točnosti, 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 upravljački uređaj i koji sadrži generator taktne frekvencije. Implementacijom VUU različitih algoritama rada ADC-a dobivaju se različite karakteristike pretvarača.

Koristeći sl. 4.11, razmotrit ćemo princip rada ADC-a, pod pretpostavkom da se obrnuti brojač koristi kao registar okidača. Brojač gore/dolje ima digitalni izlaz, napon na kojem se povećava sa svakim taktnim impulsom, kada je razina napona visoka na ulazu brojača "Direct count", a razina napona niska 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 spojen preko CU na reverzibilni brojač. Ako je napon na izlazu komparatora visok, razina na ulazu brojača "Direct count" također će biti visoka. Suprotno tome, kada je izlazni napon komparatora nizak, ulaz Count Up također će biti nizak.

Stoga, ovisno o tome je li izlaz komparatora visok ili nizak, brojač gore/dolje broji gore ili dolje. U prvom slučaju na ulazu U DAC komparatora pokazuje napon koji se povećava korakom, au drugom - korak pada.

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

Na ulazu U DAC za usporedbu prima izlazni napon DAC-a, koji se uspoređuje s analognim ulaznim naponom primijenjenim na ulaz U en .

Ako je analogni napon U hr premašuje napon uzet s 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 tijekom procesa brojanja, napon na izlazu komparatora je nizak i brojač broji u suprotnom smjeru, opet vodi U DAC za U en . Dakle, sustav ima povratnu spregu koja održava izlazni napon DAC-a približno jednakim naponu U en . Stoga je izlaz brojača gore/dolje uvijek digitalni ekvivalent analognog ulaznog napona. Izlaz brojača gore/dolje očitava digitalni ekvivalent analognog ulaznog signala ADC-a.

4.10. Digitalni i analogni multipleksori

U mikroprocesorskim sustavima, ADC-ovima, DAC-ovima, kao iu elektroničkim sklopnim sustavima, naširoko se koriste multipleksori: višekanalni prekidači (s 4, 8, 16, 32, 64 ulaza i 1-2 izlaza) s digitalnim upravljačkim uređajem. Najjednostavniji multipleksori digitalnih i analognih signala prikazani su na sl. 4.12, a i b odnosno.

Slika 4.12

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

Prema ovom principu, multipleksori se grade za bilo koji potreban broj informacijskih ulaza. Neke vrste digitalnih multipleksora također omogućuju 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 međuspremnika, digitalnu upravljačku jedinicu. Povezivanje čvorova međusobno je ilustrirano na Sl. 4.12.6.

Primjer LSI analognog multipleksora je mikro krug K591KN1, izrađen na bazi MIS tranzistora. Omogućuje prebacivanje 16 analognih izvora informacija na jedan izlaz, omogućujući i adresiranje i uzorkovanje serijskog kanala. Prilikom razvoja LSI analognih multipleksora uzima se u obzir potreba njihove kompatibilnosti s mikroprocesorskim sustavom zapovijedanja.

Analogni multiplekseri su vrlo obećavajući proizvodi za elektronička komutirajuća polja i višekanalni elektronički prekidači za komunikaciju, emitiranje i televiziju.

integrirani krug(ili jednostavno integrirani krug) je skup, u 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.

Pojam "integrirani sklop" (IC) odražava činjenicu kombiniranja (integriranja) pojedinačnih dijelova - komponenti - u strukturno jedan uređaj, kao i činjenicu da funkcije koje obavlja ovaj uređaj postaju složenije u usporedbi s funkcijama pojedinih komponenti. .

Komponente koje su dio IS-a i stoga se ne mogu odvojiti od njega kako se nazivaju nezavisni proizvodi elementi IP ili sastavni elementi. Imaju neke značajke u usporedbi s tranzistorima itd., koji su izrađeni u obliku strukturno odvojenih jedinica i spojeni u krug lemljenjem.

Razvoj elektronike temelji se na kontinuiranom usložnjavanju funkcija koje obavlja elektronička oprema. U određenim fazama postaje nemoguće riješiti nove probleme starim sredstvima ili, kako se kaže, na temelju starog. baza elemenata, na primjer, korištenjem vakuumskih cijevi ili diskretnih tranzistora. Glavni čimbenici na kojima se temelji promjena u bazi elemenata su: pouzdanost, dimenzije i težina, cijena i snaga.

Značajka mikroelektronskih proizvoda je visok stupanj složenosti izvršenih funkcija, za koje se stvaraju sklopovi u kojima je broj komponenti u milijunima. Iz ovoga je jasno da je osiguranje pouzdanosti rada pri ručnom povezivanju komponenti nemoguć zadatak. Jedini način da se to riješi je korištenje kvalitativno novih visokih tehnologija.

Za proizvodnju integriranih sklopova koristi se grupna metoda proizvodnje i planarna tehnologija.

grupna metoda proizvodnja leži u činjenici da se, prvo, veliki broj integriranih sklopova istovremeno proizvodi na jednoj ploči od poluvodičkog 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 krugu formiranjem kroz ravninu.

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

Završna operacija - ambalaža- ovo je smještaj IC-a u kućištu sa spojem kontaktnih jastučića na noge IC-a (slika 2.20).

