ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์วงจรรวม

วงจรลอจิกซิลิคอนวงจรแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อ 52 ปีที่แล้วและมีทรานซิสเตอร์เพียงตัวเดียว Robert Noyce หนึ่งในผู้ก่อตั้ง Fairchild Semiconductor คิดค้นอุปกรณ์ในปี 1959 ซึ่งต่อมาเป็นที่รู้จักในชื่อวงจรรวม ไมโครวงจร หรือไมโครชิป และเกือบหกเดือนก่อนหน้านี้ Jack Kilby วิศวกรจาก Texas Instruments ได้ประดิษฐ์อุปกรณ์ที่คล้ายกันนี้ เราสามารถพูดได้ว่าคนเหล่านี้กลายเป็นผู้ประดิษฐ์ไมโครเซอร์กิต

วงจรรวมคือระบบขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างที่เชื่อมต่อถึงกันด้วยตัวนำไฟฟ้า วงจรรวมยังหมายถึงคริสตัลที่ประกอบด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ หากวงจรรวมอยู่ในตัวเครื่อง แสดงว่ามันเป็นไมโครวงจรแล้ว

วงจรรวมการดำเนินงานชุดแรกได้รับการแนะนำโดย Kilby เมื่อวันที่ 12 กันยายน พ.ศ. 2501 โดยใช้แนวคิดที่เขาพัฒนาขึ้นตามหลักการของการแยก p-n Junction ของส่วนประกอบวงจร ซึ่งคิดค้นโดย Kurt Lehovec

รูปลักษณ์ของผลิตภัณฑ์ใหม่ดูน่ากลัวเล็กน้อย แต่คิลบีไม่รู้ว่าอุปกรณ์ที่เขาแสดงจะวางรากฐานสำหรับเทคโนโลยีสารสนเทศทั้งหมด ไม่เช่นนั้น เขาจะทำให้ต้นแบบนี้สวยงามยิ่งขึ้นตามที่เขาพูด

แต่ในขณะนั้นไม่ใช่ความงามที่สำคัญ แต่เป็นการปฏิบัติจริง องค์ประกอบทั้งหมดของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ - ตัวต้านทาน, ทรานซิสเตอร์, ตัวเก็บประจุและอื่น ๆ - ถูกวางไว้บนบอร์ดแยกกัน เป็นกรณีนี้จนกระทั่งเกิดแนวคิดในการสร้างวงจรทั้งหมดบนผลึกเสาหินเดียวของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์

วงจรรวมชุดแรกของ Kilby คือแถบเจอร์เมเนียมขนาดเล็ก 11x1.5 มม. พร้อมด้วยทรานซิสเตอร์หนึ่งตัว ตัวต้านทานหลายตัว และตัวเก็บประจุหนึ่งตัว แม้จะมีความดั้งเดิม แต่วงจรนี้ก็ทำหน้าที่ของมันได้สำเร็จ - มันแสดงคลื่นไซน์บนหน้าจอออสซิลโลสโคป

เมื่อวันที่ 6 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2502 แจ็ค คิลบี ได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับอุปกรณ์ใหม่ ซึ่งเขาอธิบายว่าเป็นวัตถุที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีส่วนประกอบของวงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบครบวงจร การมีส่วนร่วมของเขาในการประดิษฐ์ไมโครเซอร์กิตได้รับการยอมรับจากการมอบรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ให้กับเขาในปี 2000

แนวคิดของโรเบิร์ต นอยซ์สามารถแก้ปัญหาในทางปฏิบัติหลายประการที่สติปัญญาของคิลบีได้ท้าทายไป เขาแนะนำให้ใช้ซิลิคอนสำหรับไมโครวงจร แทนที่จะเป็นเจอร์เมเนียม เสนอโดยแจ็ค คิลบี

