什麼是微電路,微電路的類型和封裝

不知道是誰首先提出了在單個半導體芯片上製作兩個或更多晶體管的想法。也許這個想法是在開始生產半導體元件之後立即產生的。眾所周知,這種方法的理論基礎發表於 1950 年代初期。解決技術問題用了不到 10 年的時間,早在 60 年代初,就發布了第一款在一個封裝中包含多個電子元件的設備 - 微電路 (芯片)。從那一刻起,人類就走上了一條永無止境的進步之路。

微電路的用途

在集成版本中,目前正在執行具有不同集成程度的各種電子元件。從它們中,就像從立方體中一樣,您可以收集各種電子設備。因此,無線電接收器電路可以以各種方式實現。最初的選擇是使用晶體管芯片。通過連接他們的結論,你可以製作一個接收設備。下一步是在集成設計中使用單個節點(每個人都在自己的身體裡):

  • 射頻放大器;
  • 外差式;
  • 混合器;
  • 音頻放大器。

最後,最現代的選擇是將整個接收器集成在一個芯片中,您只需要添加一些外部無源元件即可。顯然,隨著集成度的提高,電路的構建變得更加簡單。即使是成熟的計算機現在也可以在單個芯片上實現。它的性能仍將低於傳統計算設備,但隨著技術的發展,這一時刻可能會被克服。

芯片類型

目前,生產了大量類型的微電路。幾乎任何完整的電子組件,無論是標準的還是專用的,都可以在微型中使用。不可能在一篇評論的框架內列出和分析所有類型。但總的來說,根據功能用途,微電路可分為三大類。

  1. 數字的.處理離散信號。數字電平應用於輸入,信號也以數字形式從輸出中獲取。這類設備涵蓋了從簡單的邏輯元件到最現代的微處理器的領域。這還包括可編程邏輯陣列、存儲設備等。
  2. 模擬.它們處理根據連續規律變化的信號。這種微電路的典型例子是音頻放大器。此類還包括集成線性穩定器、信號發生器、測量傳感器等。模擬類別還包括無源元件組(電阻器、RC電路等。).
  3. 模擬到數字(數字到模擬).這些微電路不僅將離散數據轉換為連續數據,反之亦然。可以對同一包中的原始或接收信號進行放大、轉換、調製、解碼等。模數傳感器廣泛用於連接各種工藝過程的測量電路與計算設備。

微芯片也按生產類型劃分:

  • 半導體——在單個半導體晶體上進行;
  • 薄膜 - 無源元件是在厚膜或薄膜的基礎上創建的;
  • 混合 - 半導體有源器件“坐下”無源薄膜元件(晶體管 ETC。)。

但是對於微電路的使用,這種分類在大多數情況下並沒有提供特別的實用信息。

芯片封裝

為了保護內部內容並簡化安裝,微電路被放置在一個外殼中。最初,大多數芯片都是在金屬外殼中生產的(圓形或矩形) 帶有位於周邊的柔性引線。

具有柔性引線的微電路的第一個變體。

這種設計不允許使用小型化的所有優點,因為與晶體的尺寸相比,設備的尺寸非常大。此外,集成度低,只會加劇問題。 60 年代中期,開發了 DIP 封裝(雙列直插式封裝) 是一個矩形結構,兩側都有剛性引線。體積龐大的問題並沒有解決,但這樣的解決方案可以實現更大的封裝密度,並簡化電子電路的自動化組裝。DIP 封裝中微電路引腳的數量從 4 到 64 不等,儘管具有超過 40 個“腳”的封裝仍然很少見。

採用 DIP 封裝芯片。

重要的! 國產DIP微電路管腳間距2.5mm,進口——2.54mm(1 行=0.1 英寸)。正因為如此,在相互替換完整的、似乎俄羅斯和進口產品的類似物時出現了問題。細微的差異使得在電路板和麵板中安裝功能和引腳排列相同的設備變得困難。

隨著電子技術的發展,DIP封裝的缺點也越來越明顯。對於微處理器來說,管腳的數量是不夠的,它們的進一步增加需要增加外殼的尺寸。這種微電路開始佔用電路板上太多未使用的空間。導致DIP主導時代終結的第二個問題是表面貼裝的廣泛使用。元件開始不是安裝在板上的孔中,而是直接焊接到接觸墊上。事實證明,這種安裝方法非常合理,因此需要在適合表面焊接的封裝中使用微電路。並且開始擠出用於“孔”安裝的設備的過程(真洞) 元素命名為 貼片 (明裝細節).

採用 SMD 封裝的芯片。

邁向表面貼裝鋼 SOIC 封裝及其修改的第一步(SOP、HSOP 等)。它們與 DIP 一樣,沿長邊有兩排腿,但它們平行於外殼的底部平面。

QFP 芯片封裝。

進一步的發展是 QFP 封裝。這個方形錶殼的每一側都有端子。PLLC 外殼與它類似,但它仍然更靠近 DIP,儘管腿也位於整個周邊。

一段時間以來,DIP芯片在可編程器件領域佔據一席之地(ROM、控制器、PLM),但在線編程的普及也將兩排真孔封裝趕出了這個領域。現在,即使是那些似乎別無選擇地安裝在孔中的部件,也已經獲得了 SMD 性能 - 例如,集成穩壓器等。

PGA 處理器封裝。

微處理器機箱的開發採用了不同的路徑。由於引腳的數量不適合任何合理正方形尺寸的周邊,因此大型微電路的腿以矩陣的形式排列(PGA、LGA等).

使用微芯片的好處

微電路的出現徹底改變了電子世界(特別是在微處理器技術中)。佔據一個或多個房間的燈上的計算機被認為是一種歷史奇觀。但是現代處理器包含大約 200 億個晶體管。如果我們把一個晶體管的面積放在至少 0.1 平方厘米的分立版本中,那麼處理器整體佔用的面積至少要 20 萬平方米—​​—大約 2000 個中型三室公寓。

您還需要為內存、聲卡、聲卡、網絡適配器和其他外圍設備提供空間。安裝如此多的分立元件的成本將是巨大的,並且操作的可靠性低得令人無法接受。故障排除和維修將花費非常長的時間。顯然,沒有高度集成芯片的個人電腦時代永遠不會到來。此外,如果沒有現代技術,就不會創建需要大量計算能力的設備——從家庭到工業或科學

電子產品的發展方向在未來很多年都是預先確定的。這首先是微電路元件集成度的提高,這與技術的不斷發展有關。未來會有質的飛躍,微電子的可能性將達到極限,但這是一個相當遙遠的未來的問題。

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