Интегральная схема
Интегральная схема (чаще называемая ИС, микрочип, кремниевый чип, компьютерный чип или микросхема) - это кусок специально подготовленного кремния (или другого полупроводника), в котором с помощью фотолитографии вытравлена электронная схема. Кремниевые чипы могут содержать логические затворы, компьютерные процессоры, память и специальные устройства. Микросхема очень хрупкая, поэтому для защиты ее обычно окружают пластиковой упаковкой. Электрический контакт с чипом обеспечивается с помощью крошечных проводов, которые соединяют чип с большими металлическими штырьками, торчащими из упаковки.
ИС имеет два основных преимущества перед дискретными схемами: стоимость и производительность. Стоимость низкая, поскольку миллионы транзисторов можно разместить на одном чипе вместо того, чтобы создавать схему из отдельных транзисторов. Производительность выше, поскольку компоненты могут работать быстрее и потреблять меньше энергии.
Микросхемы разрабатываются для различных целей. Микросхема может быть разработана только для калькулятора, который может работать только как калькулятор. Интегральные микросхемы можно разделить на аналоговые, цифровые и со смешанным сигналом (аналоговые и цифровые на одном чипе).
Полупроводник
Полупроводником, таким как кремний, можно управлять, чтобы разрешить (или не разрешить) протекание тока. Это позволяет создавать транзисторы, которые могут управлять друг другом. Их можно найти во многих бытовых приборах, таких как радиоприемники, компьютеры, телефоны и многие другие. Другие полупроводниковые устройства включают солнечные батареи, диоды и светодиоды (светоизлучающие диоды).
Вид сбоку на двойной рядный пакет (DIP)
Изображение пластикового четырехстороннего плоского пакета (PQFP)
Изобретение
В 1958 и 1959 годах двум людям почти одновременно пришла в голову идея создания интегральной схемы. Транзисторы стали повседневной вещью, используемой в бытовых устройствах, таких как радиоприемники. Они повлияли на все, от радиоприемников до телефонов, и в то время производителям требовалась более компактная замена вакуумным трубкам. Транзисторы были меньше вакуумных трубок, но для некоторых новейших электронных устройств, например, для управления ракетами, они были недостаточно малы.
Однажды в июле Джек Килби работал в Texas Instruments, когда ему пришло в голову, что все части схемы, а не только транзистор, могут быть сделаны из кремния. В то время никто не вставлял конденсаторы и резисторы в интегральные микросхемы. Это могло изменить будущее и облегчить производство и продажу интегральных схем. Начальнику Килби понравилась идея, и он велел ему приступать к работе. К 12 сентября Килби построил рабочую модель, а 6 февраля Texas Instruments оформила патент. Их первая "твердая схема" была размером с кончик пальца.
Тем временем в Калифорнии у другого человека возникла такая же идея. В январе 1959 года Роберт Нойс работал в небольшой компании-стартапе Fairchild Semiconductor. Он также понял, что целая схема может быть помещена в один чип. Пока Килби разрабатывал детали изготовления отдельных компонентов, Нойс придумал гораздо лучший способ соединения деталей. Эта конструкция была названа "унитарной схемой". Все эти детали окупились, потому что 25 апреля 1961 года патентное бюро выдало Роберту Нойсу первый патент на интегральную схему, в то время как заявка Килби еще анализировалась. Сегодня признается, что оба человека независимо друг от друга придумали эту идею.
Вскоре появилось два вида интегральных схем: гибридные (HIC) и монолитные (MIC). Гибриды вымерли в конце 20-го века.
Поколения
| Имя | Период | Количество транзисторов на каждом чипе (приблизительно) |
| SSI (маломасштабная интеграция) | начало 1960-х годов | один чип содержит всего несколько транзисторов |
| MSI (среднемасштабная интеграция) | конец 1960-х годов | сотни транзисторов на каждом чипе |
| LSI (крупномасштабная интеграция) | середина 1970-х годов | десятки тысяч транзисторов на чип |
| VLSI (очень крупномасштабная интеграция) | конец 20-го век | сотни тысяч транзисторов |
| ULSI (интеграция сверхбольших масштабов) | 21 век | более 1 миллиона транзисторов |
※ Разница между VLSI и ULSI не вполне определена.
Классификация
Интегральные схемы могут быть упакованы в DIP (Dual in-line package), PLCC (Plastic leaded chip carrier), TSOP (Thin small-outline package), PQFP (Plastic Quad Flat Pack) и другие типы корпусов микросхем. Некоторые маленькие микросхемы упаковываются по технологии поверхностного монтажа. Транзисторы внутри могут быть биполярными транзисторами в необычных схемах, например, в схемах, требующих очень высокой скорости переключения. Однако в большинстве случаев это МОП-транзисторы.
Похожие страницы
Вопросы и ответы
В: Что такое интегральная схема?
О: Интегральная схема, также известная как ИС или микрочип, представляет собой кусок специально подготовленного кремния, на котором с помощью фотолитографии вытравлена электронная схема.
В: Каковы некоторые примеры устройств, которые могут быть включены в кремниевую микросхему?
О: Кремниевые чипы могут содержать логические затворы, компьютерные процессоры, память и специальные устройства.
В: Почему для окружения чипа используется пластиковая упаковка?
О: Микросхема очень хрупкая, поэтому для ее защиты используется пластиковая упаковка.
В: Как осуществляется электрический контакт с микросхемой?
О: Электрический контакт с микросхемой обеспечивается с помощью крошечных проводов, которые соединяют микросхему с большими металлическими штырьками, торчащими из упаковки.
В: Каковы два преимущества использования ИС вместо дискретных схем?
О: ИС имеют два основных преимущества перед дискретными схемами: стоимость и производительность. Стоимость низкая, потому что миллионы транзисторов можно разместить на одном чипе вместо того, чтобы создавать схему из отдельных транзисторов. Производительность выше, поскольку компоненты могут работать быстрее и потреблять меньше энергии.
В: Какие существуют различные типы интегральных схем?
О: Интегральные микросхемы можно разделить на аналоговые, цифровые и смешанные сигнальные (аналоговые и цифровые на одном чипе).
В: Может ли одна микросхема быть разработана для определенной цели?
О: Да, микросхема может быть разработана для определенной цели, например, микросхема калькулятора, которая может работать только как калькулятор.
