Productkenmerken

Documenten en media

Milieu- en exportclassificaties

Geïntegreerde schakelingen

Een geïntegreerd circuit (IC) is een halfgeleiderchip die veel kleine componenten bevat, zoals condensatoren, diodes, transistors en weerstanden.Deze kleine componenten worden gebruikt om gegevens te berekenen en op te slaan met behulp van digitale of analoge technologie.Je kunt een IC zien als een kleine chip die gebruikt kan worden als een compleet, betrouwbaar circuit.Een geïntegreerd circuit kan een teller, oscillator, versterker, logische poort, timer, computergeheugen of zelfs een microprocessor zijn.

Een IC wordt beschouwd als een fundamentele bouwsteen van alle hedendaagse elektronische apparaten.De naam suggereert een systeem van meerdere onderling verbonden componenten ingebed in een dun, van silicium gemaakt halfgeleidermateriaal.

Geschiedenis van geïntegreerde schakelingen 

De technologie achter geïntegreerde schakelingen werd voor het eerst geïntroduceerd in 1950 door Robert Noyce en Jack Kilby in de Verenigde Staten van Amerika.De Amerikaanse luchtmacht was de eerste consument van deze nieuwe uitvinding.Jack Kilby won in 2000 ook de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn uitvinding van geminiaturiseerde IC's.

Anderhalf jaar na de introductie van Kilby's ontwerp introduceerde Robert Noyce zijn eigen versie van de geïntegreerde schakeling.Zijn model loste verschillende praktische problemen op in het apparaat van Kilby.Noyce gebruikte ook silicium voor zijn model, terwijl Jack Kilby germanium gebruikte. 

Robert Noyce en Jack Kilby kregen allebei Amerikaanse patenten voor hun bijdrage aan geïntegreerde schakelingen.Ze kampten al jaren met juridische problemen.Ten slotte besloten de bedrijven van zowel Noyce als Kilby om hun uitvindingen in licentie te geven en deze op een enorme wereldmarkt te introduceren.

Soorten geïntegreerde schakelingen

Er zijn twee soorten geïntegreerde schakelingen.Dit zijn:

1. Analoge IC's

Analoge IC's hebben een constant veranderlijke output, afhankelijk van het signaal dat ze ontvangen.In theorie kunnen dergelijke IC's een onbeperkt aantal toestanden bereiken.Bij dit type IC is het uitgangsniveau van de beweging een lineaire functie van het ingangsniveau van het signaal.

Lineaire IC's kunnen functioneren als radiofrequentie- (RF) en audiofrequentie-versterkers (AF).De operationele versterker (op-amp) is het apparaat dat hier normaal gesproken wordt gebruikt.Daarnaast is een temperatuursensor een andere veel voorkomende toepassing.Lineaire IC's kunnen verschillende apparaten in- en uitschakelen zodra het signaal een bepaalde waarde bereikt.Je vindt deze technologie in ovens, verwarmingstoestellen en airconditioners. 

2. Digitale IC's 

Deze verschillen van analoge IC's.Ze werken niet over een constant bereik aan signaalniveaus.In plaats daarvan werken ze op een paar vooraf ingestelde niveaus.Digitale IC's werken fundamenteel met behulp van logische poorten.De logische poorten gebruiken binaire gegevens.Signalen in binaire gegevens hebben slechts twee niveaus die bekend staan ​​als laag (logisch 0) en hoog (logisch 1).

Digitale IC's worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, zoals computers, modems, enz.

Waarom zijn geïntegreerde schakelingen populair?

Ondanks dat ze bijna 30 jaar geleden zijn uitgevonden, worden geïntegreerde schakelingen nog steeds in tal van toepassingen gebruikt.Laten we enkele van de elementen bespreken die verantwoordelijk zijn voor hun populariteit: 

1. Schaalbaarheid 

Een paar jaar geleden bedroegen de inkomsten van de halfgeleiderindustrie een ongelooflijke 350 miljard dollar.Intel leverde hier de grootste bijdrage.Er waren ook andere spelers, en de meeste daarvan behoorden tot de digitale markt.Als je naar de cijfers kijkt, zie je dat 80 procent van de omzet die door de halfgeleiderindustrie werd gegenereerd, uit deze markt kwam.

