Интегральные микросхемы

Cуществование и развитие микроэлектроники обусловлено созданием нового сверхминиатюрного электронного элемента — интегральной микросхемы. Появление этих схем, основано на  логике  развития полупроводниковых приборов. Раньше каждый электронный компонент - транзистор, резистор или диод использовался по отдельности, обладал индивидуальным корпусом  и включался в схему при помощи своих индивидуальных контактов. Но постепенно полупроводниковая электроника создала предпосылки для создания подобных устройств на  общем кристалле, а не из отдельных элементов.

Благодаря применению данной  технологии, в настоящее время  можно сразу создать на одном кристалле законченную схему из нескольких десятков, сотен или  даже тысяч электронных компонентов. Преимущества новой разработки очевидны:

  • Снижение затрат (стоимость микросхемы обычно гораздо меньше, чем общая стоимость всех электронных элементов ее составляющих).
  • Надежность устройства. Это имеет огромное значение, поскольку поиск неисправности в схеме из десятков или сотен тысяч электронных компонентов – довольно сложная и трудоемкая работа.
  • Ввиду того, что  электронные элементы интегральной микросхемы в сотни и тысячи раз меньше своих аналогов в обычной сборной схеме, их энергопотребление намного меньше, а КПД гораздо выше.

Интегральной микросхемой (ИМС)называют миниатюрное электронное устройство, выполняющее определенные функции преобразования и обработки сигналов и содержащее большое число активных и пассивных элементов (от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч) в сравнительно небольшом корпусе. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус

Составной элемент не может быть отделен от ИМС как самостоятельное изделие. Компонент интегральной микросхемы — часть ИМС, выполняющая функцию какого-либо электронного элемента, которая до монтажа в ИМС была самостоятельным комплектующим изделием. Компонент может быть отделен  от изготовленной ИМС (например керамический конденсатор, бескорпусный транзистор). Корпус интегральной микросхемы, предназначен для защиты от внешних воздействий и соединения ее с внешними электрическими цепями посредством выводов. Подложка ИМС  предназначается для нанесения на нее элементов гибридных и пленочных ИМС, межэлементных и межкомпонентные соединений, а также контактных площадок. Плата интегральной микросхемы является частью подложки или  - всей подложкой гибридной или пленочной ИМС, на поверхность которой нанесены пленочные элементы ИМС, межэлементные и межкомпонентные соединения и контактные площадки. Контакты площадки представляют собой металлизированные участки на плате, подложке или кристалле ИМС, предназначенные для присоединения выводных тактов, а также контроля электрических параметров и режимов ИМС.

Сегодня интегральные микросхемы являются одним из самых массовых изделий современной микроэлектроники. Микросхемы способны  облегчать расчет и проектирование функциональных узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, ускорять процесс создания новых аппаратов и внедрения их в серийное производство. Широкое применение микросхем позволяет повысить технические характеристики и надежность аппаратуры.

Интегральные микросхемы в зависимости от функционального предназначения делятся на - аналоговые и цифровые.

Аналоговые интегральные микросхемы (АИМС) предназначены для преобразования и обработки сигналов,  непрерывно изменяющихся по уровню и во времени. Они широко применяются  в аппаратуре звуковоспроизведения и звукоусиления, радиоприемниках и телевизорах, видеомагнитофонах, в аналоговых вычислительных машинах, и измерительных приборах, технике связи и т. д. АИМС  позволяет создавать сложный завершенный функциональный узел в совокупности с ограниченным количеством внешних радиоэлементов  (например, УПЧ изображения, видеоусилитель, генератор и т. п.). Функциональный узел - это группа радиоэлементов, объединенных конструктивно и технологически в модуль. Эта группа предназначена для создания какой-либо законченной части радиоэлектронной аппаратуры, например, усилителя, фильтра, источника питания и т. п. (стабилизаторы источников питания, операционные усилители, фильтры, преобразователи сигналов). Цифровые ИМС, служат для преобразования и обработки сигналов, выраженных в двоичном или другом цифровом коде. Широко применяются для разработки логических элементов, триггеров, регистров, счетчиков, дешифраторов, микрокортроллеров.