นักประดิษฐ์ได้รับสิทธิบัตรในปีเดียวกัน พ.ศ. 2502 การแข่งขันระหว่าง TI และ Fairchild Semiconductor สิ้นสุดลงด้วยสนธิสัญญาสันติภาพ พวกเขาสร้างใบอนุญาตสำหรับการผลิตชิปตามเงื่อนไขที่เป็นประโยชน์ร่วมกัน แต่ซิลิคอนยังคงถูกเลือกให้เป็นวัสดุสำหรับไมโครวงจร

การผลิตวงจรรวมเริ่มต้นที่ Fairchild Semiconductor ในปี 1961 พวกเขายึดครองกลุ่มเฉพาะในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทันที ด้วยการใช้ในการสร้างเครื่องคิดเลขและคอมพิวเตอร์เป็นทรานซิสเตอร์แยกกัน ทำให้อุปกรณ์คอมพิวเตอร์มีขนาดกะทัดรัดยิ่งขึ้น ขณะเดียวกันก็เพิ่มประสิทธิภาพ ทำให้การซ่อมคอมพิวเตอร์ง่ายขึ้นอย่างมาก

เราสามารถพูดได้ว่าตั้งแต่ช่วงเวลานี้เป็นต้นไป ยุคของการย่อส่วน ซึ่งดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้ ในขณะเดียวกัน กฎหมายที่ Gordon Moore เพื่อนร่วมงานของ Noyce กำหนดขึ้นก็ได้รับการปฏิบัติอย่างเคร่งครัด เขาทำนายว่าจำนวนทรานซิสเตอร์ในวงจรรวมจะเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ 2 ปี

หลังจากออกจาก Fairchild Semiconductor ในปี 1968 มัวร์และนอยซ์ได้ก่อตั้งบริษัทใหม่ชื่อ Intel แต่นั่นเป็นเรื่องราวที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง...

วงจรรวมขนาดใหญ่(LSI) เป็นวงจรรวม (IC) ที่มีการบูรณาการในระดับสูง (จำนวนองค์ประกอบในนั้นถึง 10,000) ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นหน่วยคอมพิวเตอร์ ระบบอัตโนมัติ อุปกรณ์วัด ฯลฯ ที่สมบูรณ์ตามหน้าที่
ขึ้นอยู่กับจำนวนขององค์ประกอบ วงจรรวมทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นประเภทตามอัตภาพดังต่อไปนี้:
■ แบบง่าย (SIS) - ด้วยจำนวนองค์ประกอบในคริสตัลมากถึง 10
■ เล็ก (MIS) - มากถึง 100
■ กลาง (SIS) - สูงถึง 1,000
■ ใหญ่ (BIS) - มากถึง 10,000
■ ใหญ่พิเศษ (VLSI) - 1,000,000
■ ขนาดใหญ่พิเศษ (UBIS) - มากถึง 1,000000000
■ giga-large (GBIS) - มากกว่า 1,000000000 องค์ประกอบในคริสตัล
วงจรรวม (IC) ที่มีองค์ประกอบมากกว่า 100 องค์ประกอบเรียกว่าวงจรรวมระดับสูง
การใช้ LSI นั้นมาพร้อมกับการปรับปรุงที่สำคัญในตัวบ่งชี้ที่สำคัญทั้งหมดเมื่อเปรียบเทียบกับคอมเพล็กซ์การทำงานที่คล้ายกันซึ่งใช้งานบนไอซีที่แยกจากกัน การรวมไอซีบนชิปตัวเดียวทำให้จำนวนแพ็คเกจลดลง จำนวนการประกอบและการติดตั้ง และจำนวนการเชื่อมต่อภายนอกที่เชื่อถือได้น้อยที่สุด ซึ่งจะช่วยลดขนาด น้ำหนัก ต้นทุน และปรับปรุงความน่าเชื่อถือ
ประโยชน์เพิ่มเติมจากการรวม IC ได้แก่ การลดจำนวนแผ่นทั้งหมด ความยาวการเชื่อมต่อที่สั้นลง และความแปรผันของพารามิเตอร์น้อยลง เนื่องจาก IC ทั้งหมดอยู่บนชิปตัวเดียวกันและผลิตในวงจรกระบวนการเดียว
ประสบการณ์ในการพัฒนา LSI ยังเผยให้เห็นปัญหาทั่วไปหลายประการที่จำกัดการเพิ่มขึ้นของระดับการรวมและจำเป็นต้องแก้ไขในกระบวนการพัฒนาไมโครอิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติม:
■ ปัญหาการกระจายความร้อน
■ ปัญหาการเชื่อมต่อโครงข่าย
■ ปัญหาการควบคุมพารามิเตอร์
■ ข้อ จำกัด ทางกายภาพเกี่ยวกับขนาดขององค์ประกอบ
ในปีพ.ศ. 2507 IBM ได้เปิดตัวตระกูล IBM 360 จำนวน 6 รุ่นที่ใช้ LSI เป็นครั้งแรก
ตัวอย่างของ LSI ยังอาจรวมถึงวงจรหน่วยความจำตั้งแต่ 4 บิตขึ้นไป อุปกรณ์ควบคุมทางคณิตศาสตร์และตรรกะ และตัวกรองดิจิทัล ไอซีได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาต่างๆ มากมาย ดังนั้นจึงผลิตขึ้นโดยใช้วิธีการต่างๆ ที่พบในคลังแสงของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ เทคโนโลยีฟิล์มบางและฟิล์มหนา
โดยปกติ IM จะถูกจำแนกตามวิธีการผลิตและโครงสร้างผลลัพธ์
เซมิคอนดักเตอร์ MI คือไอซีที่องค์ประกอบและการเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบทั้งหมดถูกสร้างในปริมาตรเดียวและบนพื้นผิวเดียวของเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์
ในวงจรไมโครไฮบริด ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ (ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ) จะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวของแผ่นอิเล็กทริก ส่วนประกอบที่ใช้งาน (ทรานซิสเตอร์) จะทำในรูปแบบของส่วนประกอบขนาดเล็กที่แยกจากกันและติดอยู่กับวงจรขนาดเล็ก

