Circuit integrat mare. Microcircuite

Figura 4.8

Aici dielectricul este format din două straturi: nitrură de siliciu (Si 3 N 4) și oxid de siliciu (SiO 2). Tensiunea de prag poate fi modificată aplicând la poartă scurte (aproximativ 100 μs) impulsuri de tensiune de polaritate diferită, cu o amplitudine mare de 30 ... 50 V. Când se aplică un impuls de +30 V, tensiunea de prag U ZIPor = Este setat -5 V. Această tensiune este menținută dacă utilizați un tranzistor sau o tensiune de poartă U ЗИ = ± 10V. În acest mod, tranzistorul MOS funcționează ca un tranzistor MOS convențional cu un canal indus R-tip.

Când se aplică un impuls de -30 V, tensiunea de prag ia valoarea U ZIP sau ~ 20 V, așa cum se arată în Fig. 4.8, 6 și v.În acest caz, semnalele de la intrarea tranzistorului U ЗИ ± 10 V nu pot scoate tranzistorul din starea închisă. Acest fenomen este utilizat în EPROM-uri.

Funcționarea tranzistoarelor MNOS se bazează pe acumularea de sarcină la interfața dintre straturile de nitrură și oxid. Această acumulare este rezultatul curenților de conducție inegale în straturi. Procesul de acumulare este descris prin expresie dq/ dt= eu sio 2 - Este i 3 n 4 . Cu o tensiune negativă mare U ZI la graniță acumulează o sarcină pozitivă. Acest lucru echivalează cu introducerea donatorilor într-un dielectric și este însoțit de o creștere a tensiunii de prag negativ. Cu o tensiune pozitivă mare U O sarcină negativă se acumulează la graniță. Acest lucru duce la o scădere a tensiunii de prag negativ. La tensiuni joase U Curenții ZI din straturile dielectrice scad cu 10 ... 15 ordine de mărime, prin urmare sarcina acumulată este stocată timp de mii de ore și, prin urmare, tensiunea de prag este păstrată și ea.

Există o altă posibilitate de a construi o celulă de memorie pentru EPROM bazată pe tranzistoare MIS cu un dielectric cu un singur strat. Dacă pe poartă este aplicată o tensiune suficient de mare, atunci defectarea avalanșelor dielectric, în urma căruia electronii se vor acumula în el. Aceasta va schimba tensiunea de prag a tranzistorului. Încărcarea electronilor este menținută timp de mii de ore. Pentru a rescrie informațiile, trebuie să eliminați electronii din dielectric. Acest lucru se realizează prin iluminarea cristalului cu lumină ultravioletă, ceea ce provoacă un efect fotoelectric: electronii sunt scoși din dielectric.

Folosind ștergere ultravioletă este posibilă simplificarea semnificativă a circuitului EPROM. Schema bloc generalizată a EPROM cu ștergere ultravioletă (Fig. 4.9) conține, pe lângă MNP, un decodor de semnal de adresă (DAS), un dispozitiv de selecție cu cristale (UVK) și un amplificator tampon (BU) pentru citirea informațiilor.

Figura 4.9

Conform diagramei structurale date, se realizează în special un LSI RPZU cu ștergere ultravioletă de tip K573RF1 cu o capacitate de 8192 de biți.

4.8. Convertoare D/A

Scopul DAC este de a converti un semnal digital binar într-o tensiune analogică echivalentă. Această conversie se poate face folosind circuitele rezistive prezentate în Fig. 4.10.

Figura 4.10

Într-un DAC cu rezistențe de greutate binară (Fig. 4.10, a), sunt necesare mai puține rezistențe, dar sunt necesare o serie de valori de rezistență de precizie. Tensiune de ieșire analogică U Un DAC este definit ca o funcție a tensiunilor de intrare pe două niveluri:

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

Pe intrările digitale U A , U B, U C, ... tensiunea poate lua doar două valori fixe, de exemplu, fie 0, fie 1. Pentru un DAC care utilizează rezistențe Rși R/2, sunt necesare mai multe rezistențe (Fig. 4.10.6), dar numai cu două valori nominale. Tensiunea analogică la ieșirea unui astfel de DAC este determinată de formula

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

unde n - numărul de biți DAC; T - coeficient în funcție de numărul de biți DAC.

Pentru a asigura o precizie ridicată, circuitele DAC rezistive trebuie să funcționeze cu o sarcină de mare impedanță. Pentru a potrivi circuitele rezistive la o sarcină cu impedanță scăzută, utilizați amplificatoarele tampon op-amp prezentate în Fig. 4.10, a, b.

4.9. Convertoare analog-digitale

Scopul ADC este de a converti o tensiune analogică în echivalentul său digital. De obicei, ADC-urile au circuite mai complexe decât DAC-urile, DAC-ul fiind adesea ansamblul ADC. O diagramă bloc generalizată a unui ADC cu un DAC în bucla de feedback este prezentată în Fig. 4.11.

Figura 4.11

ADC-urile realizate conform acestei scheme sunt utilizate pe scară largă datorită indicatorilor lor buni de precizie, viteză, simplitate relativă și cost redus.

ADC include n Registrul de declanșare -bit al rezultatelor conversiei DD 1 - DD n, gestionarea cifrelor DAC; un comparator asociat cu unitatea de control a CU și care conține un generator de frecvență de ceas. Prin implementarea diverșilor algoritmi VUU pentru funcționarea ADC, se obțin diverse caracteristici ale convertorului.

Folosind fig. 4.11, vom lua în considerare principiul de funcționare al ADC, presupunând că un contor invers este utilizat ca registru de declanșare. Contorul sus/jos are o ieșire digitală, tensiunea la care crește de la fiecare impuls de ceas, atunci când nivelul de tensiune este ridicat la intrarea contorului „Numărătoare directă” și un nivel de tensiune scăzut la intrarea „Numărătoare inversă”. În schimb, tensiunea de ieșire digitală scade cu fiecare impuls de ceas atunci când intrarea Numărătoarea ascendentă este scăzută și intrarea Numărătoarea inversă este ridicată.

Cea mai importantă unitate a ADC este comparatorul (K), care are două intrări analogice U DAC și U an și o ieșire digitală conectată prin unitatea de comandă la contorul inversor. Dacă tensiunea la ieșirea comparatorului este mare, nivelul de la intrarea contorului UpCount va fi și el ridicat. În schimb, atunci când tensiunea de ieșire a comparatorului este scăzută, nivelul de la intrarea „Numărătoare în sus” va fi, de asemenea, scăzut.

Astfel, în funcție de nivelul ridicat sau scăzut la ieșirea comparatorului, contorul ascendent contează, respectiv, în direcția înainte sau în sens invers. În primul caz, la intrare U DAC-ul comparatorului are o tensiune în creștere, iar în al doilea - o tensiune în trepte.

Deoarece comparatorul funcționează fără feedback, nivelul său de tensiune de ieșire devine ridicat atunci când tensiunea la intrare U ro va deveni puțin mai negativ decât la intrare U DAC. În schimb, nivelul tensiunii de ieșire scade de îndată ce tensiunea la intrare U an va deveni puțin mai pozitiv decât tensiunea de la intrare U DAC.

