Integrinis grandynas
Integrinis grandynas (dažniau vadinamas integrine schema, mikroschema, silicio lustu, kompiuterio lustu arba mikroschema) - tai specialiai paruošto silicio (arba kito puslaidininkio) gabalėlis, į kurį fotolitografijos būdu išgraviruojama elektroninė schema. Silicio mikroschemose gali būti loginiai vartai, kompiuterių procesoriai, atmintis ir specialūs įtaisai. Mikroschema yra labai trapi, todėl paprastai ją supa plastikinė pakuotė, kad būtų apsaugota. Elektrinis kontaktas su mikroschema užtikrinamas mažais laidais, kurie jungia mikroschemą su didesniais metaliniais kaiščiais, kyšančiais iš pakuotės.
Integrinis grandynas turi du pagrindinius pranašumus, palyginti su diskrečiaisiais grandynais: kaina ir našumas. Kaina yra maža, nes į vieną lustą galima sutalpinti milijonus tranzistorių, užuot kūrus grandinę iš pavienių tranzistorių. Našumas didesnis, nes komponentai gali veikti greičiau ir naudoti mažiau energijos.
Integriniai grandynai skirti įvairiems tikslams. Mikroschema gali būti sukurta tik skaičiuotuvui, kuris gali veikti tik kaip skaičiuotuvas. Integriniai grandynai gali būti skirstomi į analoginius, skaitmeninius ir mišrių signalų (ir analoginiai, ir skaitmeniniai tame pačiame luste).
Puslaidininkinis
Puslaidininkį, pvz., silicį, galima valdyti taip, kad juo tekėtų (arba netektų tekėti) srovė. Tai leidžia sukurti tranzistorius, kurie gali valdyti vienas kitą. Jų yra daugelyje buities daiktų, pavyzdžiui, radijo imtuvuose, kompiuteriuose, telefonuose ir daugelyje kitų. Kiti puslaidininkiniai įtaisai yra saulės elementai, diodai ir šviesos diodai (šviesos diodai).
Dvigubos eilutės pakuotės (DIP) vaizdas iš šono
Plastikinio keturbriaunio plokščiojo paketo (PQFP) paveikslėlis
Išradimas
1958 ir 1959 m. dviem žmonėms beveik tuo pačiu metu kilo idėja sukurti integrinį grandyną. Tranzistoriai buvo tapę įprastu dalyku, naudojamu buitiniuose prietaisuose, pavyzdžiui, radijo imtuvuose. Jie turėjo įtakos viskam, pradedant radijo imtuvais ir baigiant telefonais, o tuo metu gamintojams reikėjo mažesnio vakuuminių lempų pakaitalo. Tranzistoriai buvo mažesni už vakuumines lempas, tačiau kai kuriems naujausiems elektronikos prietaisams, pavyzdžiui, raketų valdymui, jie nebuvo pakankamai maži.
Vieną liepos mėnesio dieną Jackas Kilby dirbo "Texas Instruments" įmonėje, kai jam kilo mintis, kad visos grandinės dalys, ne tik tranzistorius, gali būti pagamintos iš silicio. Tuo metu niekas nedėjo kondensatorių ir rezistorių į integrinius grandynus. Tai turėjo pakeisti ateitį ir palengvinti integrinių grandynų gamybą bei pardavimą. Kilbio viršininkui ši idėja patiko ir jis liepė imtis darbo. Iki rugsėjo 12 d. Kilbis sukūrė veikiantį modelį, o vasario 6 d. "Texas Instruments" pateikė patentą. Jų pirmoji "kietoji grandinė" buvo piršto galiuko dydžio.
Tuo tarpu Kalifornijoje tą patį sumanė kitas vyras. 1959 m. sausį Robertas Noyce'as dirbo nedidelėje "Fairchild Semiconductor" pradedančiojoje įmonėje. Jis taip pat suprato, kad visą grandinę galima sutalpinti į vieną lustą. Kol Kilbis buvo parengęs atskirų komponentų gamybos detales, Noyce'as sugalvojo daug geresnį būdą, kaip sujungti dalis. Ši konstrukcija buvo pavadinta "vieninga grandine". Visos šios detalės pasiteisino, nes 1961 m. balandžio 25 d. patentų biuras pirmąjį integrinio grandyno patentą išdavė Robertui Noyce'ui, o Kilby paraiška dar buvo analizuojama. Šiandien pripažįstama, kad abu vyrai nepriklausomai sugalvojo šią idėją.