วรรณกรรม
1. Stepanenko I.P., พื้นฐานของไมโครอิเล็กทรอนิกส์, M.: ห้องปฏิบัติการความรู้พื้นฐาน, 2003, หน้า. 453-460.
2. Batushev A.V., Microcircuits และแอปพลิเคชัน, M.: วิทยุและการสื่อสาร, 1984, p. 13-17.
3. Chernozubov Yu. S., วงจรขนาดเล็กเกิดได้อย่างไร, M.: การศึกษา, 1989, หน้า. 14-19.

1 วงจรรวม (ไอซี)

พื้นฐานหลักของกลศาสตร์แยกสมัยใหม่คือไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบรวม การเปลี่ยนมาใช้ไอซีได้เปลี่ยนแปลงวิธีการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากผลิตภัณฑ์วงจรไมโครเป็นหน่วยการทำงานที่สมบูรณ์ ไม่ว่าจะเป็นองค์ประกอบเชิงตรรกะสำหรับการดำเนินการง่ายๆ หรือโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ที่ประกอบด้วยองค์ประกอบหลายพันองค์ประกอบ

1.คำศัพท์เฉพาะทาง

ตาม GOST 17021-88 “ วงจรรวมแบบรวม ข้อกำหนดและคำจำกัดความ”

วงจรรวม (ไอซี) ) - ผลิตภัณฑ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่เฉพาะในการแปลงและประมวลผลสัญญาณและมีความหนาแน่นสูงในการบรรจุองค์ประกอบที่เชื่อมต่อทางไฟฟ้า (หรือองค์ประกอบและส่วนประกอบ) และ (หรือ) ผลึก ซึ่งจากมุมมองของข้อกำหนดสำหรับการทดสอบ การยอมรับ การส่งมอบและการดำเนินงานถือเป็นส่วนรวม

วงจรรวมสารกึ่งตัวนำ - วงจรรวม ส่วนประกอบทั้งหมดและการต่อระหว่างส่วนประกอบต่างๆ เกิดขึ้นในปริมาตรและบนพื้นผิวของสารกึ่งตัวนำ

วงจรรวมฟิล์ม – วงจรรวม องค์ประกอบทั้งหมดและการเชื่อมต่อระหว่างกันซึ่งทำขึ้นในรูปของฟิล์ม (กรณีพิเศษของไอซีแบบฟิล์มคือ ไอซีแบบฟิล์มหนาและไอซีแบบฟิล์มบาง)

วงจรรวมแบบไฮบริด – วงจรรวมที่นอกเหนือไปจากองค์ประกอบ ส่วนประกอบ และ (หรือ) คริสตัล (กรณีพิเศษของ IC แบบไฮบริดคือ IC แบบหลายชิป)

เทคโนโลยีฟิล์มบาง – วัสดุพื้นฐาน:

พื้นผิว - สำหรับการทาและสร้างลวดลาย (เซรามิก)

ฟิล์มนำไฟฟ้า – ทองแดง อลูมิเนียม ทอง

วัสดุต้านทาน – โลหะและโลหะผสม ดีบุกออกไซด์ ไดอิเล็กทริก ของผสม

ฟิล์มหนา - ส่วนใหญ่เป็นแผงสวิตช์

ปัจจุบันมีวงจรรวมที่มีการอินทิเกรต 6 องศา (ตารางที่ 1)

วงจรรวมขนาดเล็ก (MIC) - IC ที่มีมากถึง 100 องค์ประกอบและ (หรือ) ส่วนประกอบรวม ​​(1..2 องศา)

วงจรรวมขนาดกลาง (MIC) ) - IC ที่มีองค์ประกอบมากกว่า 100 ถึง 1,000 องค์ประกอบและ (หรือ) ส่วนประกอบสำหรับไอซีดิจิทัล และมากกว่า 100 ถึง 500 องค์ประกอบสำหรับแอนะล็อก (2..3 องศา)

วงจรรวมขนาดใหญ่ (LSI) - ไอซีที่มีองค์ประกอบมากกว่า 1,000 องค์ประกอบและ (หรือ) ส่วนประกอบสำหรับไอซีดิจิทัล และมากกว่า 500 ชิ้นสำหรับไอซีแอนะล็อก (3..4 องศา)

วงจรรวมขนาดใหญ่มาก (VLSI) - IC ที่มีองค์ประกอบมากกว่า 100,000 องค์ประกอบและ (หรือ) ส่วนประกอบสำหรับไอซีดิจิทัลที่มีโครงสร้างการก่อสร้างปกติ มากกว่า 50,000 ชิ้นสำหรับไอซีดิจิทัลที่มีโครงสร้างการก่อสร้างที่ผิดปกติ และมากกว่า 10,000 ชิ้นสำหรับไอซีแอนะล็อก (5..7 องศา)

บันทึก: ไอซีดิจิทัลที่มีโครงสร้างปกติประกอบด้วยวงจรหน่วยความจำและวงจรที่ใช้สัญญาณเมทริกซ์พื้นฐาน โดยมีโครงสร้างวงจรคอมพิวเตอร์ที่ไม่ปกติ

วงจรรวมความเร็วสูงพิเศษ (USIC) ) – ไอซีดิจิทัลที่มีความเร็วการทำงานอย่างน้อย 1*10 13 Hz/cm 3 ต่อองค์ประกอบลอจิก

ด้วยความเร็วการทำงาน เราหมายถึงผลคูณของความถี่การทำงานขององค์ประกอบลอจิคัล เท่ากับค่าสี่เท่าผกผันของเวลาหน่วงการแพร่กระจายสัญญาณเฉลี่ยสูงสุดตามจำนวนองค์ประกอบลอจิคัลต่อพื้นที่คริสตัล 1 ตารางเซนติเมตร