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

gdje ALI- trošak istraživačko-razvojnog rada na izradi IS-a; U- troškovi tehnološke opreme, prostora i sl.; IZ- tekući troškovi za materijal, struju, plaće, u pogledu jedne ploče; Z- broj ploča proizvedenih prije amortizacije osnovnih proizvodnih sredstava; x- broj kristala na ploči; Y- omjer odgovarajućih IC-a prema broju stavljenih u proizvodnju na početku iste.

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

Zaključno, napominjemo da sve konstante uključene u formulu nisu niti konstantne niti ovisne jedna o drugoj, pa je analiza minimalnog troška zapravo složena i višefaktorna.

IP klasifikacija. Klasifikacija IP-a može se provesti prema različitim kriterijima, ovdje ćemo se ograničiti samo na jedan. Prema načinu proizvodnje i dobivenoj strukturi razlikuju se dva temeljno različita tipa integriranih sklopova: poluvodički i filmski.

Poluvodički IC- ovo je mikrosklop, čiji su elementi izrađeni u prizemnom sloju poluvodičke podloge (slika 2.21). Ovi IC-ovi čine osnovu moderne mikroelektronike.

Film IC- ovo je mikrosklop, čiji su elementi izrađeni u obliku raznih vrsta filmova nanesenih na površinu dielektrične podloge (slika 2.22). Ovisno o načinu nanošenja filmova i debljini koja je povezana s tim, razlikuju se tankoslojni 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, filmski IC-ovi sadrže samo pasivne elemente (otpornike, kondenzatore itd.). Stoga su funkcije koje obavljaju isključivo filmski IC-ovi iznimno ograničene. Kako bi se prevladala ova ograničenja, filmski IC je dopunjen aktivnim komponentama (pojedinačnim tranzistorima ili IC-ima), postavljenim na istu podlogu i spojenim na elemente filma. Tada se ispostavlja IP, koji se zove hibrid.

hibridni IC(ili GIS) je mikrosklop, koji je kombinacija filmskih pasivnih elemenata i aktivnih komponenti smještenih na zajedničkoj dielektričnoj podlozi. Diskretne komponente koje čine hibridni IC nazivaju se montiran,čime se naglašava njihova izoliranost od glavnog tehnološkog ciklusa za dobivanje filmskog dijela sklopa.

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

Kombinirani IC- ovo je mikrosklop u kojem se aktivni elementi izrađuju u sloju koji se nalazi blizu površine 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; te je zahtjeve lakše ispuniti s filmskim elementima nego s poluvodičkim.

U svim vrstama integriranih sklopova međusobno se spajanje elemenata izvodi pomoću tankih metalnih traka nanesenih ili nanesenih na površinu podloge i na pravim mjestima u dodiru sa spojenim elementima. Postupak nanošenja ovih spojnih traka naziva se metalizacija, i "crtanje" međusobnih veza - metalne žice.

Poluvodiči do nove IC-ove. Trenutno se razlikuju sljedeće poluvodičke IC-ove: bipolarni, MOS (metal-oxide-semiconductor) i BIMOP. Potonji su kombinacija prva dva, a spajaju svoje pozitivne kvalitete.

Tehnologija poluvodičkih IC-a temelji se na dopiranju poluvodičke (silicijske) pločice naizmjenično s donorskim i akceptorskim nečistoćama, uslijed čega se ispod površine formiraju tanki slojevi s različitim vrstama vodljivosti. okrug- prijelazi na granicama slojeva. Odvojeni slojevi se koriste kao otpornici, i okrug-prijelazi – u diodnim i tranzistorskim strukturama.

Dopiranje ploče mora se obaviti lokalno, tj. u odvojenim područjima odvojenim prilično velikim udaljenostima. Lokalni doping provodi se posebnim maske s rupama kroz koje atomi nečistoće prodiru u ploču u željenim područjima. U proizvodnji poluvodičkih IC-a ulogu maske obično ima film silicijevog dioksida SiO 2 koji prekriva površinu silicijeve pločice. U ovom se filmu posebnim metodama ugravira potreban skup rupa raznih oblika, ili, kako kažu, potrebni slika(riža. 2.22). Rupe u maskama, posebno u oksidnom filmu, nazivaju se prozori.

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

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

Elementi bipolarnog IC-a moraju biti izolirani 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, budući da ne postoji interakcija između susjednih MOS tranzistora. To je jedna od glavnih prednosti MOS IC-a u odnosu na bipolarne.

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

Veličine kristala modernih poluvodičkih IC-a dosežu 20x20 mm 2 . Što je veća površina čipa, to se na njega može postaviti složeniji, više-elementni IC. S istim kristalnim područjem možete povećati broj elemenata smanjenjem njihove veličine i udaljenosti između njih.

Uobičajeno je karakterizirati funkcionalnu složenost IS-a stupanj integracije oni. broj elemenata (najčešće tranzistora) na čipu. Maksimalni stupanj integracije je 106 elemenata po čipu. Povećanje stupnja integracije (a time i složenost funkcija koje obavljaju IC) jedan je od glavnih trendova u mikroelektronici.

Za kvantificiranje stupnja integracije koristi se uvjetni koeficijent k= log N. Ovisno o značenju, unutarnji krugovi se nazivaju drugačije:

k≤ 2 (N ≤ 100) - integrirani krug (IC);

2 ≤ k ≤ 3 (N ≤ 1000) - integrirani krug prosječnog stupnja integracije (SIS);

3 ≤ k ≤ 5 (N ≤ 10 5) - veliki integrirani sklop (LSI);
k> 5 (N>10 5) - vrlo veliki integrirani krug (VLSI).