La intrare U Comparatorul DAC primește tensiunea de ieșire a DAC, care este comparată cu tensiunea de intrare analogică furnizată la intrare U un .

Dacă tensiune analogică U an depășește tensiunea luată de la ieșirea DAC, contorul de inversare numără în direcția înainte, crescând tensiunea la intrare în trepte U DAC până la tensiunea de intrare U un. Dacă U un<U DAC sau devine astfel în procesul de numărare, tensiunea la ieșirea comparatorului este scăzută și contorul numără în direcția opusă, conducând din nou U DAC la U un . Astfel, sistemul are un feedback care menține tensiunea de ieșire a DAC aproximativ egală cu tensiunea U un . Prin urmare, ieșirea contorului este întotdeauna echivalentul digital al tensiunii analogice de intrare. Echivalentul digital al semnalului analogic de intrare al ADC este citit de la ieșirea contorului ascendent.

4.10. Multiplexoare digitale și analogice

În sistemele cu microprocesoare, ADC-uri, DAC-uri, precum și în sistemele electronice de comutare, multiplexoarele sunt utilizate pe scară largă: comutatoare multicanal (având 4, 8, 16, 32, 64 de intrări și 1-2 ieșiri) cu un dispozitiv de control digital. Cele mai simple multiplexe digitale și analogice sunt prezentate în Fig. 4.12, a și b respectiv.

Figura 4.12

Multiplexorul digital (Fig. 4.12, a) permite interogarea secvenţială sau aleatorie a stărilor logice ale surselor de semnal NS 0 , NS 1 , NS 2 , NS 3 și transmiterea rezultatului sondajului către ieșire

Conform acestui principiu, multiplexoarele sunt construite pentru orice număr necesar de intrări de informații. Unele tipuri de multiplexoare digitale permit comutarea și semnalele de informații analogice.

Cu toate acestea, cea mai bună performanță este deținută de multiplexoarele analogice care conțin o matrice de comutatoare analogice de înaltă calitate (AK 1 ... AK 4), care funcționează pe un amplificator tampon de ieșire, o unitate de control digitală. Conexiunea nodurilor între ele este ilustrată în Fig. 4.12.6.

Un exemplu de LSI pentru un multiplexor analogic este un microcircuit de tip K591KN1, realizat pe baza tranzistoarelor MIS. Oferă comutarea a 16 surse de informații analogice la o singură ieșire, permițând atât adresarea, cât și eșantionarea secvențială a canalului. La dezvoltarea multiplexoarelor analogice LSI, este luată în considerare necesitatea compatibilității acestora cu sistemul de comandă cu microprocesor.

Multiplexoarele analogice sunt produse foarte promițătoare pentru câmpurile de comutare electronică și comutatoarele electronice multicanal pentru comunicații, difuzare și televiziune.

Microcircuit integrat(sau doar un circuit integrat) este un set, de regulă, al unui număr mare de componente interconectate (tranzistoare, diode, condensatoare, rezistențe etc.), fabricate într-un singur ciclu tehnologic (adică simultan), pe același purtător constructii - substrat- şi îndeplinirea unei anumite funcţii de transformare a informaţiei.

Termenul „circuit integrat” (IC) reflectă faptul de a combina (integra) părți individuale - componente - într-un singur dispozitiv structural, precum și faptul că funcțiile îndeplinite de acest dispozitiv sunt mai complexe decât funcțiile componentelor individuale.

Sunt numite componente care fac parte din IP și, prin urmare, nu pot fi separate de acesta ca produse independente elemente IP sau elemente integrale. Au unele particularități în comparație cu tranzistoarele etc., care sunt fabricate sub formă de unități separate structural și sunt conectate într-un circuit prin lipire.

Dezvoltarea electronicii se bazează pe complicarea continuă a funcțiilor îndeplinite de echipamentele electronice. În anumite etape, devine imposibil să rezolvi probleme noi cu mijloacele vechi sau, după cum se spune, pe baza celor vechi. baza elementului, de exemplu, folosind tuburi vidate sau tranzistoare discrete. Principalii factori care stau la baza schimbării bazei elementului sunt: ​​fiabilitatea, dimensiunile și greutatea, costul și puterea.

O caracteristică a produselor microelectronice este un grad ridicat de complexitate a funcțiilor îndeplinite, pentru care sunt create circuite în care numărul de componente este de milioane. Prin urmare, este clar că asigurarea funcționării fiabile la conectarea manuală a componentelor este o sarcină imposibilă. Singura modalitate de a o rezolva este folosirea unor tehnologii noi calitativ.

Pentru fabricarea circuitelor integrate se utilizează o metodă de producție în grup și o tehnologie plană.

Metoda grupului producția constă în faptul că, în primul rând, un număr mare de circuite integrate sunt fabricate simultan pe o singură placă de material semiconductor; în al doilea rând, dacă procesul tehnologic permite, zeci de astfel de plăci sunt prelucrate simultan. După finalizarea ciclului de fabricație a circuitului integrat, napolitana este tăiată în două direcții reciproc perpendiculare în cristale separate, fiecare dintre acestea fiind un circuit integrat.

Tehnologia plană- aceasta este o astfel de organizare a procesului tehnologic, când toate elementele și componentele lor sunt create într-un circuit integrat prin formarea lor printr-un plan.

Una sau mai multe operațiuni tehnologice în fabricarea circuitelor integrate constă în conectarea elementelor individuale într-un circuit și conectarea lor la contacte speciale. Prin urmare, este necesar ca știfturile tuturor elementelor și plăcuțele de contact să fie în același plan. Această posibilitate este oferită de tehnologia plană.

Operațiune finală - ambalaj- aceasta este amplasarea CI în cazul conectării plăcuțelor de contact la picioarele CI (Fig. 2.20).

Preț D un IC (un cristal) poate fi simplificat după cum urmează:

Unde A- costul lucrărilor de cercetare și dezvoltare privind crearea SI; V- costuri pentru echipamente tehnologice, spații etc.; CU- costuri de funcționare pentru materiale, electricitate, salarii, pe placă; Z- numărul de plăci fabricate înainte de amortizarea mijloacelor fixe; X- numărul de cristale de pe farfurie; Y- raportul dintre CI utilizabile și cantitatea pusă în producție la începutul acesteia.

Pe lângă comentariile evidente cu privire la costuri, trebuie menționate următoarele. Crește Y se realizează prin crearea unei tehnologii din ce în ce mai moderne, poate cea mai complexă și mai curată dintre multe dintre cele mai noi industrii. Creșterea numărului de cristale X pe placă se poate realiza în două moduri: prin creșterea dimensiunii plăcii și reducerea dimensiunii elementelor individuale. Ambele direcții sunt folosite de dezvoltatori.

În concluzie, observăm că toate constantele incluse în formulă nu sunt nici constante și nici dependente una de alta, astfel încât analiza pentru costul minim este de fapt complexă și multifactorială.

Clasificarea IP. Clasificarea IP se poate face după diverse criterii, ne vom restrânge aici doar la unul singur. După metoda de fabricație și structura rezultată, se disting două tipuri fundamental diferite de circuite integrate: semiconductor și film.

