Non si sa chi per primo abbia avuto l'idea di realizzare due o più transistor su un singolo chip semiconduttore. Forse questa idea è nata subito dopo l'inizio della produzione di elementi semiconduttori. È noto che i fondamenti teorici di questo approccio furono pubblicati all'inizio degli anni '50. Ci sono voluti meno di 10 anni per superare i problemi tecnologici e già all'inizio degli anni '60 è stato rilasciato il primo dispositivo contenente diversi componenti elettronici in un unico pacchetto: un microcircuito (patata fritta). Da quel momento, l'umanità ha intrapreso la strada del miglioramento, che non ha fine in vista.
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Scopo dei microcircuiti
Nella versione integrata, sono attualmente in esecuzione un'ampia varietà di componenti elettronici con vari gradi di integrazione. Da loro, come dai cubi, puoi raccogliere vari dispositivi elettronici. Pertanto, il circuito del ricevitore radio può essere implementato in vari modi. L'opzione iniziale consiste nell'utilizzare chip transistor.Collegando le loro conclusioni, puoi creare un dispositivo ricevente. Il passaggio successivo consiste nell'utilizzare i singoli nodi in una progettazione integrata (ciascuno nel proprio corpo):
- amplificatore a radiofrequenza;
- eterodina;
- miscelatore;
- amplificatore di frequenza audio.
Infine, l'opzione più moderna è l'intero ricevitore in un chip, devi solo aggiungere alcuni elementi passivi esterni. Ovviamente, all'aumentare del grado di integrazione, la costruzione dei circuiti diventa più semplice. Anche un computer a tutti gli effetti può ora essere implementato su un singolo chip. Le sue prestazioni saranno comunque inferiori a quelle dei dispositivi informatici convenzionali, ma con lo sviluppo della tecnologia è possibile che questo momento venga superato.
Tipi di chip
Attualmente viene prodotto un numero enorme di tipi di microcircuiti. Praticamente qualsiasi assemblaggio elettronico completo, standard o specializzato, è disponibile in micro. Non è possibile elencare e analizzare tutti i tipi nell'ambito di un'unica revisione. Ma in generale, in base allo scopo funzionale, i microcircuiti possono essere suddivisi in tre categorie globali.
- Digitale. Lavora con segnali discreti. I livelli digitali vengono applicati all'ingresso, i segnali vengono anche presi dall'uscita in forma digitale. Questa classe di dispositivi copre l'area dai semplici elementi logici ai più moderni microprocessori. Ciò include anche array logici programmabili, dispositivi di memoria, ecc.
- Analogico. Funzionano con segnali che cambiano secondo una legge continua. Un tipico esempio di un tale microcircuito è un amplificatore di frequenza audio. Questa classe include anche stabilizzatori lineari integrali, generatori di segnali, sensori di misura e molto altro. La categoria analogica comprende anche insiemi di elementi passivi (resistori, circuiti RC, ecc.).
- Da analogico a digitale (da digitale ad analogico). Questi microcircuiti non solo convertono dati discreti in continui o viceversa. I segnali originali o ricevuti nello stesso pacchetto possono essere amplificati, convertiti, modulati, decodificati e simili. I sensori analogico-digitali sono ampiamente utilizzati per collegare circuiti di misura di vari processi tecnologici con dispositivi informatici.
I microchip si dividono anche per tipologia di produzione:
- semiconduttore - eseguito su un singolo cristallo semiconduttore;
- film: gli elementi passivi vengono creati sulla base di film spessi o sottili;
- ibridi - dispositivi attivi a semiconduttore "si siedono" su elementi di film passivi (transistor eccetera.).
Ma per l'uso dei microcircuiti, questa classificazione nella maggior parte dei casi non fornisce informazioni pratiche speciali.
Pacchetti di chip
Per proteggere il contenuto interno e per semplificare l'installazione, i microcircuiti sono inseriti in una custodia. Inizialmente, la maggior parte dei chip sono stati prodotti in un guscio di metallo (tondo o rettangolare) con cavi flessibili disposti lungo il perimetro.
Questo design non permetteva di sfruttare tutti i vantaggi della miniaturizzazione, poiché le dimensioni del dispositivo erano molto grandi rispetto alle dimensioni del cristallo. Inoltre, il grado di integrazione era basso, il che non faceva che aggravare il problema. A metà degli anni '60 fu sviluppato il pacchetto DIP (pacchetto doppio in linea) è una struttura rettangolare con guinzagli rigidi su entrambi i lati. Il problema degli ingombri non è stato risolto, tuttavia tale soluzione ha consentito di ottenere una maggiore densità di imballaggio, nonché di semplificare l'assemblaggio automatizzato dei circuiti elettronici.Il numero di pin del microcircuito in un pacchetto DIP varia da 4 a 64, sebbene i pacchetti con più di 40 "gambe" siano ancora rari.