Аналоговые микросхемы характеризуются  тем, что входная и выходная электрические величины могут иметь любые значения в заданном диапазоне. В цифровых же микросхемах входные и выходные сигналы могут иметь либо высокий, либо низкий уровень напряжения. В первом случае мы имеем дело с высоким логическим уровнем,  а во втором - с низким логическим уровнем. Так, для микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) при напряжении питания +5 В диапазон напряжения 0…0,4 В соответствует логическому нулю, а диапазон 2,4…5 В — логической единице; а для микросхем ЭСЛ-логики при напряжении питания −5,2 В диапазон −0,8…−1,03 В — логической единице, а −1,6…−1,75 В — логическому нулю.

Радиолюбители наряду с микросхемами ТТЛ широко применяют также  микросхемы на полевых транзисторах, из которых наиболее распространены  серии микросхем КМОП (комплементарные полевые транзисторы со структурой металл-окисел-полупроводник). Для микросхем напряжения серий К164, К176, К561, К564, соответствующие высокому и низкому логическим уровням, составляют соответственно 8,6...8,8 и 0,02...0,05 В (при напряжении питания 9 В).

Таким образом, в микросхемах ТТЛ и КМОП высокий и низкий уровни напряжений сильно отличаются друг от друга, что упрощает совместную работу микросхем с транзисторами, тиристорами и другими приборами.

Как мы видим, уровни напряжений принято называть логическими. Это обусловлено тем, что цифровые микросхемы предназначены для выполнения определенных логических действий над входными сигналами. Например, на выходе цифровой микросхемы должно появиться напряжение высокого уровня в случае, если напряжение высокого уровня присутствует хотя бы на одном из входов. Таким образом, данная микросхема выполняет логическую операцию или (логическое сложение). Если же логический сигнал на выходе микросхемы должен быть равен произведению логических сигналов на входах микросхемы, то это операция  называется логическим умножением. Можно назвать множество других правил обработки сигналов в цифровых микросхемах. Поэтому  цифровые микросхемы называют еще и логическими.

Основу работы цифровых микросхем составляет двоичная система счисления. В этой системе используются две цифры: 0 и 1. Цифра 0 обозначает отсутствие напряжения на выходе логического устройства, 1 - наличию напряжения. С помощью нулей и единиц двоичной системы можно закодировать любое десятичное число. Так, для записи одноразрядного десятичного числа требуются четыре двоичных разряда.

Следует отметить, что аналоговые и цифровые микросхемы выпускаются сериями. Серия — это группа микросхем, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенные для совместного применения. Микросхемы одной серии, как правило, имеют одинаковые напряжения источников питания, они согласованы по входным и выходным сопротивлениям, уровням сигналов.

В зависимости, от технологии изготовления ИМС делятся на полупроводниковые, пленочные и гибридные.

В пленочной ИМС все элементы и межэлементные соединения выполнены только в виде пленок. К вариантами пленочных ИМС относятся тонко- и толстопленочные ИМС . К тонкопленочным условно относятся ИМС с толщиной пленок до 1 мкм, а к толстопленочным — ИМС с толщиной пленок свыше 1 мкм.

Полупроводниковая интегральная  микросхема характеризуется тем, что все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме на поверхности полупроводника.

В состав гибридной ИМС, кроме элементов, неразрывно связанных с поверхностью подложки, входят  простые и сложные компоненты (например, кристаллы полупроводниковых ИМС). Гибридные ИМС изготавливаются по тонко- или толстостеночной технологии с применением бескорпусных полупроподниковых приборов и керамических конденсаторов.

Сложность интегральной схемы характеризуется степенью интеграции. Интегральные схемы, насчитывающие более 100 элементов, называются микросхемами с малой степенью интеграции; схемы, содержащие до 1000 элементов, — интегральными схемами со средней степенью интеграции, схемы, включающие до десятка тысяч элементов, — большими интегральными схемами. В настоящее время изготавливаются схемы, содержащие до миллиона элементов  - сверхбольшими ИМС. С каждым годом схемы становятся все более миниатюрными и соответственно все более сложными. Множество электронных устройств, имевших раньше большие габариты, умещаются теперь на крошечной кремниевой пластинке, что послужило грандиозному прорыву микроэлектроники в сферу вычислительной техники.

Компания Партнер предлагает Вам купить микросхемы, а так же купить электронные компоненты различных производителей.

дизайн
Компания Сансити