IC semiconductor- acesta este un microcircuit, ale cărui elemente sunt realizate în stratul aproape de suprafață al unui substrat semiconductor (Fig. 2.21). Aceste circuite integrate formează coloana vertebrală a microelectronicii moderne.

Film IC- acesta este un microcircuit, ale cărui elemente sunt realizate sub formă de diferite tipuri de pelicule depuse pe suprafața unui substrat dielectric (Fig. 2.22). În funcție de metoda de aplicare a foliilor și de grosimea asociată, acestea se disting film subtire IS (grosimea peliculei de până la 1-2 microni) și peliculă groasă IS (grosimea filmului de la 10-20 microni și mai sus). Întrucât, până în prezent, nicio combinație de pelicule depuse nu a făcut posibilă obținerea unor elemente active precum tranzistoarele, circuitele integrate cu film conțin doar elemente pasive (rezistoare, condensatoare etc.). Prin urmare, funcțiile îndeplinite de circuitele integrate pur film sunt extrem de limitate. Pentru a depăși aceste limitări, un circuit integrat de film este suplimentat cu componente active (tranzistoare sau circuite integrate separate), plasate pe același substrat și conectate la elementele de film. Apoi se obține un IC, care se numește hibrid.

IC hibrid(sau GIS) este un microcircuit care este o combinație de elemente pasive de film și componente active situate pe un substrat dielectric comun. Componentele discrete care alcătuiesc un circuit integrat hibrid se numesc cu balamale, subliniind astfel izolarea acestora de ciclul tehnologic principal de obţinere a părţii de film a circuitului.

Un alt tip de circuit integrat „mixt”, care combină elemente integrate de semiconductor și film, se numește combinat.

IC combinat este un microcircuit în care elementele active sunt realizate în stratul aproape de suprafață al unui cristal semiconductor (ca într-un circuit integrat semiconductor), iar cele pasive sunt depuse sub formă de pelicule pe o suprafață preizolata a aceluiași cristal (ca în un circuit integrat de film).

Circuitele integrate combinate sunt benefice atunci când sunt necesare ratinguri ridicate și stabilitate ridicată a rezistențelor și capacităților; aceste cerințe sunt mai ușor de îndeplinit cu elementele de film decât cu cele semiconductoare.

La toate tipurile de CI, interconectarea elementelor se realizează folosind benzi metalice subțiri, depuse sau depuse pe suprafața substratului și în locurile potrivite în contact cu elementele ce urmează a fi conectate. Procesul de aplicare a acestor benzi de cravată se numește metalizare,și „desenul” interconexiunilor în sine - cabluri metalice.

Semiconductori La IP nou... În prezent, se disting următoarele circuite integrate semiconductoare: bipolar, MOS (metal-oxide-semiconductor) și BIMOS. Acestea din urmă sunt o combinație a primelor două și își combină calitățile pozitive.

Tehnologia circuitelor integrate semiconductoare se bazează pe dopajul unei plachete semiconductoare (siliciu) cu impurități donor și acceptoare alternativ, în urma căreia se formează sub suprafață straturi subțiri cu diferite tipuri de conductivitate. p-n-tranzitii la limitele straturilor. Straturile individuale sunt folosite ca rezistențe și p-n- joncțiuni - în structuri de diode și tranzistoare.

Placa trebuie dopată local, adică. în zone separate despărţite de distanţe suficient de mari. Alierea locală se realizează folosind special măști cu găuri prin care atomii de impurități pătrund în placă în locurile dorite. La fabricarea circuitelor integrate semiconductoare, rolul măștii este de obicei jucat de o peliculă de dioxid de siliciu SiO 2, care acoperă suprafața plachetei de siliciu. În acest film, setul necesar de găuri de diferite forme este gravat folosind metode speciale sau, după cum se spune, necesarul desen(orez. 2.22). Găurile din măști, în special din filmul de oxid, sunt numite ferestre.

Acum să descriem pe scurt componentele (elementele) circuitelor integrate semiconductoare. Inima circuitelor integrate bipolare este n-p-n-tranzistor: intregul ciclu tehnologic este orientat spre fabricarea lui. Toate celelalte elemente ar trebui să fie fabricate, dacă este posibil, simultan cu acest tranzistor, fără operațiuni tehnologice suplimentare.

Elementul principal al CI MIS este tranzistorul MIS. Fabricarea altor elemente este, de asemenea, reglată la tranzistorul de bază.

Elementele unui IC bipolar trebuie izolate unele de altele într-un fel sau altul, astfel încât să nu interacționeze prin cristal.

Elementele MOS IC nu au nevoie de izolare specială unele de altele, deoarece nu există nicio interacțiune între tranzistoarele MOS adiacente. Acesta este unul dintre principalele avantaje ale circuitelor integrate MOS față de cele bipolare.

O trăsătură caracteristică a circuitelor integrate semiconductoare este că nu există inductori și, în plus, transformatoare printre elementele lor. Acest lucru se datorează faptului că până acum nu a fost posibil să se folosească vreun fenomen fizic echivalent cu inducția electromagnetică într-un solid. Prin urmare, atunci când dezvoltă circuite integrate, ei încearcă să implementeze funcția necesară fără a folosi inductori, ceea ce în majoritatea cazurilor are succes. Dacă, totuși, un inductor sau un transformator este necesar în mod fundamental, acestea trebuie utilizate sub formă de componente externe.

Dimensiunile cristalelor din circuitele integrate moderne cu semiconductor ajung la 20x20 mm 2. Cu cât suprafața matriței este mai mare, cu atât poate fi plasat IC mai complex, cu mai multe elemente. Cu aceeași suprafață de cristal, numărul de elemente poate fi mărit prin scăderea dimensiunii lor și a distanței dintre ele.

Se obișnuiește să se caracterizeze complexitatea funcțională a unui IS grad de integrare, acestea. numărul de elemente (cel mai adesea tranzistori) de pe cristal. Gradul maxim de integrare este de 10 octeți per cip. Creșterea gradului de integrare (și, odată cu aceasta, a complexității funcțiilor îndeplinite de IC) este una dintre principalele tendințe în microelectronică.

Pentru cuantificarea gradului de integrare se folosește un coeficient condiționat k= lg N.În funcție de semnificația sa, schemele integrale sunt numite diferit:

k ≤ 2 (N ≤ 100) - circuit integrat (IC);

2 ≤ k ≤ 3 (N ≤ 1000) - circuit integrat de grad mediu de integrare (SIS);

3 ≤ k ≤ 5 (N ≤ 10 5) - circuit integrat mare (LSI);
k> 5 (N> 10 5) - circuit integrat foarte mare (VLSI).

Mai jos sunt simbolurile engleze și semnificațiile lor:

IC - Circuit integrat;

MSI - Integrare la scară medie;

LSI - Integrare la scară largă;

VLSI - Integrare la scară foarte mare.

Pe lângă gradul de integrare, folosesc și un astfel de indicator ca densitatea de ambalare- numărul de elemente (cel mai adesea tranzistori) pe unitatea de suprafață a cristalului. Acest indicator, care caracterizează în principal nivelul de tehnologie, este în prezent de până la 500-1000 de elemente / mm 2.

CI hibride. Filmul și, prin urmare, circuitele integrate hibride, în funcție de tehnologia de fabricație, sunt împărțite în peliculă groasă și subțire.