Netrukus atsirado dviejų rūšių integriniai grandynai: hibridiniai (HIC) ir monolitiniai (MIC). Hibridiniai išnyko XX a. pabaigoje.
Kartos
| Pavadinimas | Laikotarpis | Tranzistorių skaičius kiekviename luste (apytiksliai) |
| SSI (mažos apimties integracija) | septintojo dešimtmečio pradžia | viename luste yra tik keli tranzistoriai |
| MSI (vidutinio masto integracija) | septintojo dešimtmečio pabaiga | šimtai tranzistorių kiekviename luste. |
| LSI (didelės apimties integracija) | aštuntojo dešimtmečio vidurys | dešimtys tūkstančių tranzistorių viename luste. |
| VLSI (labai didelės apimties integracija) | 20-ojo dešimtmečio pabaigoje šimtmetis | šimtai tūkstančių tranzistorių |
| ULSI (itin didelės apimties integracija) | XXI a. | daugiau nei 1 milijonas tranzistorių |
※ Skirtumas tarp VLSI ir ULSI nėra aiškiai apibrėžtas.
Klasifikacija
Integriniai grandynai gali būti supakuoti į DIP (Dual in-line package), PLCC (Plastic leaded chip carrier), TSOP (Thin small-outline package), PQFP (Plastic Quad Flat Pack) ir kitų tipų mikroschemų pakuotes. Kai kurios mažos yra supakuotos pagal paviršinio montavimo technologiją. Viduje esantys tranzistoriai gali būti bipoliniai tranzistoriai, naudojami neįprastose grandinėse, pavyzdžiui, tose, kuriose reikia labai didelio perjungimo greičio. Tačiau dauguma jų yra MOSFET tranzistoriai.
Susiję puslapiai
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra integrinis grandynas?
A.: Integrinis grandynas, dar vadinamas mikroschema arba mikroschema, yra specialiai paruošto silicio gabalas, ant kurio fotolitografijos būdu išgraviruotas elektroninis grandynas.
K: Kokie prietaisų, kurie gali būti įmontuoti į silicio lustą, pavyzdžiai?
A: Silicio lustuose gali būti loginiai vartai, kompiuterių procesoriai, atmintis ir specialūs įtaisai.
K: Kodėl lustą supa plastikinė pakuotė?
A: Mikroschema yra labai trapi, todėl jai apsaugoti naudojama plastikinė pakuotė.
K: Kaip su lustu užmezgamas elektrinis kontaktas?
A.: Elektrinis kontaktas su lustu užtikrinamas per mažus laidus, kurie jungia lustą su didesniais metaliniais kaiščiais, išsikišusiais iš pakuotės.
K: Kokie yra du integrinių grandynų, o ne diskrečiųjų grandynų naudojimo privalumai?
A.: Integriniai grandynai turi du pagrindinius pranašumus prieš diskretines grandines: kaina ir našumas. Kaina maža, nes į vieną lustą galima įdėti milijonus tranzistorių, užuot kūrus grandinę su pavieniais tranzistoriais. Našumas didesnis, nes komponentai gali veikti greičiau ir naudoti mažiau energijos.
K: Kokios yra skirtingos integrinių grandynų rūšys?
A: Integriniai grandynai gali būti skirstomi į analoginius, skaitmeninius ir mišrių signalų (analoginiai ir skaitmeniniai tame pačiame luste).
K: Ar gali būti vienas lustas skirtas konkrečiam tikslui?
A: Taip, mikroschema gali būti sukurta konkrečiai paskirčiai, pavyzdžiui, skaičiuotuvo mikroschema gali veikti tik kaip skaičiuotuvas.
