Mạch tích hợp: chúng là gì, sự khác biệt với mạch in và hơn thế nữa

Các mạch tích hợp, chip, vi mạch, IC (Mạch tích hợp) hoặc CI (Mạch tích hợp), hoặc bất cứ cái gì bạn muốn gọi chúng, chúng là một loại vi mạch điện tử đã tạo ra sự tiến bộ của công nghệ với trình độ hiện nay. Nếu không có phát minh này, máy tính và viễn thông có lẽ sẽ không giống như chúng, và các thiết bị điện và điện tử sẽ rất khác.

Mặc dù kích thước siêu nhỏ và Chúng Tôi ở khắp mọi nơi, nhưng các mạch tích hợp ẩn những điều đó bất ngờ tuyệt vời để khám phá . Tại đây bạn có khả năng tìm hiểu thêm về những Linh kiện điện tử …

Mạch tích hợp là gì?

Các mạch tích hợp là miếng đệm của chất bán dẫn được đóng gói và chứa một mạch điện tử đã được ghi lại. Tùy thuộc vào họ logic mà chúng thuộc về, các mạch này sẽ được tạo thành từ các thành phần điện tử thu nhỏ khác nhéu. Ví dụ, chúng có thể là điốt, bóng bán dẫn, điện trở, tụ điện, v.v.

Nhờ họ, nó đã có khả năng phát triển điện tử hiện đại và bắt đầu một kỷ nguyên mới với sự tích hợp tuyệt vời mà họ cho phép. Trên thực tế, một số chip tiên tiến nhất Hiện tại có thể tích hợp tới hàng tỷ bóng bán dẫn trong một khuôn chỉ vài mm vuông.

Lịch sử của chip

Lúc đầu, các thiết bị điện tử bắt đầu dùng thô van chân không tương tự như bóng đèn thông thường. Các van này lớn, rất kém hiệu quả, chúng khá nóng và dễ bị gãy, do đó cần phải thay van bị thổi để máy tính và các thiết bị khác tiếp tục hoạt động.

En Năm 1947 sẽ phát minh ra bóng bán dẫn, một bộ phận sẽ thay thế các van cũ và cũng sẽ cách mạng hóa thiết bị điện tử. Nhờ anh ấy, người ta mới có thể có được một thiết bị ở trạng thái rắn, có khả năng chống chịu, hiệu quả và nhanh hơn thường xuyên so với van. mặc khác, một vài người nghĩ rằng họ có khả năng tích hợp một số yếu tố này vào một con chip silicon duy nhất. Đây là cách các mạch tích hợp đầu tiên trong lịch sử được tạo ra.

Theo thời gian, thiết bị điện tử trạng thái rắn phát triển và hạn chế kích thước của các thành phần, cũng như hạ giá thành. Vào cuối những năm 50, một nhà phát minh của Texas Instruments có tên Jack Kilby, anh ta nảy ra ý tưởng tạo ra một con chip bán dẫn và một số hệ thống dây điện đan xen giữa các bộ phận khác nhau. Đây trở thành con chip đầu tiên trong lịch sử và ông sẽ tiếp tục giành được giải Nobel cho nó.

hầu như song song, Robert NoyceVào thời điểm đó, là một nhân viên của Fairchild Semiconductor (sau này là một trong số những người sáng lập Intel), anh ta cũng đã phát triển một thiết bị tương tự, nhưng với những ưu điểm lớn hơn của Kilby. Noyce đã tạo ra ý tưởng sẽ nhường chỗ cho các mạch tích hợp ngày nay. Công nghệ này được gọi là phẳng, và nó có những ưu điểm hơn so với công nghệ mesa của Kilby.

Kể từ đó, nó đã không dừng lại sự tiến hóa và cải tiến các thành phần này. Chi phí đã hạn chế mạnh, tương đương tiết kiệm nhiên liệu và kích thước, trong khi hiệu suất và hiệu suất đã được cải thiện một cách đáng kể. Không có lĩnh vực nào khác phát triển nhiều như vậy, và không có lĩnh vực nào khác có ảnh hưởng lớn đến nhân loại như vậy …

Chúng được tạo ra như thế nào?

giấy tờ sản xuất mạch tích hợp nó cực kỳ phức tạp. tuy nhiên, như đã thấy trong video, nó có thể được tóm tắt trong một vài bước đơn giản hơn để mọi người có khả năng hiểu chúng được thực hiện như thế nào.