GIS cu peliculă groasă (le vom desemna ca TsGIS) sunt foarte simplu de fabricat. Se aplică placa de substrat dielectric paste de compoziție diferită. Pastele conductoare asigură interconexiuni ale elementelor, plăcilor condensatoarelor și cablurilor la pinii carcasei; rezistiv - obtinerea de rezistente; dielectric - izolație între plăcile de condensator și protecția generală a suprafeței GIS-ului finit. Fiecare strat ar trebui să aibă propria sa configurație, propriul desen. Prin urmare, la fabricarea fiecărui strat, pasta se aplică prin propria masca - sablon- cu ferestre în acele locuri unde ar trebui să ajungă pasta acestui strat. După aceea, componentele suplimentare sunt lipite și bornele lor sunt conectate tampoane de contact.

GIS cu peliculă subțire (le vom desemna ca TkGIS) sunt fabricate folosind o tehnologie mai complexă decât TsGIS. Tehnologia clasică a filmului subțire se caracterizează prin faptul că filmele sunt depuse pe substrat din faza gazoasă. După ce au crescut un alt film, ei modifică compoziția chimică a gazului și, prin urmare, proprietățile electrofizice ale următoarei pelicule. Astfel, se obțin alternativ straturile conductoare, rezistive și dielectrice. Configurația (figura) fiecărui strat este determinată fie de un șablon, ca în cazul TSGIS, fie de o mască, ca o mască de oxid în circuitele integrate semiconductoare (vezi Fig. 1.4).

Elementele articulate în TkGIS, ca și în TsGIS, sunt lipite de suprafața părții de film finite a circuitului și conectate la plăcuțele de contact corespunzătoare ale elementelor.

Gradul de integrare a GIS nu poate fi evaluat în același mod ca în cazul circuitelor integrate semiconductoare. Cu toate acestea, există un termen GIS mare(sau BGIS), ceea ce înseamnă că GIS nu include tranzistori individuali, ci circuite integrate semiconductoare întregi ca componente articulate.

Clasificarea circuitelor integrate

Prin design și tehnologie, se disting circuite integrate semiconductoare, cu film și hibride.

Semiconductorul include PMS (microcircuite integrate cu semiconductor), toate elementele și inter-elementul, ale căror conexiuni sunt realizate în vrac sau pe suprafața semiconductorului. În funcție de metodele de izolare a elementelor individuale, se disting PMS cu izolație cu joncțiuni p-n și microcircuite cu izolație dielectrică (oxid). SLM-urile pot fi, de asemenea, fabricate pe un substrat dielectric bazat atât pe tranzistoare bipolare, cât și cu efect de câmp. De obicei, în aceste circuite, tranzistoarele sunt realizate sub formă de structuri cu trei straturi cu două joncțiuni pn (tip n-p-n) și diode - sub formă de structuri cu două straturi cu o joncțiune pn. Uneori, în loc de diode, se folosesc tranzistori conectați cu diode. Rezistoarele PMS, reprezentate de secțiuni ale unui semiconductor dopat cu două fire, au o rezistență de câțiva kilohmi. Ca rezistențe de înaltă rezistență, uneori sunt utilizate rezistența inversă a joncțiunii pn sau rezistențele de intrare ale repetoarelor emnt-ter. Rolul condensatorilor în SLM este îndeplinit de joncțiuni p-rt polarizate invers. Capacitatea unor astfel de condensatoare este de 50-200 pF. Choke-urile în PMS sunt dificil de creat, așa că majoritatea dispozitivelor sunt proiectate fără elemente inductive. Toate elementele PMS sunt obținute într-un singur ciclu tehnologic într-un cristal semiconductor. Conexiunile elementelor unor astfel de circuite se realizează folosind folii de aluminiu sau aur obținute prin metoda depunerii în vid. Conexiunea circuitului cu cablurile externe se face cu conductori din aluminiu sau aur cu un diametru de aproximativ 10 microni, care sunt conectati la pelicule prin termocompresie, si apoi sudati la cablurile externe ale microcircuitului. Microcircuitele semiconductoare pot disipa o putere de 50 - 100 mW, pot funcționa la frecvențe de până la 20 - 100 MHz și oferă un timp de întârziere de până la 5 ns. Densitatea de montare a dispozitivelor electronice pe PMS este de până la 500 de elemente pe 1 cm3. Ciclul tehnologic modern de grup face posibilă procesarea simultană a zeci de plachete semiconductoare, fiecare dintre ele conținând sute de PMS-uri cu sute de elemente într-un cristal, conectate în circuite electronice specificate. Cu această tehnologie se asigură o identitate ridicată a caracteristicilor electrice ale microcircuitelor.

Film integral(sau pur și simplu circuite PS de film) sunt numite circuite integrate, toate elementele și conexiunile dintre elemente sunt realizate numai sub formă de filme. Circuitele integrate sunt împărțite în peliculă subțire și groasă. Aceste scheme pot avea o diferență cantitativă și calitativă. Circuitele integrate cu o grosime a filmului de până la 1 μm sunt denumite în mod convențional circuite integrate cu film subțire, iar circuitele integrate cu o grosime a filmului mai mare de 1 μm sunt denumite circuite integrate cu film gros. Diferența calitativă este determinată de tehnologia de realizare a filmelor. Elementele IC cu film subțire sunt aplicate pe un substrat utilizând depunerea în vid termic și pulverizarea catodică. Elementele circuitelor integrate cu film gros sunt realizate în principal prin serigrafie cu ardere ulterioară.

Circuite integrate hibride(GIS) sunt o combinație de radioelemente active montate (microtranzistoare, diode) și elemente pasive de film și compușii acestora. De obicei GIS contine: baze de sticla termoizolante sau. ceramică, pe suprafața căreia se formează conductori de film, rezistențe, condensatori de capacitate mică; elemente active fără cadru montate (diode, tranzistoare); elemente pasive cu balamale în design miniatural (choke, transformatoare, condensatoare de mare capacitate), care nu pot fi realizate sub formă de filme. Un astfel de GIS fabricat este sigilat într-o carcasă din plastic sau metal. Rezistoarele cu rezistență de la miimi de ohm la zeci de kilo-ohmi în GIS sunt realizate sub forma unei pelicule subțiri de nicrom sau tantal. Filmele sunt aplicate pe o bază izolatoare (substrat) și supuse recoacerii termice. Pentru a obține rezistențe cu o rezistență de zeci de megaohmi se folosesc amestecuri metal-dielectrice (crom, monoxid de siliciu etc.). Dimensiunea medie a rezistențelor de film este (1 - 2) X10 ~ 3 cm2. Condensatorii din GIS sunt fabricați din pelicule subțiri de cupru, argint, aluminiu sau aur. Depunerea acestor metale se realizează cu un substrat de crom, titan, molibden, asigurând o bună aderență la materialul izolator al substratului. Ca dielectric în condensatoare, se folosește o peliculă de oxid de siliciu, beriliu, dioxid de titan etc.. Condensatoarele cu film sunt fabricate cu o capacitate de la zecimi de picofarad la zeci de mii de picofarad în dimensiune de la 10 ~ 3 până la 1 cm2. Conductoarele GIS, cu ajutorul cărora se realizează conexiuni între elemente și se leagă la cleme terminale, sunt realizate sub formă de peliculă subțire de aur, cupru sau aluminiu cu un substrat de nichel, crom, titan, oferind o aderență ridicată la baza izolatoare. . Circuitele integrate hibride, în care grosimea peliculelor formate în timpul fabricării elementelor pasive, de până la 1 micron cu o lățime de 100 - 200 microni, sunt denumite film subțire. Astfel de filme sunt obținute prin pulverizare termică pe suprafața substraturilor în vid folosind șabloane, măști. Circuitele integrate hibride cu o grosime de 1 μm sau mai mult sunt denumite peliculă groasă și sunt fabricate prin pulverizarea pastelor conductoare sau dielectrice pe substraturi prin șabloane de plasă, urmată de arderea lor în substraturi la o temperatură ridicată. Aceste circuite au dimensiuni mari și au o masă de elemente pasive. Elementele active suspendate constau din fire „bile” flexibile sau rigide, care sunt conectate prin lipire sau sudare la un microcircuit de film.