Geïntegreerde schakelingen hebben een grote rol gespeeld in dit succes.Zie je, de onderzoekers van de halfgeleiderindustrie hebben de geïntegreerde schakeling, de toepassingen en de specificaties ervan geanalyseerd en opgeschaald.

Het eerste IC dat ooit werd uitgevonden had slechts een paar transistors – vijf om precies te zijn.En nu hebben we Intel's 18-core Xeon gezien met in totaal 5,5 miljard transistors.Bovendien beschikte IBM's Storage Controller in 2015 over 7,1 miljard transistors met 480 MB L4-cache.

Deze schaalbaarheid heeft een grote rol gespeeld in de heersende populariteit van geïntegreerde schakelingen.

2. Kosten

Er zijn verschillende discussies geweest over de kosten van een IC.Door de jaren heen is er ook een misvatting ontstaan ​​over de werkelijke prijs van een IC.De reden hierachter is dat IC's geen eenvoudig concept meer zijn.De technologie gaat enorm snel vooruit, en chipontwerpers moeten dit tempo bijhouden bij het berekenen van de kosten van IC.

Een paar jaar geleden was de kostenberekening voor een IC gebaseerd op de siliciumchip.In die tijd kon het schatten van de chipkosten eenvoudig worden bepaald aan de hand van de matrijsgrootte.Hoewel silicium nog steeds een belangrijk element is in hun berekeningen, moeten experts bij het berekenen van de IC-kosten ook rekening houden met andere componenten.

Tot nu toe hebben experts een vrij eenvoudige vergelijking afgeleid om de uiteindelijke kosten van een IC te bepalen:

Uiteindelijke IC-kosten = pakketkosten + testkosten + matrijzenkosten + verzendkosten

Deze vergelijking houdt rekening met alle noodzakelijke elementen die een grote rol spelen bij de productie van de chip.Daarnaast kunnen er nog enkele andere factoren zijn waarmee rekening kan worden gehouden.Het belangrijkste om in gedachten te houden bij het schatten van de IC-kosten is dat de prijs om meerdere redenen tijdens het productieproces kan variëren.

Ook kunnen eventuele technische beslissingen die tijdens het productieproces worden genomen een aanzienlijke impact hebben op de kosten van het project.

3. Betrouwbaarheid

De productie van geïntegreerde schakelingen is een zeer gevoelige taak, omdat alle systemen continu moeten werken gedurende miljoenen cycli.Externe elektromagnetische velden, extreme temperaturen en andere bedrijfsomstandigheden spelen allemaal een belangrijke rol bij de werking van IC's.

De meeste van deze problemen worden echter geëlimineerd door het gebruik van correct gecontroleerde tests onder hoge spanning.Het biedt geen nieuwe faalmechanismen, waardoor de betrouwbaarheid van de geïntegreerde schakelingen toeneemt.Ook door het gebruik van hogere spanningen kunnen we de faalverdeling in relatief korte tijd bepalen.

Al deze aspecten zorgen ervoor dat een geïntegreerd circuit goed kan functioneren.

Verder zijn hier enkele functies om het gedrag van geïntegreerde schakelingen te bepalen:

Temperatuur

De temperatuur kan drastisch variëren, waardoor de productie van IC uiterst moeilijk wordt.

Spanning.

Apparaten werken op een nominale spanning die enigszins kan variëren.

Proces

De meest vitale procesvariaties die voor apparaten worden gebruikt, zijn drempelspanning en kanaallengte.Procesvariatie wordt geclassificeerd als:

• Veel tot veel
• Wafel tot wafel
• Sterf om te sterven

Pakketten met geïntegreerde schakelingen

Het pakket omvat de chip van een geïntegreerd circuit, waardoor we er gemakkelijk verbinding mee kunnen maken.Elke externe aansluiting op de chip is met een klein stukje gouddraad verbonden met een pin op de verpakking.Pinnen zijn extruderende terminals die zilver van kleur zijn.Ze passeren het circuit om verbinding te maken met andere delen van de chip.Deze zijn zeer essentieel omdat ze rond het circuit gaan en verbinding maken met de draden en de rest van de componenten in een circuit.