Ispod su engleske oznake i njihovi prijepisi:

IC - integrirani krug;

MSI - srednje razmjerna integracija;

LSI - Velika integracija;

VLSI - Integracija vrlo velikih razmjera.

Osim stupnja integracije, koriste i takav pokazatelj kao gustoća pakiranja- broj elemenata (najčešće tranzistora) po jedinici površine kristala. Ovaj pokazatelj, koji karakterizira uglavnom razinu tehnologije, trenutno je do 500-1000 elemenata/mm 2 .

Hibridni IC-ovi. Film, a samim tim i hibridni IC-ovi, ovisno o tehnologiji proizvodnje, dijele se na debeloslojne i tankoslojne.

GIS na debelom filmu (označimo ih TsGIS) napravljeni su prilično jednostavno. nanesena na dielektričnu podlogu tjestenina različit sastav. Vodljive paste osiguravaju međusobne veze elemenata, kondenzatorskih ploča i izvoda na igle kućišta; otpornik - dobivanje otpornika; dielektrika - izolacija između ploča kondenzatora i opća zaštita površine gotovog GIS-a. Svaki sloj treba imati svoju konfiguraciju, svoj vlastiti uzorak. Stoga se u izradi svakog sloja pasta nanosi kroz njegovu masku - šablona- s prozorima na onim mjestima gdje bi pasta ovog sloja trebala pasti. Nakon toga, zglobne komponente su zalijepljene i njihovi zaključci su povezani kontaktna područja.

Tankoslojni GIS (označimo ih kao TKGIS) proizvedeni su pomoću složenije tehnologije od TSGIS-a. Klasičnu tehnologiju tankog filma karakterizira činjenica da se filmovi talože na podlogu iz plinske faze. Nakon uzgoja sljedećeg filma mijenja se kemijski sastav plina, a time i elektrofizička svojstva sljedećeg filma. Na taj način se redom dobivaju vodljivi, 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-ima (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.

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

Klasifikacija integriranih sklopova

Prema dizajnu i tehnološkoj izvedbi razlikuju se poluvodičke, filmske i hibridne IC-ove.

Poluvodiči uključuju PMS (poluvodički integrirani krugovi), svi elementi i međuelementi čiji su spojevi izvedeni u volumenu ili na površini poluvodiča. Ovisno o načinima izolacije pojedinih elemenata, razlikuju se PMS s izolacijom p-n spojevima i mikro krugovi s dielektričnom (oksidnom) izolacijom. PMS se također može izraditi na supstratu od dielektričnog materijala koji se temelji i na bipolarnim i na tranzistorima s efektom polja. Obično se u tim sklopovima tranzistori izrađuju u obliku troslojnih struktura s dva p-n spoja (n-p-n-tip), a diode su u obliku dvoslojnih struktura s 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 izraditi induktore, pa je većina uređaja dizajnirana bez induktivnih elemenata. Svi elementi PMS-a dobiveni su u jednom tehnološkom ciklusu u poluvodičkom kristalu. Elementi takvih krugova povezani su pomoću aluminijskih ili zlatnih filmova dobivenih vakuumskim taloženjem. Spoj kruga s vanjskim vodovima izvodi se aluminijskim ili zlatnim vodičima promjera oko 10 mikrona koji se toplinskom kompresijom pričvršćuju na filmove, a zatim zavaruju na vanjske vodove mikrosklopa. Poluvodički mikro krugovi mogu raspršiti snagu od 50-100 mW, raditi na frekvencijama do 20-100 MHz, osigurati vrijeme kašnjenja do 5 ns. Gustoća ugradnje elektroničkih uređaja na PMS je do 500 elemenata po 1 cm3. Suvremeni grupni tehnološki ciklus omogućuje obradu desetaka poluvodičkih pločica u isto vrijeme, od kojih svaka sadrži stotine PMS-a sa stotinama elemenata u kristalu spojenih u zadane elektroničke sklopove. Ovom tehnologijom osigurava se visoka identičnost električnih karakteristika mikrosklopova.

Filmski integral(ili jednostavno filmski sklopovi PS) nazivaju se IC-ovi, čiji su svi elementi i međuelementne veze napravljeni samo u obliku filmova. Integrirani sklopovi se dijele na tanki i debeli film. Ove sheme mogu imati kvantitativnu i kvalitativnu razliku. Tankofilni IC uvjetno se nazivaju IC s debljinom filma do 1 μm, a IC s debelim filmom su IC s debljinom filma iznad 1 μm. Kvalitativna razlika određena je tehnologijom proizvodnje filma. Tankofilni IC elementi se nanose na podlogu korištenjem termičkog vakuumskog taloženja i katodnog raspršivanja. Elementi IC-a debelog filma proizvode se uglavnom metodom sitotiska nakon čega slijedi spaljivanje.