Densitatea elementelor pasive și active cu aranjamentul lor multistrat într-un GIS realizat folosind tehnologia filmului subțire ajunge la 300 - 500 de elemente la 1 cm3, iar densitatea dispozitivelor electronice montate pe un GIS este de 60 - 100 de elemente la 1 cm3. Cu o astfel de densitate de montare, volumul unui dispozitiv care conține -107 elemente este de 0,1 - 0,5 m3, iar timpul de funcționare este de 103 - 104 ore.

Principalul avantaj al GIS este posibilitatea de integrare parțială a elementelor realizate folosind diverse tehnologii (bipolar, film subțire și gros etc.) cu o gamă largă de parametri electrici (putere redusă, puternic, activ, pasiv, de mare viteză, etc.). etc.).

În prezent, hibridizarea diferitelor tipuri de circuite integrate este promițătoare. Cu dimensiuni geometrice mici ale elementelor de film și o suprafață mare de substraturi pasive, zeci - sute de circuite integrate și alte componente pot fi plasate pe suprafața lor. În acest fel, circuitele integrate hibride multicip sunt create cu un număr mare (câteva mii) de diode, tranzistori într-un element indivizibil. Microcircuitele combinate pot găzdui unități funcționale cu caracteristici electrice diferite.

Comparația dintre ICP și GIS. Microcircuitele semiconductoare cu un grad de integrare de până la mii sau mai multe elemente într-un cristal au primit un avantaj. Răspândire. Volumul producției ICP este cu un ordin de mărime mai mare decât volumul producției GIS. În unele dispozitive, este recomandabil să utilizați GIS din mai multe motive.

Tehnologia GIS este relativ simplă și necesită mai puține costuri inițiale de echipare decât tehnologia semiconductoare, ceea ce simplifică crearea de produse și echipamente atipice, nestandard.

Partea pasivă a GIS este fabricată pe un substrat separat, ceea ce face posibilă obținerea de elemente pasive de înaltă calitate și crearea de circuite integrate de înaltă frecvență.

Tehnologia GIS face posibilă înlocuirea metodelor existente de cablare imprimată multistrat atunci când plasați circuite integrate și LSI-uri cu cadru deschis și alte componente semiconductoare pe substraturi. Tehnologia GIS este preferată pentru circuitele integrate de mare putere. De asemenea, este de preferat să existe o implementare hibridă a circuitelor integrate ale dispozitivelor liniare care asigură o relație proporțională între semnalele de intrare și de ieșire. În aceste dispozitive, semnalele se schimbă pe o gamă largă de frecvențe și puteri, astfel încât circuitele integrate ale acestora trebuie să aibă o gamă largă de evaluări care sunt incompatibile într-un singur proces de fabricație pentru elementele pasive și active. Circuitele integrate mari LSI permit combinarea diferitelor unități funcționale, în legătură cu care sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele liniare.

Avantajele și dezavantajele circuitelor integrate.

• Avantajele circuitelor integrate sunt fiabilitatea ridicată, dimensiunea și greutatea reduse. Densitatea elementelor active în LSI ajunge la 103 - 104 pe 1 cm3. Când instalați microcircuite în plăci de circuite imprimate și le conectați în blocuri, densitatea elementelor este de 100 - 500 pe 1 cm3, care este de 10 - 50 de ori mai mare decât atunci când se folosesc tranzistori, diode, rezistențe separate în dispozitive micromodulare.
• Circuitele integrate sunt în funcțiune fără inerție. Datorită dimensiunii reduse în microcircuite, capacitățile și inductanțele interelectrode ale firelor de conectare sunt reduse, ceea ce le permite să fie utilizate la frecvențe ultraînalte (până la 3 GHz) și în circuite logice cu un timp de întârziere scurt (până la 0,1 ns) .
• Microcircuitele sunt economice (de la 10 la 200 mW) și reduc consumul de energie și masa surselor de alimentare.

Principalul dezavantaj Circuitul integrat are o putere redusă (50 - 100 mW).

În funcție de scopul funcțional, circuitele integrate sunt împărțite în două categorii principale - analog (sau liniar-puls) și digital (sau logic).

Integrală analogică Circuitele AIS sunt utilizate în dispozitivele radio-tehnice și sunt folosite pentru a genera și amplifica liniar semnale care variază conform legii unei funcții continue într-o gamă largă de puteri și frecvențe. Ca rezultat, circuitele integrate analogice trebuie să conțină elemente active de diferite evaluări și parametri, ceea ce complică dezvoltarea lor. Microcircuitele hibride reduc dificultatea fabricării dispozitivelor analogice în design microminiatural. Microcircuitele integrate devin elementul principal de bază pentru echipamentele electronice.

Digital integrat Circuitele CIS sunt utilizate în calculatoare, dispozitive pentru procesarea discretă a informațiilor și automatizare. Codurile digitale sunt convertite și procesate cu ajutorul CIS. O variantă a acestor scheme sunt microcircuite logice care efectuează operații pe coduri binare în majoritatea computerelor și dispozitivelor digitale moderne.

Circuitele integrate analogice și digitale sunt disponibile în serie. Seria include circuite integrate care pot îndeplini diverse funcții, dar au un singur design și design tehnologic și sunt destinate utilizării în comun. Fiecare serie conține mai multe tipuri diferite, care pot fi împărțite în dimensiuni standard, care au un scop funcțional specific și o denumire simbolică. Setul de tipuri standard formează tipul de IS.

) a fost primul care a propus ideea combinării multor componente electronice standard într-un cristal semiconductor monolitic. Implementarea acestor propuneri în acei ani nu a putut avea loc din cauza dezvoltării insuficiente a tehnologiei.

La sfârșitul anului 1958 și în prima jumătate a anului 1959 a avut loc o descoperire în industria semiconductoarelor. Trei persoane reprezentând trei corporații private americane au rezolvat trei probleme fundamentale care au împiedicat crearea de circuite integrate. Jack Kilby de la Texas Instruments a brevetat principiul unificării, a creat primele prototipuri imperfecte IC și le-a adus la producția de masă. Kurt Legovets de la Sprague Electric Company a inventat o metodă de izolare electrică a componentelor formate pe un singur cristal semiconductor (izolare p-n-joncțiune (ing. Izolarea joncțiunii P – n)). Robert Noyce de Fairchild Semiconductor a inventat o metodă de conectare electrică a componentelor IC (metalizarea aluminiului) și a propus o versiune îmbunătățită a izolației componentelor bazată pe cea mai recentă tehnologie plană de Jean Ernie (ing. Jean hoerni). La 27 septembrie 1960, grupul lui Jay Last (ing. Jay ultimul) creat in Fairchild Semiconductor primul lucrabil semiconductor Se bazează pe ideile lui Noyce și Ernie. Texas Instruments, care deținea brevetul pentru invenția lui Kilby, a declanșat un război de brevete împotriva concurenților, care s-a încheiat în 1966 cu un acord amiabil privind licențierea încrucișată a tehnologiilor.

CI-urile logice timpurii ale seriei menționate au fost construite literalmente din standard componente ale căror dimensiuni și configurații au fost specificate prin procesul tehnologic. Proiectanții de circuite care au proiectat circuitele integrate logice ale unei anumite familii au funcționat cu aceleași diode și tranzistoare tipice. În 1961-1962. paradigma de design a fost ruptă de un dezvoltator principal Sylvania Tom Longo, pentru prima dată folosind diverse configurația tranzistoarelor în funcție de funcțiile acestora în circuit. La sfârşitul anului 1962 Sylvania a lansat prima familie de logică tranzistor-tranzistor (TTL) dezvoltată de Longo - din punct de vedere istoric, primul tip de logică integrată care a reușit să pună picior pe piață pentru o lungă perioadă de timp. În circuitele analogice, o descoperire la acest nivel a fost făcută în 1964-1965 de către dezvoltatorul de amplificatoare operaționale Fairchild Bob Widlar.

Primul circuit integrat hibrid cu peliculă groasă din URSS (seria 201 „Tropa”) a fost dezvoltat în 1963-65 la Institutul de Cercetare a Tehnologiei de Precizie („Angstrem”), producție în serie din 1965. La dezvoltare au participat specialiști de la NIEM (acum NII „Argon”).

Primul circuit integrat cu semiconductor din URSS a fost creat pe baza unei tehnologii planare dezvoltate la începutul anului 1960 la NII-35 (apoi redenumit în NII Pulsar) de o echipă care a fost ulterior transferată la NIIME (Mikron). Crearea primului circuit integrat intern de siliciu s-a concentrat pe dezvoltarea și producția cu acceptare militară a seriei TS-100 de circuite integrate de siliciu (37 de elemente - echivalentul complexității circuitului declanșatorului, un analog al seriei americane IC). SN-51 firme Texas Instruments). Eșantioane prototip și mostre de producție de circuite integrate de siliciu pentru reproducere au fost obținute din Statele Unite. Lucrarea a fost efectuată la NII-35 (director Trutko) și la fabrica de semiconductori Fryazinsky (director Kolmogorov) pe un ordin de apărare pentru utilizare într-un altimetru autonom pentru un sistem de ghidare a rachetelor balistice. Dezvoltarea a inclus șase circuite planare integrate tipice din siliciu din seria TS-100 și, odată cu organizarea producției pilot, a durat trei ani la NII-35 (din 1962 până în 1965). Alți doi ani au fost petrecuți pentru a stăpâni producția din fabrică cu acceptare militară în Fryazino (1967).

În paralel, s-au desfășurat lucrări privind dezvoltarea unui circuit integrat în biroul central de proiectare de la uzina de dispozitive semiconductoare Voronezh (acum -). În 1965, în cadrul unei vizite la VZPP a ministrului Industriei Electronice A.I., finalizată până la sfârșitul anului. Subiectul a fost înaintat cu succes Comisiei de Stat, iar o serie de 104 microcircuite cu logica diodă-tranzistor a devenit prima realizare fixă ​​în domeniul microelectronicii în stare solidă, care a fost reflectată în ordinul Ministerului Dezvoltării Economice și Comerțului din 30.12.1965 Nr 403.

Niveluri de proiectare

În prezent (2014), majoritatea circuitelor integrate sunt proiectate folosind sisteme CAD specializate, care pot automatiza și accelera semnificativ procesele de producție, de exemplu, obținerea de măști fototopologice.

Clasificare

Grad de integrare

În funcție de gradul de integrare, se folosesc următoarele denumiri de circuite integrate:

• circuit integrat mic (MIS) - până la 100 de elemente într-un cristal,
• circuit integrat mediu (SIS) - până la 1000 de elemente într-un cristal,
• circuit integrat mare (LSI) - până la 10 mii de elemente într-un cristal,
• circuit integrat foarte mare (VLSI) - mai mult de 10 mii de elemente într-un cristal.

Anterior, erau folosite și denumirile acum învechite: circuit integrat la scară ultralargă (UBIS) - de la 1-10 milioane la 1 miliard de elemente într-un cristal și, uneori, un circuit integrat de gigaocteți (GBIS) - mai mult de 1 miliard de elemente într-un cristal. În prezent, în anii 2010, denumirile „UBIS” și „GBIS” nu sunt practic utilizate, iar toate microcircuitele cu mai mult de 10 mii de elemente sunt clasificate ca VLSI.

Tehnologia de fabricație

• Microcircuit semiconductor - toate elementele și conexiunile între elemente sunt realizate pe un cristal semiconductor (de exemplu, siliciu, germaniu, arseniură de galiu, oxid de hafniu).

• Microcircuit integrat cu film - toate elementele și conexiunile între elemente sunt realizate sub formă de filme:
  • circuit integrat cu peliculă groasă;
  • circuit integrat cu peliculă subțire.
• IC hibrid (deseori numit microasamblare), conține mai multe diode fără cip, tranzistoare fără cip și (sau) alte componente electronice active. De asemenea, un microansamblu poate include circuite integrate fără cip. Componentele de microasamblare pasive (rezistoare, condensatoare, inductori) sunt de obicei fabricate folosind tehnologii cu peliculă subțire sau cu peliculă groasă pe un substrat de microcircuit hibrid comun, de obicei ceramic. Întregul substrat și componentele sunt găzduite într-o singură carcasă etanșă.
• Microcircuit mixt - pe lângă un cristal semiconductor, conține elemente pasive cu peliculă subțire (film gros) situate pe suprafața cristalului.

Tipul semnalului procesat

Tehnologia de fabricație

Tipuri logice

Elementul principal al microcircuitelor analogice sunt tranzistoarele (bipolar sau cu efect de câmp). Diferența în tehnologia de fabricație a tranzistorilor afectează în mod semnificativ caracteristicile microcircuitelor. Prin urmare, tehnologia de fabricație este adesea indicată în descrierea microcircuitului pentru a sublinia caracteristicile generale ale proprietăților și capacităților microcircuitului. Tehnologiile moderne combină tehnologiile tranzistoarelor bipolare și ale tranzistorilor cu efect de câmp pentru a îmbunătăți performanța microcircuitelor.

