לא ידוע מי הגה לראשונה את הרעיון לייצר שני טרנזיסטורים או יותר על שבב מוליך למחצה בודד. אולי הרעיון הזה עלה מיד לאחר תחילת הייצור של אלמנטים מוליכים למחצה. ידוע שהיסודות התיאורטיים של גישה זו פורסמו בתחילת שנות החמישים. לקח פחות מ-10 שנים להתגבר על בעיות טכנולוגיות, וכבר בתחילת שנות ה-60 יצא המכשיר הראשון המכיל כמה רכיבים אלקטרוניים בחבילה אחת - מיקרו-מעגל (שְׁבָב). מאז אותו רגע, האנושות יצאה לדרך של שיפור, שאין לה סוף באופק.
מטרת המיקרו-מעגלים
בגרסה המשולבת מבוצעים כיום מגוון רחב של רכיבים אלקטרוניים בדרגות שונות של אינטגרציה. מהם, כמו מקוביות, אתה יכול לאסוף מכשירים אלקטרוניים שונים. לפיכך, ניתן ליישם את מעגל מקלט הרדיו בדרכים שונות. האפשרות הראשונית היא להשתמש בשבבי טרנזיסטור.על ידי חיבור המסקנות שלהם, אתה יכול לעשות מכשיר מקבל. השלב הבא הוא להשתמש בצמתים בודדים בעיצוב משולב (כל אחד בגופו):
- מגבר תדר רדיו;
- אִבּוּכִי;
- מִיקסֵר;
- מגבר תדר שמע.
לבסוף, האפשרות המודרנית ביותר היא כל המקלט בשבב אחד, אתה רק צריך להוסיף כמה אלמנטים פסיביים חיצוניים. ברור שככל שמידת האינטגרציה עולה, בניית המעגלים הופכת לפשוטה יותר. אפילו מחשב מלא יכול כעת להיות מיושם על שבב בודד. הביצועים שלו עדיין יהיו נמוכים משל מכשירי המחשוב הרגילים, אבל עם התפתחות הטכנולוגיה, ייתכן שהרגע הזה יתגבר.
סוגי שבבים
נכון לעכשיו, מיוצרים מספר עצום של סוגים של מיקרו-מעגלים. כמעט כל מכלול אלקטרוני שלם, סטנדרטי או מיוחד, זמין במיקרו. לא ניתן לפרט ולנתח את כל הסוגים במסגרת סקירה אחת. אבל באופן כללי, על פי המטרה הפונקציונלית, ניתן לחלק מיקרו-מעגלים לשלוש קטגוריות גלובליות.
- דִיגִיטָלי. עבודה עם אותות בדידים. רמות דיגיטליות מוחלות על הקלט, אותות נלקחים גם מהפלט בצורה דיגיטלית. סוג זה של מכשירים מכסה את השטח מאלמנטים לוגיים פשוטים ועד למיקרו-מעבדים המודרניים ביותר. זה כולל גם מערכי לוגיקה הניתנים לתכנות, התקני זיכרון וכו'.
- אנלוגי. הם עובדים עם אותות המשתנים לפי חוק מתמשך. דוגמה טיפוסית למיקרו-מעגל כזה היא מגבר תדר שמע. מחלקה זו כוללת גם מייצבים לינאריים אינטגרליים, מחוללי אותות, חיישני מדידה ועוד. הקטגוריה האנלוגית כוללת גם קבוצות של אלמנטים פסיביים (נגדים, מעגלי RC וכו'.).
- אנלוגי לדיגיטלי (דיגיטלי לאנלוגי). מיקרו-מעגלים אלה לא רק ממירים נתונים בדידים לרציפים או להיפך. האותות המקוריים או המתקבלים באותה חבילה ניתנים להגברה, המרה, אפנון, פענוח וכדומה. חיישנים אנלוגיים-דיגיטליים נמצאים בשימוש נרחב לחיבור מעגלי מדידה של תהליכים טכנולוגיים שונים עם התקני מחשוב.
מיקרו-שבבים מחולקים גם לפי סוג הייצור:
- מוליך למחצה - מבוצע על גביש מוליך למחצה יחיד;
- סרט - אלמנטים פסיביים נוצרים על בסיס סרטים עבים או דקים;
- התקנים פעילים היברידיים - מוליכים למחצה "מתיישבים" לרכיבי סרט פסיביים (טרנזיסטורים וכו.).
אבל לשימוש במיקרו-מעגלים, סיווג זה ברוב המקרים אינו מספק מידע מעשי מיוחד.
חבילות צ'יפים
כדי להגן על התוכן הפנימי וכדי לפשט את ההתקנה, המיקרו-מעגלים ממוקמים במארז. בתחילה, רוב השבבים יוצרו במעטפת מתכת (עגול או מלבני) עם מובילים גמישים הממוקמים סביב ההיקף.