Hibridni integrirani krugovi(GIS) su kombinacija montiranih aktivnih radio elemenata (mikrotranzistora, diode) i filmskih pasivnih elemenata i njihovih spojeva. Tipično, GIS sadrže: izolacijske podloge od stakla ili. ke-, okviri, na čijoj se površini formiraju filmski vodiči, 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 s otporom od tisućinki oma do desetaka kilooma u GIS-u su izrađeni u obliku tankog filma nikroma ili tantala. Filmovi se nanose na izolacijsku podlogu (podlogu) i podvrgavaju se toplinskom žarenju. Za dobivanje otpornika s otporom od nekoliko desetaka megaoma koriste se metalno-dielektrične smjese (krom, silicij monoksid itd.). Prosječne dimenzije filmskih otpornika su (1 - 2) X10 ~ 3 cm2. Kondenzatori u GIS-u izrađeni su od tankih filmova bakra, srebra, aluminija ili zlata. Taloženje ovih metala provodi se podslojem od kroma, titana, molibdena, osiguravajući dobro prianjanje s izolacijskim materijalom podloge. Kao dielektrik u kondenzatorima koristi se film od silicijevog oksida, berilija, titan dioksida i dr. Filmski kondenzatori se izrađuju kapaciteta od desetinki pikofarada do desetina tisuća pikofarada veličine od 10~3 do 1 cm2. GIS vodiči, uz pomoć kojih se izvode međuelementne veze - i spajanje na stezaljke stezaljki, izrađuju se u obliku tankog filma od zlata, bakra ili aluminija s podslojem od nikla, kroma, titana, koji osigurava visoko prianjanje na izolacijska podloga. Hibridni integrirani krugovi, u kojima je debljina filmova nastalih tijekom proizvodnje pasivnih elemenata, do 1 mikrona sa širinom od 100 - 200 mikrona, klasificirani su kao tankoslojni. Takvi se filmovi dobivaju toplinskim raspršivanjem na površini podloge u vakuumu pomoću šablona, ​​maski. Hibridni integrirani krugovi debljine 1 mikron ili više klasificiraju se kao debeloslojni i proizvode se prskanjem vodljivih ili dielektričnih pasta na podloge kroz mrežaste šablone, nakon čega slijedi njihovo pečenje u podloge na visokoj temperaturi. Ovi sklopovi su veliki i imaju puno pasivnih elemenata. Pričvršćeni aktivni elementi sastoje se od fleksibilnih ili krutih "loptastih" vodova, koji su pričvršćeni na filmski mikro krug lemljenjem ili zavarivanjem.

Gustoća pasivnih i aktivnih elemenata s njihovim višeslojnim rasporedom u GIS-u izrađenom tehnologijom tankog filma doseže 300-500 elemenata po 1 cm3, a gustoća ugradnje elektroničkih uređaja na GIS je 60-100 elemenata po 1 cm3. Uz takvu gustoću montaže, volumen uređaja koji sadrži 107 elemenata je 0,1 - 0,5 m3, a vrijeme rada je 103 - 104 sata. -

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

Trenutno je obećavajuća hibridizacija različitih vrsta integriranih sklopova. Uz male geometrijske dimenzije filmskih elemenata i veliku površinu pasivnih supstrata, na njihovu površinu mogu se postaviti deseci do stotine IC-a i drugih komponenti. Na taj način se stvaraju hibridne IC-ove s više čipova s ​​velikim brojem (nekoliko tisuća) dioda, tranzistora u nedjeljivom elementu. U kombiniranim mikro krugovima mogu se postaviti funkcionalne jedinice s različitim električnim karakteristikama.

Usporedba PMS-a i GIS-a. Poluvodički mikro krugovi sa stupnjem integracije do tisuća ili više elemenata u jednom kristalu dobili su prednost. Širenje. Volumen proizvodnje PMS-a je red veličine veći od obujma 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 izradu nestandardnih, nestandardnih proizvoda i opreme.

Pasivni dio GIS-a proizvodi se na zasebnoj podlozi, što omogućuje dobivanje visokokvalitetnih pasivnih elemenata i stvaranje visokofrekventnih IC-a.

GIS tehnologija omogućuje zamjenu postojećih metoda višeslojnog tiskanog ožičenja pri postavljanju IC-a otvorenog pakiranja i LSI-a i drugih poluvodičkih komponenti na podloge. GIS tehnologija je poželjna za IC velike snage. Također je poželjno imati hibridnu implementaciju integriranih sklopova linearnih uređaja koji osiguravaju proporcionalni odnos između ulaznih i izlaznih signala. Kod ovih uređaja signali se mijenjaju u širokom rasponu frekvencija i snaga, pa njihovi IC-ovi moraju imati širok raspon ocjena koje nisu kompatibilne u jednom proizvodnom procesu pasivnih i aktivnih elemenata. LSI veliki integrirani krugovi omogućuju kombinaciju različitih funkcionalnih jedinica, u vezi s čime se široko koriste u linearnim uređajima.

Prednosti i nedostaci integriranih sklopova.

• Prednost IC-a je visoka pouzdanost, mala veličina i težina. Gustoća aktivnih elemenata u LSI doseže 103 - 104 po 1 cm3. Kada se mikro krugovi ugrađuju u tiskane ploče i spajaju u blokove, gustoća elemenata je 100-500 po 1 cm3, što je 10-50 puta više nego kada se koriste pojedinačni tranzistori, diode, otpornici u mikromodularnim uređajima.
• Integrirani krugovi su u radu neinercijski. Zbog male veličine u mikro krugovima, međuelektrodni kapaciteti i induktivnosti spojnih žica su smanjeni, što im omogućuje upotrebu 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-pulsni) i digitalni (ili logički).