• Microcircuitele de pe tranzistoarele unipolare (de câmp) sunt cele mai economice (din punct de vedere al consumului de curent):
  • MOS-logic (logica metal-oxid-semiconductor) - microcircuitele sunt formate din tranzistoare cu efect de câmp n-MOS sau p-tip MOS;
  • Logica CMOS (logica MOS complementară) - fiecare element logic al microcircuitului este format dintr-o pereche de tranzistoare cu efect de câmp complementare (complementare) ( n-MOS și p-MOS).
• Microcircuite tranzistoare bipolare:
  • RTL - logica rezistor-tranzistor (învechit, înlocuit cu TTL);
  • DTL - logica diodă-tranzistor (învechit, înlocuit cu TTL);
  • TTL - logica tranzistor-tranzistor - microcircuitele sunt realizate din tranzistoare bipolare cu tranzistoare multi-emițător la intrare;
  • TTLSh - logica tranzistor-tranzistor cu diode Schottky - TTL imbunatatit, care foloseste tranzistori bipolari cu efect Schottky;
  • ESL - logica cuplată cu emițător - pe tranzistoarele bipolare, al căror mod de funcționare este selectat astfel încât să nu intre în modul de saturație, ceea ce crește semnificativ viteza;
  • IIL - logica integrală a injecției.
• Microcircuite care utilizează atât tranzistori cu efect de câmp, cât și tranzistori bipolari:

Folosind același tip de tranzistoare, microcircuitele pot fi create folosind metodologii diferite, de exemplu, statice sau dinamice. Tehnologiile CMOS și TTL (TTLSh) sunt cele mai comune logice de microcircuit. Acolo unde este necesar să se economisească consumul de curent, se folosește tehnologia CMOS, unde viteza este mai importantă și nu este necesar consumul de energie, se folosește tehnologia TTL. Punctul slab al microcircuitelor CMOS este vulnerabilitatea la electricitatea statică - este suficient să atingeți ieșirea microcircuitului cu mâna, iar integritatea acestuia nu mai este garantată. Odată cu dezvoltarea tehnologiilor TTL și CMOS, microcircuitele se apropie din punct de vedere al parametrilor și, drept urmare, de exemplu, seria 1564 de microcircuite este realizată folosind tehnologia CMOS, iar funcționalitatea și amplasarea în carcasă sunt similare cu cele ale TTL. tehnologie.

Microcircuitele fabricate folosind tehnologia ESL sunt cele mai rapide, dar și cele mai consumatoare de energie și au fost folosite în producția de calculatoare în cazurile în care cel mai important parametru a fost viteza de calcul. În URSS, cele mai productive computere de tip EC106x au fost fabricate pe microcircuite ESL. Această tehnologie este rar folosită acum.

Proces tehnologic

La fabricarea microcircuitelor se folosește metoda fotolitografiei (proiecție, contact etc.), în timp ce circuitul este format pe un substrat (de obicei din siliciu) obținut prin tăierea monocristalelor de siliciu în plachete subțiri cu discuri de diamant. Datorită dimensiunilor mici ale elementelor microcircuitelor, ei au refuzat să folosească lumina vizibilă și chiar lângă radiația ultravioletă în timpul expunerii.

Următoarele procesoare au fost fabricate folosind lumină UV (laser excimer ArF, lungime de undă 193 nm). În medie, liderii industriei au introdus noi procese tehnologice conform planului ITRS la fiecare 2 ani, dubland în același timp numărul de tranzistori pe unitate de suprafață: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), producția de 14 nm a început. în 2014, dezvoltarea proceselor de 10 nm este așteptată în jurul anului 2018.

În 2015, s-au estimat că introducerea de noi procese tehnice va încetini.

Control de calitate

Pentru a controla calitatea circuitelor integrate, așa-numitele structuri de testare sunt utilizate pe scară largă.

Programare

Un microcircuit integrat poate avea o funcționalitate completă, oricât de complexă – până la un microcomputer întreg (microcomputer cu un singur cip).

Circuite analogice

• Filtre (inclusiv filtre piezo).
• Analogic multiplicatori.
• Atenuatoare analogice și amplificatoare variabile.
• Stabilizatoare de alimentare: stabilizatoare de tensiune și curent.
• Microcircuite de control pentru comutarea surselor de alimentare.
• Convertoare de semnal.
• Scheme de sincronizare.
• Diversi senzori (de ex. temperatura).

Circuite digitale

• Convertoare tampon
• (Micro) procesoare (inclusiv CPU pentru computere)
• Microcircuite și module de memorie
• FPGA (Circuite integrate logice programabile)

Circuitele integrate digitale au o serie de avantaje față de cele analogice:

• Consum redus de energie asociat cu utilizarea semnalelor electrice pulsate în electronica digitală. La recepționarea și conversia unor astfel de semnale, elementele active ale dispozitivelor electronice (tranzistoare) funcționează într-un mod „cheie”, adică tranzistorul este fie „deschis” - ceea ce corespunde unui semnal de nivel înalt (1), fie „închis”. " - (0), în primul caz nu există nicio cădere de tensiune în tranzistor, în al doilea - nu trece curent prin el. În ambele cazuri, consumul de energie este aproape de 0, spre deosebire de dispozitivele analogice, în care tranzistoarele sunt în stare intermediară (activă) de cele mai multe ori.
• Imunitate ridicată la zgomot dispozitivele digitale este asociată cu o diferență mare între semnalele de nivel înalt (de exemplu, 2,5-5 V) și scăzut (0-0,5 V). O eroare de stare este posibilă la un astfel de nivel de interferență încât un nivel ridicat este interpretat ca scăzut și invers, ceea ce este puțin probabil. În plus, dispozitivele digitale pot folosi coduri speciale pentru a corecta erorile.
• O diferență mare în nivelurile stărilor semnalelor de nivel înalt și scăzut („0” și „1”) logic și o gamă destul de largă de modificări permise ale acestora fac ca tehnologia digitală să fie insensibilă la împrăștierea inevitabilă a parametrilor elementelor din tehnologia integrală, elimină necesitatea de a selecta componente și de a regla elementele de reglare în dispozitivele digitale.

Circuite analog-digitale

• convertoare digital-analogic (DAC) și analog-digital (ADC);
• transceiver (de exemplu, convertor de interfață Ethernet);
• modulatoare și demodulatoare;
  • modemuri radio
  • decodoare de teletext, VHF-radio-text
  • Fast Ethernet și transceiver-uri optice
  • Dial-up modemuri
  • receptoare TV digitale
  • senzor optic mouse
• microcircuite de putere pentru dispozitive electronice - stabilizatoare, convertoare de tensiune, întrerupătoare de putere etc.;
• atenuatoare digitale;
• buclă blocată în fază (PLL);
• generatoare și restauratoare ale frecvenței de sincronizare a ceasului;
• cristale de matrice de bază (BMC): conține atât circuite analogice, cât și digitale;

Seria de cipuri

Microcircuitele analogice și digitale sunt produse în serie. O serie este un grup de microcircuite care au un singur design structural și tehnologic și sunt destinate utilizării în comun. Microcircuitele din aceeași serie, de regulă, au aceeași tensiune a surselor de alimentare, sunt potrivite în rezistențe de intrare și ieșire, niveluri de semnal.