עיצוב זה לא אפשר להשתמש בכל היתרונות של מזעור, שכן ממדי המכשיר היו גדולים מאוד בהשוואה לגודל הקריסטל. בנוסף, מידת האינטגרציה הייתה נמוכה, מה שרק החריף את הבעיה. באמצע שנות ה-60 פותחה חבילת DIP (חבילה כפולה בשורה) הוא מבנה מלבני עם מובילים קשיחים משני הצדדים. בעיית הממדים המגושמים לא נפתרה, אך עם זאת, פתרון כזה איפשר להשיג צפיפות אריזה גדולה יותר, כמו גם לפשט את ההרכבה האוטומטית של מעגלים אלקטרוניים.מספר פיני המיקרו-מעגלים בחבילת DIP נע בין 4 ל-64, אם כי חבילות עם יותר מ-40 "רגליים" הן עדיין נדירות.
חָשׁוּב! גובה הסיכה עבור מיקרו-מעגלי DIP ביתיים הוא 2.5 מ"מ, עבור מיובאים - 2.54 מ"מ (קו 1=0.1 אינץ'). בגלל זה, מתעוררות בעיות עם החלפה הדדית של אנלוגים שלמים, כך נראה, לייצור רוסי ומיובא. אי התאמה קלה מקשה על התקנת התקנים זהים בפונקציונליות וב-pinout בלוחות ובפאנל.
עם התפתחות הטכנולוגיה האלקטרונית, החסרונות של חבילות DIP התגלו. עבור מיקרו-מעבדים, מספר הפינים לא הספיק, והגדלה נוספת שלהם הצריכה הגדלת מידות המארז. מיקרו-מעגלים כאלה החלו לתפוס יותר מדי מקום לא בשימוש על הלוחות. הבעיה השנייה שהביאה את סוף עידן הדומיננטיות של DIP היא השימוש הנרחב בהרכבה משטחית. האלמנטים החלו להיות מותקנים לא בחורים על הלוח, אלא מולחמים ישירות לרפידות המגע. שיטת הרכבה זו התבררה כרציונלית מאוד, ולכן נדרשו מיקרו-מעגלים באריזות המותאמות להלחמת משטח. והתהליך של דחיקת מכשירים להרכבת "חור" החל (חור אמיתי) אלמנטים בשם smd (פרט מותקן על פני השטח).
הצעד הראשון לקראת המעבר לחבילות SOIC פלדה להרכבה על פני השטח והשינויים שלהן (SOP, HSOP ועוד). הם, כמו DIP, יש להם רגליים בשתי שורות לאורך הצדדים הארוכים, אבל הם מקבילים למישור התחתון של המארז.
פיתוח נוסף היה חבילת QFP. מארז זה בצורת ריבוע כולל מסופים בכל צד.מארז ה-PLLC דומה לו, אך הוא עדיין קרוב יותר ל-DIP, אם כי גם הרגליים ממוקמות בכל ההיקף.
במשך זמן מה, שבבי DIP מילאו את עמדותיהם במגזר המכשירים הניתנים לתכנות (ROM, בקרים, PLM), אבל התפשטות התכנות בתוך המעגל גירשה את החבילות האמיתיות בשתי שורות גם מהאזור הזה. כעת אפילו החלקים האלה, שלהתקנה שלהם לתוך חורים נראה שאין ברירה, קיבלו ביצועי SMD - למשל, מייצבי מתח משולבים וכו'.
הפיתוח של מקרי מיקרו-מעבדים לקח דרך אחרת. מכיוון שמספר הפינים אינו מתאים להיקף של אף אחד מהגדלים הריבועיים הסבירים, רגליו של מיקרו-מעגל גדול מסודרות בצורה של מטריצה (PGA, LGA וכו'.).
יתרונות השימוש במיקרו-שבבים
הופעת המיקרו-מעגלים חוללה מהפכה בעולם האלקטרוניקה (במיוחד בטכנולוגיית מיקרו-מעבד). מחשבים על מנורות התופסים חדר אחד או יותר זכורים כקוריוז היסטורי. אבל מעבד מודרני מכיל כ-20 מיליארד טרנזיסטורים. אם ניקח את השטח של טרנזיסטור אחד בגרסה בדיד של לפחות 0.1 ס"מ מ"ר, אז השטח התפוס על ידי המעבד בכללותו יצטרך להיות לפחות 200,000 מ"ר - כ-2,000 שלושה חדרים בגודל בינוני דירות.
אתה גם צריך לספק מקום לזיכרון, כרטיס קול, כרטיס שמע, מתאם רשת וציוד היקפי אחר. העלות של הרכבה של מספר כזה של אלמנטים בדידים תהיה עצומה, ואמינות הפעולה נמוכה באופן בלתי מתקבל על הדעת. פתרון תקלות ותיקון יימשכו זמן רב להפליא. ברור שעידן המחשבים האישיים ללא שבבים בדרגת אינטגרציה גבוהה לעולם לא היה מגיע.כמו כן, ללא טכנולוגיות מודרניות, מכשירים הדורשים כוח מחשוב גדול לא היו נוצרים - ממשק בית ועד תעשייתי או מדעי
כיוון הפיתוח של האלקטרוניקה נקבע מראש לשנים רבות קדימה. זוהי, קודם כל, עלייה במידת האינטגרציה של אלמנטים מיקרו-מעגליים, הקשורה בפיתוח מתמשך של טכנולוגיות. יש קפיצת מדרגה איכותית, כאשר האפשרויות של המיקרואלקטרוניקה יגיעו עד קצה גבול היכולת, אבל זו שאלה של עתיד די רחוק.
מאמרים דומים:
