Чтобы работала любая мало-мальски сложная электроника, обычно необходимо много деталей. Когда их много, то они могут «объединяться», скажем, в интегральные схемы. Что они собой являют? Как классифицируются? Каким образом изготавливаются, и какие сигналы передают?
Чем являются логические интегральные схемы (ИС)
По сути, это микроэлектронное устройство, которое базируется на кристалле произвольной сложности, что изготовлено на полупроводниковой плёнке или пластине. Оно помещается в неразборный корпус (хотя может обойтись и без него, но только когда он является частью микросборки). Первая интегральная схема была запатентована в 1968 году. Это стало своеобразным прорывом в промышленности, хотя предоставленное устройство и не очень сильно соответствовало современным представлениям по своим параметрам. Интегральные схемы в массе своей изготавливаются для поверхностного монтажа. Часто под ИС понимают один только кристалл или плёнку. Наибольшее распространение получила интегральная схема на пластине кремния. Так вышло, что его применение в промышленности имеет ряд преимуществ, например, эффективность передачи сигналов.
Видео: Классификация и основные параметры микросхем
Уровни проектирования
Данные устройства являются сложными, что прекрасно отображается. Сейчас они создаются при помощи специальных САПР, которые автоматизируют и значительно ускоряют производственные процессы. Итак, при проектировании прорабатывается:
- Логический уровень (инверторы, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и им подобные).
- Системо- и схемотехнический (прорабатываются триггеры, шифраторы, АЛУ, компараторы и прочее)-.
- Электрический (конденсаторы, транзисторы, резисторы и им подобные устройства).
- Топологический уровень – фотошаблоны для производства.
- Физический – как реализовывается один транзистор (или небольшая группа) на кристалле.
- Программный – создаются инструкции для микроконтроллеров, микропроцессоров и ПЛИС. Разрабатывается модель поведения с помощью вертикальной схемы.
Классификация
Говоря о том, как различают интегральные схемы, нельзя избрать только один параметр вида сложности техники, о которой ведётся речь. Поэтому в рамках статьи было отобрано целых три.
Степень интеграции
Итак, здесь основополагающим принято считать количество элементов в кристалле:
- Малая интегральная схема. Содержит меньше ста элементов.
- Средняя интегральная схема. Количество элементов колеблется в диапазоне сотня/тысяча.
- Большая интегральная схема. Содержит от тысячи до 10 000 элементов.
- Сверхбольшая интегральная схема. В них есть свыше десяти тысяч элементов.
Как правило, для бытовых устройств часто используется большая интегральная схема. Ранее использовались и другие категории:
- Ультрабольшая интегральная схема. В неё зачисляли те образцы, которые могли похвастаться количеством элементов в диапазоне от 1 млн. до 1 млрд.
- Гигабольшая интегральная схема. Сюда относили образцы, количество элементов которых превышало 1 млрд. элементов.
Но в данный момент времени они не применяются. А все образцы, которые раньше относили к УБИС и ГБИС, сейчас проходят как СБИС. В целом, это позволило значительным образом сэкономить на количестве групп, поскольку две последних типа обычно используются специфически в больших научно-исследовательских центрах, где работают компьютерные системы, мощность которых измеряется в десятках и сотнях терабайт.
Технология изготовления
Ввиду различных возможностей производства интегральные схемы также классифицируются по тому, как они изготавливаются и из чего:
Видео: Типы корпусов микросхем
1. Полупроводниковые. В них все элементы и соединения выполняются на одном и том же полупроводниковом кристалле. Полупроводниковые интегральные схемы используют такие материалы, как кремний, германий, арсенид галлия и оксид гафния.
2. Пленочные. Все элементы и соединения сделаны как плёнки:
- Толстоплёночные.
- Тонкоплёночные.
3. Гибридная. Имеет бескорпусные диоды, транзисторы или иные электронные активные компоненты. Пассивные (как то резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы) размещены на общей керамической подложке. Все они помещаются в один герметизированный корпус.
4. Смешанная. Здесь есть не только полупроводниковый кристалл, но и тонкоплёночные (или толстоплёночные) пассивные элементы, которые размещаются на его поверхности.
Вид обрабатываемого сигнала
И третий, самый последний вид, основывается на том, какие сигналы обрабатывает интегральная схема. Они бывают:
- Аналоговые. Здесь входные и выходные сигналы меняются согласно закону непрерывной функции. Они могут принимать значение в диапазоне от отрицательного до положительного напряжения питания.
- Цифровые. Здесь любой входной или выходной сигнал может иметь два значения: логической единицы или нуля. Каждому из них соответствует свой заранее определённый уровень напряжения. Так, микросхемы типа ТТЛ диапазон 0-0,4В оценивают в ноль, а 2,4-5В в единицу. Могут быть и другие разделения, всё зависит от конкретного образца.
- Аналогово-цифровые. Совмещают в себе преимущества и особенности предыдущих образцов. К примеру, в них могут быть усилители сигналов и аналого-цифровые преобразователи.
Правовые особенности
Что говорится про интегральные схемы в законодательстве? У нас в стране предоставлена правовая охрана топологий интегральных микросхем. Под ней подразумевают зафиксированное на определённом материальном носителе геометрически-пространственного расположения определённой совокупности конкретных элементов и связей меж ними (согласно статье 1448 Гражданского кодекса Российской Федерации). Автор топологии имеет такие интеллектуальные права на своё изобретение:
Видео: ЗАЧЕМ НУЖНЫ SMD КОМПОНЕНТЫ? [РадиолюбительTV 65]
- Авторские.
- Исключительное право.
Кроме этого автору топологии могут принадлежать и другие преференции, в том числе – возможность получения вознаграждения за её использование. Исключительное право действует на протяжении десяти лет. За это время изобретатель, или человек, которому этот статус был уступлен, может зарегистрировать топологию в соответствующей службе интеллектуальной собственности и патентов.
Видео: Простой усилитель НЧ для портативной ...
Заключение
Вот и всё! Если у вас возникло желание собрать свою схему – можно только пожелать успеха. Но одновременно хочется обратить ваше внимание на одну особенность. Если есть желание собрать микросхему, то необходимо основательно подготовиться к этому процессу. Дело в том, что для её создания требуется исключительная чистота на уровне хирургической операционной, к тому же, из-за мелкости деталей поработать паяльником в обычном режиме не получится – все действия осуществляются машинами. Поэтому в домашних условиях можно создавать только схемы. При желании можно приобрести промышленные разработки, которые будут предлагаться на рынке, но идею с их изготовлением дома без значительных финансов лучше оставить.