Locuințe

Denumiri specifice

Microprocesorul formează nucleul computerului, funcții suplimentare, cum ar fi comunicarea cu periferice, au fost realizate folosind chipset-uri (chipset) special concepute. Pentru primele calculatoare, numărul de microcircuite în seturi era numărat în zeci și sute, în sistemele moderne este un set de unul sau două sau trei microcircuite. Recent, au existat tendințe de transfer gradual al funcțiilor chipset-ului (controler de memorie, controler de magistrală PCI Express) în procesor.

Pentru ca orice electronică sofisticată să funcționeze, de obicei sunt necesare multe piese. Când sunt multe dintre ele, ele pot fi „combinate”, să zicem, în circuite integrate. Ce sunt ei? Cum sunt ele clasificate? Cum sunt fabricate și ce semnale sunt transmise?

Ce sunt circuitele logice integrate (CI)

De fapt, acesta este un dispozitiv microelectronic care se bazează pe un cristal de complexitate arbitrară, care este realizat pe un film semiconductor sau o napolitană. Se potrivește într-o carcasă neseparabilă (deși se poate descurca fără ea, dar numai atunci când face parte din microansamblu). Primul circuit integrat a fost brevetat în 1968. Aceasta a devenit un fel de descoperire în industrie, deși dispozitivul furnizat nu corespundea prea mult ideilor moderne în ceea ce privește parametrii săi. Circuitele integrate sunt fabricate în mare parte pentru montare la suprafață. Adesea, IC este înțeles ca un singur cristal sau film. Cel mai utilizat este un circuit integrat pe o placă de siliciu. S-a întâmplat că aplicarea sa în industrie are o serie de avantaje, de exemplu, eficiența transmisiei semnalului.

Niveluri de proiectare

Aceste dispozitive sunt complexe, ceea ce este frumos afișat. Acum sunt create folosind sisteme CAD speciale care automatizează și accelerează semnificativ procesele de producție. Deci, la proiectare, se elaborează următoarele:

1. Nivel logic (invertoare, AND-NOT, OR-NOT și altele asemenea).
2. Sistem și circuite (declanșatoare, scramblere, ALU, comparatoare etc. sunt în curs de elaborare);
3. Electrice (condensatori, tranzistori, rezistențe și dispozitive similare).
4. Nivel topologic - fotomasti pentru productie.
5. Fizic - cum este implementat un tranzistor (sau un grup mic) pe un cip.
6. Software - instrucțiunile sunt create pentru microcontrolere, microprocesoare și FPGA. Un model de comportament este dezvoltat folosind o schemă verticală.

Clasificare

Vorbind despre modul în care se disting circuitele integrate, este imposibil să alegeți un singur parametru al tipului de complexitate al tehnologiei în cauză. Prin urmare, în cadrul articolului, au fost selectate până la trei.

Grad de integrare

1. Circuit integrat mic. Conține mai puțin de o sută de articole.
2. Circuit integrat mediu. Numărul de elemente variază de la o sută/mii.
3. Circuit integrat mare. Conține de la o mie la 10.000 de articole.
4. Au peste zece mii de elemente.

În mod obișnuit, un circuit integrat la scară largă este adesea folosit pentru aparatele electrocasnice. Alte categorii au fost utilizate anterior:

1. Circuit integrat la scară foarte mare. Acesta a inclus acele mostre care se puteau lăuda cu numărul de elemente în intervalul de la 1 milion la 1 miliard.
2. Circuit integrat mare Gig. Aceasta a inclus mostre cu mai mult de 1 miliard de elemente.

Dar în acest moment nu se aplică. Și toate mostrele, care anterior erau denumite UBIS și GBIS, trec acum ca VLSI. În general, acest lucru a permis economii semnificative asupra numărului de grupuri, deoarece ultimele două tipuri sunt de obicei utilizate în mod specific în centrele mari de cercetare în care funcționează sisteme informatice, a căror putere este măsurată în zeci și sute de terabytes.

Tehnologia de fabricație

Datorită posibilităților diferite de fabricație, circuitele integrate sunt, de asemenea, clasificate în funcție de modul în care sunt realizate și din ce:

1. Semiconductor. În ele, toate elementele și conexiunile sunt realizate pe același cristal semiconductor. Circuitele integrate semiconductoare folosesc materiale precum siliciu, germaniu, arseniură de galiu și oxid de hafniu.

2. Film. Toate elementele și conexiunile sunt realizate ca pe filme:

Film gros.

Film subtire.

3. Hibrid. Are diode, tranzistori sau alte componente electronice active neambalate. Cele pasive (cum ar fi rezistoare, inductoare, condensatoare) sunt plasate pe un substrat ceramic obișnuit. Toate se potrivesc într-o singură carcasă etanșă.

4. Mixt. Nu există doar un cristal semiconductor, ci și elemente pasive cu peliculă subțire (sau cu peliculă groasă) care sunt plasate pe suprafața sa.

Tipul semnalului procesat

Iar al treilea și cel mai recent tip se bazează pe ceea ce semnalează procesele circuitului integrat. Sunt:

1. Analogic. Aici semnalele de intrare și de ieșire se modifică conform legii.Ele pot lua o valoare în intervalul de la tensiunea de alimentare negativă la pozitivă.
2. Digital. Aici, orice semnal de intrare sau de ieșire poate avea două valori: una logică sau zero. Fiecare dintre ele are propriul său nivel de tensiune predeterminat. Deci, microcircuite de tip TTL, intervalul 0-0,4V este estimat la zero și 2,4-5V pe unitate. Pot exista și alte diviziuni, totul depinde de eșantionul specific.
3. Analogic-digital. Acestea combină avantajele și caracteristicile mostrelor anterioare. De exemplu, pot include amplificatoare de semnal și convertoare analog-digitale.

Specificul juridic

Ce spune legislația despre circuitele integrate? În țara noastră, am asigurat protecție legală pentru topologiile circuitelor integrate. Prin aceasta se înțelege aranjarea geometrico-spațială a unui anumit set de elemente specifice și conexiuni între ele fixate pe un anumit suport de material (conform articolului 1448 din Codul civil al Federației Ruse). Autorul topologiei are următoarele drepturi intelectuale asupra invenției sale:

1. Drepturi de autor.
2. Drept exclusiv.

În plus, autorul topologiei poate avea alte preferințe, inclusiv posibilitatea de a primi o recompensă pentru utilizarea acesteia. este în vigoare de zece ani. În acest timp, inventatorul sau persoana căreia i-a fost atribuit acest statut poate înregistra topologia la Serviciul de proprietate intelectuală și brevete corespunzător.

Concluzie

Asta e tot! Dacă ai dorința de a-ți asambla propria schemă, nu poți decât să-i urezi succes. Dar, în același timp, aș dori să vă atrag atenția asupra unei caracteristici. Dacă există dorința de a asambla un microcircuit, atunci este necesar să vă pregătiți temeinic pentru acest proces. Faptul este că crearea sa necesită o curățenie excepțională la nivelul unei săli de operație chirurgicală, în plus, din cauza micii detalii, nu va funcționa pentru a lucra cu un fier de lipit în regim normal - toate acțiunile sunt efectuate de mașini. Prin urmare, doar circuitele pot fi create acasă. Dacă doriți, puteți achiziționa dezvoltări industriale care vor fi oferite pe piață, dar este mai bine să lăsați ideea de a le face acasă fără finanțe semnificative.