Er zijn verschillende soorten pakketten die hier kunnen worden gebruikt.Ze hebben allemaal unieke montagetypes, unieke afmetingen en pinaantallen.Laten we eens kijken hoe dit werkt.

Pintelling

Alle geïntegreerde schakelingen zijn gepolariseerd en elke pin is verschillend qua functie en locatie.Dit betekent dat op de verpakking alle pinnen moeten worden aangegeven en van elkaar moeten worden gescheiden.De meeste IC's gebruiken een punt of een inkeping om de eerste pin weer te geven.

Zodra u de locatie van de eerste pin heeft geïdentificeerd, worden de overige pinnummers achtereenvolgens groter terwijl u tegen de klok in rond het circuit loopt.

Montage

Montage is een van de unieke kenmerken van een pakkettype.Alle pakketten kunnen worden gecategoriseerd volgens een van de twee montagecategorieën: opbouwmontage (SMD of SMT) of doorgaand gat (PTH).Het is veel gemakkelijker om met Through-hole-pakketten te werken, omdat deze groter zijn.Ze zijn ontworpen om aan de ene kant van een circuit te worden bevestigd en aan de andere kant te worden gesoldeerd.

Opbouwpakketten zijn er in verschillende maten, van klein tot minuscuul.Ze worden aan één kant van de doos bevestigd en aan het oppervlak gesoldeerd.De pinnen van dit pakket staan ​​loodrecht op de chip, zijn aan de zijkant uitgeperst of zijn soms in een matrix op de basis van de chip geplaatst.Geïntegreerde schakelingen in de vorm van een opbouwmontage vereisen ook speciaal gereedschap om te worden gemonteerd.

Dubbel in lijn

Dual In-line Package (DIP) is een van de meest voorkomende pakketten.Dit is een type IC-pakket met doorgaand gat.Deze kleine chips bevatten twee parallelle rijen pinnen die verticaal uit een zwarte, plastic, rechthoekige behuizing steken.

De pinnen hebben een onderlinge afstand van ongeveer 2,54 mm – een standaard die perfect past in breadboards en een paar andere prototypeborden.Afhankelijk van het aantal pinnen kunnen de totale afmetingen van het DIP-pakket variëren van 4 tot 64.

Het gebied tussen elke rij pinnen is zodanig verdeeld dat DIP IC's het middengebied van een breadboard kunnen overlappen.Dit zorgt ervoor dat de pinnen een eigen rij hebben en niet kort worden.

Klein overzicht

Pakketten voor geïntegreerde schakelingen met een kleine omtrek of SOIC zijn vergelijkbaar met opbouwmontage.Het wordt gemaakt door alle pinnen op een DIP te buigen en te verkleinen.Je kunt deze pakketten met een vaste hand en zelfs met gesloten oog in elkaar zetten – zo eenvoudig is het!

Viervoudig plat

Quad Flat-pakketten spreiden de pinnen in alle vier de richtingen.Het totale aantal pinnen in een quad flat IC kan variëren van acht pinnen aan een kant (32 in totaal) tot zeventig pinnen aan een kant (300+ in totaal).Deze pinnen hebben een ruimte van ongeveer 0,4 mm tot 1 mm ertussen.Kleinere varianten van het quad flat-pakket bestaan ​​uit low-profile (LQFP), dunne (TQFP) en zeer dunne (VQFP) pakketten.

Balrasterarrays

Ball Grid Arrays of BGA zijn de meest geavanceerde IC-pakketten die er zijn.Dit zijn ongelooflijk ingewikkelde, kleine pakketjes waarin kleine soldeerbolletjes in een tweedimensionaal raster op de basis van de geïntegreerde schakeling zijn geplaatst.Soms bevestigen de experts de soldeerballen rechtstreeks op de matrijs!

Ball Grid Arrays-pakketten worden vaak gebruikt voor geavanceerde microprocessors, zoals de Raspberry Pi of pcDuino.