Es ist nicht bekannt, wer zuerst auf die Idee kam, zwei oder mehr Transistoren auf einem einzigen Halbleiterchip herzustellen. Vielleicht entstand diese Idee unmittelbar nach Beginn der Produktion von Halbleiterelementen. Es ist bekannt, dass die theoretischen Grundlagen dieses Ansatzes in den frühen 1950er Jahren veröffentlicht wurden. Es dauerte weniger als 10 Jahre, um technologische Probleme zu überwinden, und bereits in den frühen 60er Jahren wurde das erste Gerät auf den Markt gebracht, das mehrere elektronische Komponenten in einem Gehäuse enthielt - eine Mikroschaltung (Chip). Seit diesem Moment hat die Menschheit einen Weg der Verbesserung eingeschlagen, der kein Ende in Sicht hat.
Zweck von Mikroschaltungen
In der integrierten Version werden derzeit verschiedenste elektronische Komponenten mit unterschiedlichem Integrationsgrad ausgeführt. Aus ihnen, wie aus Würfeln, können Sie verschiedene elektronische Geräte sammeln. Somit kann die Funkempfängerschaltung auf verschiedene Arten implementiert werden. Die erste Option ist die Verwendung von Transistorchips.Indem Sie ihre Schlussfolgerungen verbinden, können Sie ein Empfangsgerät herstellen. Der nächste Schritt besteht darin, einzelne Knoten in einem integrierten Design zu verwenden (jeder in seinem eigenen Körper):
- Hochfrequenzverstärker;
- heterodyn;
- Rührgerät;
- Tonfrequenzverstärker.
Schließlich ist die modernste Option der gesamte Empfänger in einem Chip, Sie müssen nur ein paar externe passive Elemente hinzufügen. Offensichtlich wird der Aufbau von Schaltungen mit zunehmendem Integrationsgrad einfacher. Sogar ein vollwertiger Computer kann jetzt auf einem einzigen Chip implementiert werden. Seine Leistung wird immer noch geringer sein als die herkömmlicher Computergeräte, aber mit der Entwicklung der Technologie ist es möglich, dass dieser Moment überwunden wird.
Chip-Typen
Derzeit wird eine große Anzahl von Arten von Mikroschaltungen hergestellt. Nahezu jede komplette elektronische Baugruppe, ob standardmäßig oder spezialisiert, ist in Mikroausführung erhältlich. Es ist nicht möglich, alle Typen im Rahmen eines Reviews aufzulisten und zu analysieren. Aber im Allgemeinen können Mikroschaltkreise je nach Funktionszweck in drei globale Kategorien eingeteilt werden.
- Digital. Arbeiten Sie mit diskreten Signalen. Am Eingang liegen digitale Pegel an, am Ausgang werden auch Signale in digitaler Form abgenommen. Diese Geräteklasse deckt den Bereich von einfachen Logikelementen bis hin zu modernsten Mikroprozessoren ab. Dazu gehören auch programmierbare Logikarrays, Speicherbausteine usw.
- Analog. Sie arbeiten mit Signalen, die sich nach einem kontinuierlichen Gesetz ändern. Ein typisches Beispiel einer solchen Mikroschaltung ist ein Audiofrequenzverstärker. Diese Klasse umfasst auch integrierte Linearstabilisatoren, Signalgeneratoren, Messsensoren und vieles mehr. Die analoge Kategorie umfasst auch Sätze passiver Elemente (Widerstände, RC-Glieder usw.).
- Analog zu Digital (Digital zu Analog). Diese Mikroschaltungen wandeln nicht nur diskrete Daten in kontinuierliche um oder umgekehrt. Die ursprünglichen oder empfangenen Signale im selben Paket können verstärkt, umgewandelt, moduliert, dekodiert und dergleichen werden. Analog-Digital-Sensoren werden häufig zum Verbinden von Messkreisen verschiedener technologischer Prozesse mit Rechengeräten verwendet.
Mikrochips werden auch nach Produktionsart unterteilt:
- Halbleiter - durchgeführt auf einem einzelnen Halbleiterkristall;
- film - passive Elemente werden auf der Basis von dicken oder dünnen Filmen erstellt;
- Hybrid - aktive Halbleiterbauelemente „setzen“ sich zu passiven Filmelementen (Transistoren usw.).
Für die Verwendung von Mikroschaltungen bietet diese Klassifizierung jedoch in den meisten Fällen keine besonderen praktischen Informationen.
Chip-Pakete
Um den Inhalt zu schützen und die Installation zu vereinfachen, sind die Mikroschaltkreise in einem Gehäuse untergebracht. Anfänglich wurden die meisten Chips in einer Metallhülle (rund oder rechteckig) mit flexiblen Kabeln, die sich um den Umfang befinden.
Dieses Design erlaubte es nicht, alle Vorteile der Miniaturisierung zu nutzen, da die Abmessungen des Geräts im Vergleich zur Größe des Kristalls sehr groß waren. Außerdem war der Integrationsgrad gering, was das Problem nur noch verschärfte. Mitte der 60er Jahre wurde das DIP-Paket entwickelt (Dual-in-Line-Paket) ist eine rechteckige Struktur mit starren Anschlüssen auf beiden Seiten. Das Problem der sperrigen Abmessungen wurde nicht gelöst, aber eine solche Lösung ermöglichte es dennoch, eine größere Packungsdichte zu erreichen sowie die automatisierte Montage elektronischer Schaltungen zu vereinfachen.Die Anzahl der Mikroschaltkreis-Pins in einem DIP-Gehäuse reicht von 4 bis 64, obwohl Gehäuse mit mehr als 40 "Beinen" immer noch selten sind.