Analogno integriran AIS sklopovi 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 komplicira njihov razvoj. Hibridni IC-ovi smanjuju poteškoće u proizvodnji mikrominijaturnih analognih uređaja. Integrirani mikro krugovi postaju glavna elementarna baza radioelektroničke opreme.

Digitalno integrirano CIS sheme se koriste u računalima, uređajima za diskretnu obradu informacija i automatizaciju. Uz pomoć CIS-a, digitalni kodovi se pretvaraju i obrađuju. Varijanta ovih sklopova su logički sklopovi koji izvode operacije nad binarnim kodovima u većini modernih računala 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 uporabi. Svaka serija sadrži nekoliko različitih tipova, koji se mogu podijeliti na tipove koji imaju specifičnu funkcionalnu svrhu i simbol. Skup nominalnih vrijednosti čini tip IS-a.

) prvi je iznio ideju kombiniranja mnogih standardnih elektroničkih komponenti u monolitnom poluvodičkom kristalu. Provedba ovih prijedloga tih godina nije se mogla dogoditi zbog nedovoljnog razvoja tehnologije.

Krajem 1958. i u prvoj polovici 1959. dogodio se iskorak u industriji poluvodiča. Tri osobe koje su predstavljale tri privatne američke korporacije riješile su tri temeljna problema koja su spriječila stvaranje integriranih sklopova. Jack Kilby iz Texas Instruments patentirao princip ujedinjenja, stvorio prve, nesavršene, IS prototipe 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 spoj izolacija)). Robert Noyce iz Fairchild Semiconductor izumio je metodu električnog povezivanja IC komponenti (aluminij) i predložio poboljšanu verziju izolacije komponenti temeljenu na najnovijoj planarnoj tehnologiji Jeana Ernieja (eng. Jean Hoerni). 27. rujna 1960. Bend Jaya Lasta Jay Posljednji) stvoreno na Fairchild Semiconductor prvi radni poluvodič IP na idejama Noycea i Ernieja. Texas Instruments, koja je posjedovala patent za Kilbyjev izum, pokrenula je patentni rat protiv konkurenata koji je završio 1966. godine svjetskim sporazumom o unakrsnom licenciranju tehnologije.

Rani logički IC-ovi spomenute serije građeni su doslovno od standard komponente čije su dimenzije i konfiguracije određene tehnološkim postupkom. Inženjeri sklopova koji su projektirali logičke IC-ove određene obitelji radili su s istim tipičnim diodama i tranzistorima. Godine 1961-1962 paradigmu dizajna razbio je glavni programer Sylvania Tom Longo, po prvi put koristeći razne konfiguracija tranzistora ovisno o njihovim funkcijama u krugu. Krajem 1962. god Sylvania lansirao je prvu obitelj tranzistorsko-tranzistorske logike (TTL) koju je razvio Longo - povijesno prvi tip integrirane logike koji je dugo vremena uspio steći uporište na tržištu. U analognim sklopovima, proboj ove razine napravio je 1964.-1965. od strane developera operativnih pojačala Fairchild Bob Vidlar.

Prvi u SSSR-u hibridni debeloslojni integrirani krug (serija 201 "Tropa") razvijen je 1963-65 u Istraživačkom institutu za preciznu tehnologiju ("Angstrem"), serijski proizvodi od 1965. godine. U razvoju su sudjelovali stručnjaci iz NIEM-a (sada NII Argon).

Prvi poluvodički integrirani krug u SSSR-u stvoren je na temelju planarne tehnologije, razvijene početkom 1960. u NII-35 (tada preimenovanom u NII Pulsar) od strane tima, koji je kasnije prebačen u NIIME (Micron). Stvaranje prvog domaćeg silikonskog integriranog kruga bilo je usmjereno na razvoj i proizvodnju uz vojno prihvaćanje serije integriranih silikonskih sklopova TC-100 (37 elemenata - ekvivalent složenosti sklopa okidača, analoga američke serije IC S N-51 tvrtka Texas Instruments). Prototipovi i proizvodni uzorci silikonskih integriranih krugova za reprodukciju dobiveni su iz SAD-a. Radovi su izvedeni u NII-35 (direktor Trutko) i tvornici poluvodiča Fryazinsky (direktor Kolmogorov) prema obrambenom nalogu za korištenje u autonomnom visinomjeru sustava za navođenje balističkih projektila. Razvoj je uključivao šest tipičnih integriranih silikonskih planarnih krugova 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 ovlada tvorničkom proizvodnjom s vojnim prihvaćanjem u Fryazinu (1967.).

Paralelno, rad na razvoju integriranog kruga obavljen je u Središnjem dizajnerskom birou u Voronješkom tvornici poluvodičkih uređaja (sada -). Godine 1965., tijekom posjete VZPP-u od strane ministra elektroničke industrije AI Shokina, postrojenje je dobilo instrukcije da provede istraživački rad na stvaranju silikonskog monolitnog kruga - R & D "Titan" (Naredba Ministarstva br. 92 od kolovoza 16. 1965.), koja je prije roka završena do kraja godine. Tema je uspješno predana Državnom povjerenstvu, a serija od 104 diodno-tranzistorska logička sklopa postala je prvo fiksno postignuće u području mikroelektronike čvrstog stanja, što je odraženo i naredbom Ministarstva gospodarskog razvoja od 30. prosinca, 1965. broj 403.