3 การจำแนกประเภทของวงจรรวมตามระดับการรวม

ตารางที่ 1 - การจำแนกประเภทของ IS ตามระดับของการบูรณาการ

Ste-Level จำนวนองค์ประกอบและส่วนประกอบในชิปตัวเดียว

stump integ- ชิปดิจิตอลแบบอะนาล็อก

การรวมเข้ากับวงจรไมโครไบโพลาร์ MOS-on

ทรานซิสเตอร์เครื่องส่งรับวิทยุ ทรานซิสเตอร์

1..2 มิสซิสซิปปี้<= 100 <= 100 <= 100

2..3 พี่สาว > 100<= 1000 > 100 <= 500 > 100 <= 500

3..4 ทวิ > 1,000<= 10000 > 500 <= 2000 > 500

4..5 VLSI > 100000 > 50000 > 10000

วงจรรวมแบบอะนาล็อก - วงจรรวมที่ออกแบบมาเพื่อแปลงและประมวลผลสัญญาณตามกฎของฟังก์ชันต่อเนื่อง (กรณีพิเศษของแอนะล็อกไอซีคือไมโครวงจรที่มีลักษณะเชิงเส้น - ไอซีเชิงเส้น)

ไอซีดิจิตอล - วงจรรวม ออกแบบมาสำหรับการแปลงและประมวลผลสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงไปตามกฎหมายของฟังก์ชันที่ไม่ต่อเนื่อง (กรณีพิเศษของ Digital IC คือชิปลอจิคัล)

ระดับของการบูรณาการวงจรรวม – ตัวบ่งชี้ระดับความซับซ้อนของไมโครวงจรโดยระบุจำนวนองค์ประกอบและส่วนประกอบที่มีอยู่

กำหนดโดยสูตร: k=logN,

โดยที่ k คือสัมประสิทธิ์ที่กำหนดระดับของการอินทิเกรต โดยปัดเศษให้เป็นจำนวนเต็มที่มากกว่าที่ใกล้ที่สุด

N คือจำนวนองค์ประกอบและส่วนประกอบที่รวมอยู่ในวงจรรวม

ซีรี่ส์วงจรรวม - ชุดวงจรรวมประเภทต่างๆ ที่สามารถทำหน้าที่ต่างๆ ได้ มีรูปแบบเดียวและมีการออกแบบทางเทคโนโลยีและมีจุดมุ่งหมายเพื่อใช้ร่วมกัน

ที่ระดับต่ำสุดและเป็นศูนย์ของลำดับชั้นเชิงสร้างสรรค์ของ EVA ทุกประเภทและวัตถุประสงค์ใดๆ จะมีไอซีที่ทำหน้าที่เชิงลอจิคัล ฟังก์ชั่นเสริม ฟังก์ชั่นพิเศษ รวมถึงฟังก์ชั่นหน่วยความจำ ในปัจจุบันอุตสาหกรรมผลิตวงจรรวมจำนวนมากซึ่งสามารถจำแนกตามลักษณะหลายประการ

2 การจำแนกไมโครวงจรและสัญลักษณ์

ขึ้นอยู่กับ เทคโนโลยีการผลิตไอซีแบ่งออกเป็น 4 ประเภท ได้แก่ เซมิคอนดักเตอร์; ฟิล์ม; ลูกผสม; รวมกัน

องค์ประกอบวงจรไฟฟ้าของไอซีเซมิคอนดักเตอร์ถูกสร้างขึ้นเป็นกลุ่มหรือบนพื้นผิวของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ (สารตั้งต้น) การก่อตัวขององค์ประกอบแบบแอคทีฟและพาสซีฟโดยการนำเอาสารเจือปนที่มีความเข้มข้นจำนวนหนึ่งมาด้วยจำนวนแผ่นคริสตัลแผ่นเดียวที่แตกต่างกัน