Ở đây tôi sẽ thử tóm tắt các bước thiết kế hấp dẫn nhất có khả năng, mà không cần đi quá sâu, vì nó sẽ cung cấp cho hàng nghìn bài báo:

1. Hãy là một phần của một mong muốn, một ứng dụng mà bạn cần để tạo ra một mạch điện tử.
2. Một nhóm thiết kế phụ trách phác thảo các đặc điểm và thông số kỹ thuật mà chip cần phải có.
3. Sau đó, thiết kế sẽ bắt đầu dùng các cổng logic và các phần tử bộ nhớ khác, v.v., cho đến khi đạt được thiết kế logic phát triển chức năng mà chip này được thiết kế.
4. Sau đó, nó sẽ trải qua một loạt các bước giữa các bài kiểm tra và mô phỏng được thực hiện để xác định rằng nó hoạt động chính xác ở mức logic và thậm chí các chip kiểm tra cũng được sản xuất để xem chúng có hoạt động tốt hay không.
5. Khi giai đoạn thiết kế đã hoàn thành, một loạt các mặt nạ để chế tạo được tạo ra từ bố cục của mạch đã thiết kế. Một hoa văn được khắc trên chúng để nó có thể được khắc trên silicon.
6. Mô hình này được sử dụng bởi xưởng đúc hoặc nhà máy, để tạo ra các mạch tích hợp trong tấm bán dẫn. Trong một vài trường hợp, những tấm wafer này thường chứa tới 200 hoặc 300 chip.

Đây là giai đoạn thiết kế, từ phía sản xuất, có:

1. Khoáng vật silic được lấy từ cát hoặc thạch anh.
2. Sau khi nó được tinh chế để trở thành siêu tinh khiết, hoặc EGS (Silicon cấp điện tử), với mức độ tinh khiết cao hơn silicon được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác.
3. EGS này đến ở dạng các mảnh tại xưởng đúc, nơi nó được nấu chảy trong một cái chén và thông qua một tinh thể hạt, nó được tạo ra để phát triển bằng phương pháp Czochralski. Nói cho dễ hiểu, tương tự như cách làm kẹo bông gòn điển hình ở các hội chợ, bạn giới thiệu dạng que (hạt tinh thể) và dạng bông (silicon nóng chảy) và tăng khối lượng.
4. Vào cuối bước đó, kết quả là một thỏi, một mảnh lớn tinh thể silicon đơn tinh thể có dạng hình trụ. Thanh này được cắt thành các tấm wafer rất mỏng.
5. Những tấm wafer này trải qua một loạt quy trình để đánh bóng bề mặt để chúng không bị ô nhiễm khi bắt đầu sản xuất.
6. Sau đó, những tấm wafer này sẽ trải qua một vài quy trình lặp đi lặp lại để tạo ra những con chip trên chúng. Các quá trình này thuộc loại vật lý-hóa học, chẳng hạn như quang khắc, ăn mòn hoặc ăn mòn, tăng trưởng biểu mô, oxy hóa, cấy ion, v.v.
7. Ý tưởng cuối cùng là tạo ra các thành phần điện tử, nói chung là bóng bán dẫn, trên chất nền wafer, sau đó thêm các lớp để liên kết các thành phần đã nói với nhau để tạo thành các cổng logic ở lớp thấp nhất, sau đó ở các lớp tiếp theo, các cổng này được kết nối để tạo thành các đơn vị cơ bản (bộ cộng, thanh ghi, …), trong các đơn vị chức năng lớp sau (bộ nhớ, ALU, FPU, …), và cuối cùng tất cả được liên kết với nhéu để tạo ra mạch hoàn chỉnh, ví dụ như CPU. Trên một con chip tiên tiến có khả năng có tới 20 lớp.
8. Sau tất cả các quy trình này, có khả năng mất vài tháng để hoàn thành, hàng trăm mạch bằng nhéu sẽ thu được cho mỗi tấm wafer. Việc tiếp theo là kiểm tra và cắt chúng, tức là chia chúng thành từng chip silicon.
9. Bây giờ chúng là các khuôn rời, chúng ta tiến hành đóng gói (DIP, SOIC, PGA, QFP, …) nơi bảo vệ chip và các miếng đệm được liên kết, là các rãnh dẫn điện trên bề mặt, với các chân của mạch tích hợp .