Razine dizajna

Trenutno (2014.) većina integriranih krugova dizajnirana je pomoću specijaliziranih CAD sustava, koji vam omogućuju automatizaciju i značajno ubrzanje proizvodnih procesa, na primjer, dobivanje topoloških fotomaski.

Klasifikacija

Stupanj integracije

Ovisno o stupnju integracije, koriste se sljedeći nazivi integriranih sklopova:

• mali integrirani krug (MIS) - do 100 elemenata u kristalu,
• srednji integrirani krug (SIS) - do 1000 elemenata u kristalu,
• veliki integrirani krug (LSI) - do 10 tisuća elemenata u kristalu,
• vrlo veliki integrirani krug (VLSI) - više od 10 tisuća elemenata u kristalu.

Prije su se koristili i sada zastarjeli nazivi: integrirani sklop ultra velikih razmjera (ULSI) - od 1-10 milijuna do 1 milijarde elemenata u kristalu i, ponekad, giga-veliki integrirani krug (GBIS) - više od 1 milijardi elemenata u kristalu. Trenutno, 2010-ih, nazivi "UBIS" i "GBIS" praktički se ne koriste, a svi mikro krugovi s više od 10 tisuća elemenata klasificirani su kao VLSI.

Tehnologija proizvodnje

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

• Filmski integrirani krug - svi elementi i međusobne veze izrađene su u obliku filmova:
  • integrirani krug debelog filma;
  • tankoslojni integrirani krug.
• Hibrid IC (često se naziva mikrosklop), sadrži nekoliko golih dioda, golih tranzistora i/ili drugih elektroničkih aktivnih komponenti. Mikrosklop također može uključivati ​​neupakirane integrirane krugove. Komponente pasivnog mikrosloja (otpornici, kondenzatori, prigušnice) obično se izrađuju korištenjem tankoslojnih ili debeloslojnih tehnologija na zajedničkoj, obično keramičkoj podlozi hibridnog mikrosklopa. Cijela podloga s komponentama smještena je u jedno zatvoreno kućište.
• Mješoviti mikrosklop - osim poluvodičkog kristala, sadrži tankoslojne (debeofilmske) pasivne elemente postavljene na površinu kristala.

Vrsta obrađenog signala

Tehnologije proizvodnje

Logičke vrste

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

• Mikrokrugovi na unipolarnim (poljskim) tranzistorima su najekonomičniji (u smislu potrošnje struje):
  • MOS logika (metal-oxide-semiconductor logic) - mikrosklopovi se formiraju od tranzistora s efektom polja n-MOS ili str-MOS tip;
  • CMOS logika (komplementarna MOS logika) - svaki logički element mikrosklopa sastoji se od para komplementarnih (komplementarnih) tranzistora s efektom polja ( n-MOS i str-MOS).
• Čipovi na bipolarnim tranzistorima:
  • RTL - logika otpornik-tranzistor (zastarjela, zamijenjena TTL-om);
  • DTL - dioda-tranzistorska logika (zastarjela, zamijenjena TTL-om);
  • TTL - tranzistor-tranzistorska logika - mikrosklopovi su izrađeni od bipolarnih tranzistora s tranzistorima s više emitera na ulazu;
  • TTLSH - tranzistor-tranzistorska logika sa Schottky diodama - poboljšani TTL koji koristi bipolarne tranzistore sa Schottkyjevim učinkom;
  • ESL - emiter-coupled logic - na bipolarnim tranzistorima, čiji je način rada odabran tako da ne ulaze u način zasićenja - što značajno povećava brzinu;
  • IIL - logika integralnog ubrizgavanja.
• Mikrokrugovi koji koriste i tranzistore s efektom polja i bipolarne tranzistore:

Koristeći istu vrstu tranzistora, mikrokrugovi se mogu izgraditi različitim metodologijama, 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 točka CMOS mikro krugova je ranjivost na statički elektricitet - dovoljno je rukom dodirnuti izlaz mikrosklopa, a njegov integritet više nije zajamčen. Razvojem TTL i CMOS tehnologija mikrosklopovi se približavaju po parametrima i kao rezultat toga, primjerice, serija mikro krugova 1564 izrađena je pomoću CMOS tehnologije, a funkcionalnost i smještaj u paketu su slični onima kod TTL-a. tehnologija.

Čipovi proizvedeni ESL tehnologijom najbrži su, ali i najpotrošnjiji, a korišteni su u proizvodnji računalne tehnologije u slučajevima gdje je najvažniji parametar bila brzina proračuna. U SSSR-u su najproduktivnija računala tipa ES106x proizvedena na ESL mikro krugovima. Sada se ova tehnologija rijetko koristi.

Tehnološki proces

U izradi mikrosklopova koristi se metoda fotolitografije (projekcija, kontakt i sl.), dok se sklop formira na podlozi (najčešće silicij) dobivenoj rezanjem monokristala silicija u tanke pločice s dijamantnim diskovima. Zbog male linearne dimenzije elemenata mikrosklopa, napušteno je korištenje vidljive svjetlosti, pa čak i bliskog ultraljubičastog zračenja za osvjetljenje.