รูปที่ 1 - การจำแนกประเภทของวงจรรวม

ในไอซีไฮบริด ชิ้นส่วนแบบพาสซีฟถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของฟิล์มที่ใช้กับพื้นผิวของวัสดุอิเล็กทริก (สารตั้งต้น) และองค์ประกอบแอคทีฟซึ่งมีการออกแบบที่เป็นอิสระจะติดอยู่กับพื้นผิวของสารตั้งต้น

ขึ้นอยู่กับวิธีการเชื่อมต่อองค์ประกอบโซลิดที่ใช้งานอยู่ IC แบบแอคทีฟมาพร้อมกับลีดที่ยืดหยุ่นและแข็ง

สารกึ่งตัวนำ IC ชนิดหนึ่งคือ IC แบบรวม

ในไอซีแบบรวม องค์ประกอบที่ใช้งานถูกสร้างขึ้นภายในซับสเตรตเซมิคอนดักเตอร์ และส่วนเฉื่อยจะอยู่ในรูปของฟิล์มโลหะบนพื้นผิว

ตามวัตถุประสงค์การใช้งานไอเอสสามารถแบ่งออกเป็น:

1) ดิจิทัล; 2) อะนาล็อก

ไอซีดิจิทัลใช้ในคอมพิวเตอร์ดิจิทัล อุปกรณ์อัตโนมัติแบบแยกส่วน ฯลฯ ซึ่งรวมถึงวงจรไมโครโปรเซสเซอร์ วงจรหน่วยความจำ และไอซีที่ทำหน้าที่เชิงตรรกะ

ไอซีเชิงเส้นและเชิงเส้นพัลส์ใช้ในคอมพิวเตอร์แอนะล็อกและอุปกรณ์แปลงข้อมูล

ซึ่งรวมถึงเครื่องขยายสัญญาณการดำเนินงาน ตัวเปรียบเทียบ และวงจรอื่นๆ

พื้นฐานของการจำแนกประเภท ดิจิตอลไมโครวงจรมีลักษณะสามประการ:

1) ประเภทของส่วนประกอบวงจรลอจิกที่ดำเนินการเชิงตรรกะกับตัวแปรอินพุต

2) วิธีการเชื่อมต่ออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เข้ากับวงจรลอจิก

3) ประเภทของการเชื่อมต่อระหว่างวงจรลอจิคัล

จากคุณลักษณะเหล่านี้ ไอซีแบบลอจิคัลสามารถจำแนกได้ดังนี้:

1) วงจรที่มีการเชื่อมต่อโดยตรงบนโครงสร้าง MOS - NSTLM (MOS - โลหะ - ออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์หรือ MOS ฉนวนโลหะ - เซมิคอนดักเตอร์)

2) วงจรที่มีการเชื่อมต่อตัวต้านทาน - คาปาซิทีฟ - RTL; RETL - วงจรที่มีลอจิกอินพุตดำเนินการโดยใช้วงจรตัวต้านทาน RETL และ RTL ล้าสมัยทางศีลธรรมและไม่ได้ใช้ในการพัฒนาใหม่

3) วงจรที่ตรรกะอินพุตดำเนินการโดยใช้ไดโอด - DTL;

4 วงจรตรรกะอินพุตซึ่งดำเนินการโดยทรานซิสเตอร์หลายตัวส่งสัญญาณ - TTL;

5) วงจรที่มีตัวส่งสัญญาณคู่ - ESL หรือ PTTL - ลอจิกบนสวิตช์ปัจจุบัน

6) ตรรกะแบบรวมการฉีด IIL หรือ I 2 L - บนพื้นฐานของมันจะสร้างวงจรขนาดเล็กที่มีการบูรณาการในระดับสูงประสิทธิภาพสูงและการใช้พลังงานต่ำ

7) วงจรขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อร่วมกันของทรานซิสเตอร์คู่หนึ่งกับช่องทางการนำไฟฟ้าประเภทต่าง ๆ ที่เรียกว่าโครงสร้างเสริม (โครงสร้าง CMOS)