Importante! Il passo dei pin per i microcircuiti DIP domestici è 2,5 mm, per importato - 2,54 mm (1 riga = 0,1 pollici). Per questo motivo, sorgono problemi con la sostituzione reciproca di analoghi completi, sembrerebbe, della produzione russa e importata. Una leggera discrepanza rende difficile l'installazione di dispositivi identici per funzionalità e piedinatura nelle schede e nel pannello.
Con lo sviluppo della tecnologia elettronica, gli svantaggi dei pacchetti DIP sono diventati evidenti. Per i microprocessori il numero di pin non era sufficiente e il loro ulteriore aumento richiedeva un aumento delle dimensioni del case. tali microcircuiti iniziarono a occupare troppo spazio inutilizzato sulle schede. Il secondo problema che ha posto fine all'era del dominio DIP è l'uso diffuso del montaggio superficiale. Gli elementi iniziarono ad essere installati non nei fori della scheda, ma saldati direttamente ai piazzole di contatto. Questo metodo di montaggio si è rivelato molto razionale, quindi i microcircuiti erano necessari in pacchetti adattati per la saldatura superficiale. E iniziò il processo di spiazzamento dei dispositivi per il montaggio a "foro" (vero buco) elementi denominati come smd (dettaglio a superficie).
Il primo passo verso il passaggio ai pacchetti SOIC in acciaio per montaggio superficiale e le loro modifiche (SOP, HSOP e altro ancora). Loro, come il DIP, hanno gambe in due file lungo i lati lunghi, ma sono parallele al piano inferiore del case.
Un ulteriore sviluppo è stato il pacchetto QFP. Questa custodia di forma quadrata ha terminali su ciascun lato.Il case del PLLC è simile ad esso, ma è ancora più vicino al DIP, sebbene le gambe si trovino anche attorno all'intero perimetro.
Da tempo i chip DIP hanno tenuto le loro posizioni nel settore dei dispositivi programmabili (ROM, controller, PLM), ma la diffusione della programmazione in-circuit ha spinto anche i pacchetti true-hole a due file fuori da quest'area. Ora anche quelle parti, la cui installazione nei fori sembrava non avere alternative, hanno ricevuto prestazioni SMD, ad esempio stabilizzatori di tensione integrati, ecc.
Lo sviluppo di case per microprocessori ha preso una strada diversa. Poiché il numero di pin non si adatta al perimetro di nessuna delle ragionevoli dimensioni quadrate, le gambe di un grande microcircuito sono disposte a forma di matrice (PGA, LGA, ecc.).
Vantaggi dell'utilizzo dei microchip
L'avvento dei microcircuiti ha rivoluzionato il mondo dell'elettronica (soprattutto nella tecnologia dei microprocessori). I computer su lampade che occupano una o più stanze sono ricordati come una curiosità storica. Ma un processore moderno contiene circa 20 miliardi di transistor. Se prendiamo l'area di un transistor in una versione discreta di almeno 0,1 cmq, l'area occupata dal processore nel suo insieme dovrà essere di almeno 200.000 metri quadrati - circa 2.000 trilocali di medie dimensioni appartamenti.
È inoltre necessario fornire spazio per la memoria, la scheda audio, la scheda audio, la scheda di rete e altre periferiche. Il costo del montaggio di un tale numero di elementi discreti sarebbe enorme e l'affidabilità del funzionamento è inaccettabilmente bassa. La risoluzione dei problemi e la riparazione richiederebbero un tempo incredibilmente lungo. È ovvio che l'era dei personal computer senza chip ad alto grado di integrazione non sarebbe mai arrivata.Inoltre, senza le moderne tecnologie, i dispositivi che richiedono una grande potenza di calcolo non sarebbero stati creati, da quelli domestici a quelli industriali o scientifici
La direzione dello sviluppo dell'elettronica è predeterminata per molti anni a venire. Questo è, prima di tutto, un aumento del grado di integrazione degli elementi del microcircuito, associato al continuo sviluppo delle tecnologie. C'è un salto di qualità in avanti, quando le possibilità della microelettronica arriveranno al limite, ma si tratta di un futuro piuttosto lontano.
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