Sljedeći procesori proizvedeni su korištenjem UV zračenja (ArF excimer laser, valna duljina 193 nm). U prosjeku, uvođenje novih tehničkih procesa od strane lidera industrije prema ITRS planu odvijalo se svake 2 godine, uz udvostručenje broja tranzistora po jedinici površine: 45 nm (2007.), 32 nm (2009.), 22 nm (2011.) , 14 nm proizvodnja započela je 2014. godine, razvoj 10 nm procesa očekuje se oko 2018. godine.

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

Kontrola kvalitete

Za kontrolu kvalitete integriranih sklopova naširoko se koriste tzv. testne strukture.

Svrha

Integrirani sklop može imati potpunu, proizvoljno složenu funkcionalnost – do cijelog mikroračunala (mikroračunalo s jednim čipom).

Analogni sklopovi

• Filtri (uključujući one temeljene na piezoelektričnom učinku).
• Analog množitelji.
• Analogni prigušivači i varijabilna pojačala.
• Stabilizatori napajanja: stabilizatori napona i struje.
• Upravljački mikro krugovi sklopnih izvora napajanja.
• Pretvarači signala.
• Sheme sinkronizacije.
• Razni senzori (npr. temperatura).

Digitalni sklopovi

• Pretvarači međuspremnika
• (Mikro)procesori (uključujući procesore za računala)
• Čipovi i memorijski moduli
• FPGA (programabilni logički integrirani krugovi)

Digitalni integrirani krugovi imaju niz prednosti u odnosu na analogne:

• Smanjena potrošnja energije povezana s korištenjem impulsnih električnih signala u digitalnoj elektronici. Prilikom primanja i pretvaranja takvih signala, aktivni elementi elektroničkih uređaja (tranzistori) rade u "ključnom" načinu rada, odnosno tranzistor je ili "otvoren" - što odgovara signalu visoke razine (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 digitalnih uređaja povezana je s velikom razlikom između signala visoke (na primjer, 2,5-5 V) i niske (0-0,5 V) razine. Pogreška stanja moguća je na takvoj razini smetnji da se visoka razina tumači kao niska i obrnuto, što je malo vjerojatno. Osim toga, u digitalnim uređajima moguće je koristiti posebne kodove koji vam omogućuju ispravljanje pogrešaka.
• Velika razlika u razinama stanja signala visoke i niske razine (logičke "0" i "1") i prilično širok raspon njihovih dopuštenih promjena čini digitalnu tehnologiju neosjetljivom na neizbježno širenje parametara elemenata u integriranoj tehnologiji, eliminira potreba za odabirom komponenti i podešavanjem elemenata za podešavanje u digitalnim uređajima.

Analogno-digitalni sklopovi

• digitalno-analogni (DAC) i analogno-digitalni pretvarači (ADC);
• primopredajnici (na primjer, sučelje konverter ethernet);
• modulatori i demodulatori;
  • radio modemi
  • dekoderi teleteksta, VHF radio tekst
  • Fast Ethernet i optički primopredajnici
  • dial-up modemi
  • digitalni TV prijemnici
  • optički senzor miša
• čipovi za napajanje elektroničkih uređaja - stabilizatori, pretvarači napona, prekidači za napajanje itd.;
• digitalni prigušivači;
• krugovi s fazno zaključanom petljom i frekvencijom (PLL);
• generatori i restauratori sata;
• osnovni matrični čipovi (BMC): sadrži analogne i digitalne sklopove;

Čip serija

Analogni i digitalni mikro krugovi se proizvode u seriji. Serija je skupina mikro krugova koji imaju jedinstven dizajn i tehnološki dizajn i namijenjeni su zajedničkoj upotrebi. Mikrokrugovi iste serije, u pravilu, imaju iste napone izvora napajanja, usklađeni su u pogledu ulaznih i izlaznih otpora, razina signala.

Korpus

Konkretni naslovi

Mikroprocesor čini jezgru računala, a dodatne funkcije, poput komunikacije s periferijom, izvedene su pomoću posebno dizajniranih čipsetova. Za prva računala broj čipova u setovima procijenjen je na desetke i stotine, u modernim sustavima to je skup od jednog, dva ili tri čipa. U posljednje vrijeme postoje trendovi postupnog prijenosa funkcija čipseta (kontroler memorije, kontroler sabirnice PCI Express) procesoru.

Za rad s bilo kojom manje ili više složenom elektronikom obično vam je potrebno puno dijelova. Kad ih ima puno, mogu se "kombinirati", recimo, u integrirane sklopove. Što su oni? Kako se klasificiraju? Kako nastaju i koji se signali prenose?

Što su logički integrirani krugovi (IC-ovi)

Zapravo, ovo je mikroelektronički uređaj koji se temelji na kristalu proizvoljne složenosti, koji je izrađen na poluvodičkom filmu ili pločici. Stavlja se u nerazdvojivu kutiju (iako može i bez nje, ali samo kada je dio mikrosklopa). Prvi integrirani sklop patentiran je 1968. godine. Ovo je bio svojevrsni iskorak u industriji, iako isporučeni uređaj po svojim parametrima nije previše odgovarao modernim idejama. Integrirani sklopovi se općenito proizvode za površinsku montažu. Često se pod IC-om podrazumijeva samo jedan kristal ili film. Najrasprostranjeniji integrirani krug na silikonskoj pločici. Ispada da njegova primjena u industriji ima niz prednosti, na primjer, učinkovitost prijenosa signala.