Wichtig! Der Stiftabstand für inländische DIP-Mikroschaltungen beträgt 2,5 mm, für importierte - 2,54 mm (1 Zeile = 0,1 Zoll). Aus diesem Grund treten Probleme beim gegenseitigen Austausch von anscheinend vollständigen Analoga der russischen und importierten Produktion auf. Eine leichte Diskrepanz erschwert den Einbau von in Funktionalität und Pinbelegung identischen Geräten in die Platinen und in das Panel.
Mit der Entwicklung der Elektroniktechnologie sind die Nachteile von DIP-Gehäusen offensichtlich geworden. Für Mikroprozessoren reichte die Anzahl der Stifte nicht aus, und ihre weitere Erhöhung erforderte eine Vergrößerung der Gehäuseabmessungen. Solche Mikroschaltkreise begannen, zu viel ungenutzten Platz auf den Platinen einzunehmen. Das zweite Problem, das das Ende der Ära der DIP-Dominanz gebracht hat, ist die weit verbreitete Verwendung der Oberflächenmontage. Die Elemente wurden nicht in den Löchern auf der Platine installiert, sondern direkt an die Kontaktflächen gelötet. Diese Montagemethode erwies sich als sehr rationell, sodass Mikroschaltkreise in Gehäusen benötigt wurden, die für das Oberflächenlöten geeignet waren. Und der Prozess der Verdrängung von Geräten für die "Loch" -Montage begann (wahres Loch) Elemente benannt als smd (oberflächenmontiertes Detail).
Der erste Schritt zum Übergang zu oberflächenmontierbaren Stahl-SOIC-Gehäusen und deren Modifikationen (SOP, HSOP und mehr). Sie haben wie das DIP Beine in zwei Reihen entlang der langen Seiten, aber sie sind parallel zur Bodenebene des Gehäuses.
Eine Weiterentwicklung war das QFP-Paket. Dieses quadratische Gehäuse hat Anschlüsse auf jeder Seite.Das PLLC-Gehäuse ähnelt ihm, ist aber immer noch näher am DIP, obwohl sich die Beine auch um den gesamten Umfang befinden.
DIP-Chips behaupteten einige Zeit ihre Position im Bereich der programmierbaren Geräte (ROM, Controller, PLM), aber die Verbreitung der In-Circuit-Programmierung hat die zweireihigen True-Hole-Gehäuse auch aus diesem Bereich verdrängt. Jetzt haben auch solche Teile, deren Einbau in Löcher alternativlos schien, SMD-Performance erhalten - zum Beispiel integrierte Spannungsstabilisatoren etc.
Die Entwicklung von Mikroprozessorgehäusen ging einen anderen Weg. Da die Anzahl der Stifte nicht um den Umfang einer der vernünftigen quadratischen Größen passt, sind die Beine einer großen Mikroschaltung in Form einer Matrix angeordnet (PGA, LGA usw.).
Vorteile der Verwendung von Mikrochips
Das Aufkommen von Mikroschaltkreisen hat die Welt der Elektronik revolutioniert (insbesondere in der Mikroprozessortechnik). Computer auf Lampen, die einen oder mehrere Räume besetzen, bleiben als historische Kuriosität in Erinnerung. Aber ein moderner Prozessor enthält etwa 20 Milliarden Transistoren. Wenn wir die Fläche eines Transistors in einer diskreten Version von mindestens 0,1 Quadratzentimetern nehmen, muss die vom Prozessor insgesamt eingenommene Fläche mindestens 200.000 Quadratmeter betragen - etwa 2.000 mittelgroße Dreiräume Wohnungen.
Sie müssen auch Platz für Speicher, Soundkarte, Audiokarte, Netzwerkadapter und andere Peripheriegeräte bereitstellen. Die Kosten für die Anbringung einer solchen Anzahl diskreter Elemente wären enorm, und die Betriebszuverlässigkeit ist unannehmbar niedrig. Die Fehlersuche und Reparatur würde unglaublich lange dauern. Es liegt auf der Hand, dass die Ära der Personal Computer ohne Chips mit hohem Integrationsgrad niemals gekommen wäre.Auch wären ohne moderne Technologien keine Geräte entstanden, die eine große Rechenleistung benötigen – vom Haushalt bis zur Industrie oder Wissenschaft
Die Entwicklungsrichtung der Elektronik ist für viele Jahre vorgegeben. Dies ist vor allem eine Erhöhung des Integrationsgrades von Mikroschaltkreiselementen, die mit der kontinuierlichen Entwicklung von Technologien verbunden ist. Es gibt einen qualitativen Sprung nach vorne, wenn die Möglichkeiten der Mikroelektronik an ihre Grenzen stoßen, aber das ist eine Frage einer ziemlich fernen Zukunft.
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