Rõ ràng là không phải tất cả các mạch tích hợp đều giống nhéu. Ở đây tôi đã nói về các đơn vị chức năng và những thứ phức tạp hơn như CPU, nhưng cũng có những mạch rất dễ dàng như bộ định thời 555 hoặc IC có 4 cổng logic cực kỳ dễ dàng. Chúng sẽ chỉ có vài chục thành phần và sẽ được kết nối bằng một hoặc một vài lớp kết nối kim loại …

những loại IC

không những có một loại mà có thường xuyên loại các loại mạch tích hợp. Những điểm nổi bật nhất mà bạn có khả năng tìm thấy là:

• Mạch tích hợp kỹ thuật số: chúng khá phổ biến và được dùng trong thường xuyên thiết bị hiện đại, từ máy tính đến thiết bị di động, Smart TV, v.v. Chúng có đặc điểm là hoạt động dựa trên hệ thống kỹ thuật số, nghĩa là, với 0 và 1, với 0 là tín hiệu điện áp thấp và 1 là tín hiệu cao. Đây là phương pháp chúng mã hóa thông tin và hoạt động. Ví dụ có thể là PLC, FPGA, bộ nhớ, CPU, GPU, MCU, v.v.
• Analog: thay vì dựa trên các tín hiệu nhị phân, trong trường hợp này chúng là các tín hiệu liên tục biến điện áp. Nhờ đó, chúng có khả năng đạt được các nhiệm vụ như lọc, mở rộng tín hiệu, giải điều chế, điều chế, v.v. Tất nhiên, nhiều hệ thống hoạt động với cả mạch tương tự và kỹ thuật số, sử dụng Bộ chuyển đổi AD / DA. Chúng có khả năng được chia thành hai nhóm lớn, mạch tích hợp tuyến tính và tần số vô tuyến (RF). Ví dụ có thể là chip để lọc âm thanh, bộ khuếch đại âm thanh, hệ thống phát hoặc thu sóng điện từ, cảm biến, v.v.
• IC tín hiệu hỗn hợp: như tên cho thấy, chúng là hỗn hợp của cả hai. một số ví dụ có khả năng là bản thân bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số hoặc kỹ thuật số-tương tự, một vài chip nhất định cho đồng hồ, bộ hẹn giờ, bộ mã hóa / giải mã, v.v.

Sự khác biệt với mạch in

không nên nhầm lẫn mạch tích hợp với mạch in. Cả hai đều đặn là những thứ khác nhau. Mặc dù trước đây đề cập đến vi mạch, như bạn đã thấy, mạch in, hoặc PCBChúng là một loại mạch điện tử khác được in trên các tấm lớn hơn.

các sự khác biệt đáng chú ý nhất là:

• Mạch in: chúng được tạo thành từ một tấm có dạng đường dẫn điện, chẳng hạn như đường đồng để kết nối các thành phần được chèn khác nhau (tụ điện, bóng bán dẫn, điện trở, vi mạch, …), được hàn bằng thiếc hàn, ngoài chất điện môi. vật liệu (chất nền) ngăn cách giữa các lớp kết nối các liên kết với nhau. Chúng cũng thường có lỗ thông, hoặc lỗ, đối với các thành phần gắn kết không bề mặt (SMD). mặt khác, chúng thường có chú giải, một loạt các dấu, chữ cái và số để xác định các thành phần và tiện cho việc bảo trì. Để bảo vệ đồng, vốn dễ bị oxy hóa, họ thường phải xử lý bề mặt. Và, không giống như các mạch tích hợp, chúng có khả năng được sửa chữa, thay thế các thành phần bị hỏng hoặc khôi phục các kết nối.
• Mạch tích hợpChúng có kích thước rất nhỏ, ở trạng thái rắn và có chi phí sản xuất hàng loạt thấp. Không giống như PCB, chúng không thể sửa chữa được vì các thành phần và kết nối của chúng cực kỳ nhỏ nên điều đó là không thể.

Không phải mạch tích hợp nào thay thế cho mạch in và ngược lại. Cả hai đều có công dụng và trong hầu hết các trường hợp, chúng đi đôi với nhau trong các ứng dụng thực tế …

✅ Mọi người cũng xem : dịch vụ thương mại là gì

Các mạch tích hợp phổ biến nhất

Cuối cùng, có vô số mạch tích hợp rất thường nhật nhân viên cho các dự án điện tử, chẳng hạn như của cổng logic. Chúng rẻ và có khả năng dễ dàng tìm thấy trong các nhà hàng như Amazon hoặc các thiết bị điện tử chuyên dụng. Ví dụ: đây là một số trong số những cách thường nhật nhất:

• 75 bộ IC phổ biến của Interstellar Electronics
• DealMux kit với 40 chip TTL cổng logic NAND.
• 10 IC của bộ định thời NE555 phổ biến.
• Bộ đăng ký dịch chuyển.

Nội dung bài viết tuân thủ các nguyên tắc của Chúng Tôi về đạo đức biên tập. Để báo lỗi, hãy nhấp vào đây.