Razine dizajna

Ovi uređaji su složeni, što je lijepo prikazano. Sada se stvaraju pomoću posebnih CAD sustava koji automatiziraju i značajno ubrzavaju proizvodne procese. Dakle, pri projektiranju se razrađuje:

1. Logička razina (invertori, NAND, NOR i slično).
2. Inženjering sustava i sklopova (razrađuju se okidači, enkoderi, ALU, komparatori itd.);
3. Električni (kondenzatori, tranzistori, otpornici i slični uređaji).
4. Topološka razina - fotomaske za proizvodnju.
5. Fizički - kako se jedan tranzistor (ili mala grupa) implementira na čip.
6. Softver - izrađuju se upute za mikrokontrolere, mikroprocesore i FPGA. Model ponašanja se razvija pomoću vertikalne sheme.

Klasifikacija

Govoreći o tome kako se razlikuju integrirani krugovi, ne može se odabrati samo jedan parametar vrste složenosti dotične tehnologije. Stoga su u okviru članka odabrana čak tri.

Stupanj integracije

1. Mali integrirani krug. Sadrži manje od stotinu elemenata.
2. Srednji integrirani krug. Broj elemenata fluktuira u rasponu od sto/tisuću.
3. Veliki integrirani krug. Sadrži od tisuću do 10.000 elemenata.
4. Imaju preko deset tisuća elemenata.

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

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

Ali trenutno se ne primjenjuju. A svi uzorci koji su se prije nazivali UBIS i GBIS sada se prosljeđuju kao VLSI. Općenito, to je omogućilo značajne uštede u broju grupa, budući da se zadnje dvije vrste obično koriste upravo u velikim istraživačkim centrima, gdje djeluju računalni sustavi, čija se snaga mjeri u desecima i stotinama terabajta.

Tehnologija proizvodnje

S obzirom na različite proizvodne mogućnosti, integrirani krugovi se također klasificiraju prema tome kako su izrađeni i od čega:

1. Poluvodič. U njima su svi elementi i veze napravljeni na istom poluvodičkom čipu. Poluvodički integrirani krugovi koriste materijale kao što su silicij, germanij, galijev arsenid i hafnijev oksid.

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

Debeli film.

Tanki film.

3. Hibrid. Ima neupakirane diode, tranzistore ili druge elektroničke aktivne komponente. Pasivni (kao što su otpornici, prigušnice, kondenzatori) se postavljaju na uobičajenu keramičku podlogu. Svi su smješteni u jednu zapečaćenu kutiju.

4. Mješoviti. Ovdje ne postoji samo poluvodički kristal, već i tankoslojni (ili debeloslojni) pasivni elementi koji su postavljeni na njegovu površinu.

Vrsta obrađenog signala

I treća, najnovija vrsta, temelji se na tome što signalizira procese integriranog kruga. Oni su:

1. Analog. Ovdje se ulazni i izlazni signali mijenjaju prema zakonu. Mogu poprimiti vrijednost u rasponu od negativnog do pozitivnog napona napajanja.
2. Digitalni. Ovdje svaki ulazni ili izlazni signal može imati dvije vrijednosti: logičku jedinicu ili nulu. Svaki od njih odgovara svojoj unaprijed određenoj razini napona. Dakle, mikrokrugovi 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 značajke prethodnih modela. Na primjer, mogu sadržavati pojačala signala i analogno-digitalne pretvarače.

Pravne značajke

Što zakon kaže o integriranim krugovima? U našoj zemlji je odobrena pravna zaštita topologija integriranih sklopova. Pod tim se podrazumijeva geometrijsko-prostorni raspored određenog skupa specifičnih elemenata i veza između njih pričvršćenih na određenom materijalnom nosaču (prema članku 1448. Građanskog zakonika Ruske Federacije). Autor topologije ima sljedeća intelektualna prava na svoj izum:

1. Autorsko pravo.
2. Isključivo pravo.

Osim toga, autoru topologije mogu pripadati i druge preferencije, uključujući mogućnost primanja naknade za njezino korištenje. posluje već deset godina. Tijekom tog vremena, izumitelj ili osoba kojoj je ovaj status dodijeljen, može registrirati topologiju kod relevantne službe za intelektualno vlasništvo i patente.

Zaključak

To je sve! Ako imate želju sastaviti vlastitu shemu, možete samo poželjeti uspjeh. Ali u isto vrijeme želim vam skrenuti pozornost na jednu značajku. Ako postoji želja za sastavljanjem mikrosklopa, potrebno je temeljito se pripremiti za ovaj proces. Činjenica je da njegovo stvaranje zahtijeva iznimnu čistoću na razini kirurške operacijske sobe, a osim toga, zbog malenosti dijelova, neće biti moguće raditi s lemilom u uobičajenom načinu rada - sve se radnje provode strojevima. Stoga, kod kuće, možete stvoriti samo sheme. Ako želite, možete kupiti industrijska rješenja koja će se nuditi na tržištu, ali je bolje ostaviti ideju da ih napravite kod kuće bez značajnih financija.