ในสัญลักษณ์ IC การออกแบบและการออกแบบทางเทคโนโลยีระบุด้วยตัวเลข:

1,5,6,7 – สารกึ่งตัวนำ;

2,4,8 – ไฮบริด;

ตามลักษณะของฟังก์ชันที่ทำใน REA นั้น IC จะถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อย (เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องขยายเสียง ฯลฯ) และประเภท (เช่น ความถี่ เฟส ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า) ตัวอย่างเช่น เครื่องกำเนิด HS (G) ของสัญญาณฮาร์มอนิก ( C), ไดโอด ND-set (N) (D))

เคสชิป 4 อัน

GOST 17467-88 มีคำศัพท์ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ IC

ร่างกาย – ส่วนหนึ่งของตัวเรือนที่ไม่มีสายนำ

ตำแหน่งเอาต์พุต - หนึ่งในตำแหน่งขั้วต่อที่มีระยะห่างเท่าๆ กันที่ทางออกจากตัวตัวเรือน ซึ่งอยู่รอบๆ วงกลมหรือเป็นแถว ซึ่งอาจมีหรือไม่มีขั้วต่ออยู่ก็ได้ ตำแหน่งเอาต์พุตแต่ละตำแหน่งถูกกำหนดโดยหมายเลขซีเรียล

เครื่องบินการติดตั้ง – ระนาบที่ติดตั้งไอซีไว้

การแนะนำ

ปัจจุบันภารกิจหลักในการสร้างอุปกรณ์วิทยุอิเล็กทรอนิกส์ (REA) และคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ (คอมพิวเตอร์) คือการเพิ่มความเร็วในการทำงานและลดขนาดทางกายภาพ เพื่อจุดประสงค์นี้ ลักษณะและพารามิเตอร์ขององค์ประกอบและวงจรรวมได้รับการปรับปรุงและยังได้รับการปรับให้เหมาะสมอีกด้วย อย่างไรก็ตาม เมื่อการทำงานของอุปกรณ์เคลื่อนเข้าสู่ช่วงนาโนวินาที ปัญหาใหม่ก็เกิดขึ้นที่เกี่ยวข้องกับการบิดเบือนของสัญญาณในสายการสื่อสาร เมื่อความเร็วของวงจรลอจิกเพิ่มขึ้น ความเร็วของการแปลงข้อมูลจะเข้าใกล้ความเร็วของการส่งข้อมูล และด้วยความล่าช้าขององค์ประกอบลอจิก ก็จะเทียบเคียงได้กับมัน ในกรณีนี้การปรับปรุงลักษณะไดนามิกขององค์ประกอบเองอาจไม่ให้ผลตามที่ต้องการ เนื่องจากวงจรรวมเป็นส่วนประกอบที่เหมาะสมของแผงวงจรพิมพ์ จึงจำเป็นต้องมีแนวทางบูรณาการในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์

ดังนั้นเมื่อออกแบบชุดวงจรพิมพ์จึงจำเป็นต้องคำนึงถึงสิ่งนี้และค้นหาวิธีการที่สามารถเพิ่มภูมิคุ้มกันทางเสียงของอุปกรณ์ได้อย่างมาก ต้องคำนึงถึงปัญหาทางโภชนาการด้วย ความสมบูรณ์ของสัญญาณ ตัวเก็บประจุอินทิกรัล

ในงานนี้ เราจะทำการศึกษาและแสดงให้เห็นว่าด้วยการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ที่ถูกต้อง เราสามารถลดการรบกวนที่เกิดขึ้นระหว่างการส่งข้อมูลได้อย่างมาก

วงจรรวม

ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาวงจรรวม

วงจรรวมคือวงจรไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตขึ้นบนซับสเตรตของเซมิคอนดักเตอร์ (เวเฟอร์หรือฟิล์ม) และวางไว้ในตัวเครื่องที่แยกกันไม่ได้ หรือไม่มีเลย หากเป็นส่วนหนึ่งของชุดไมโครแอสเซมบลี ชิปส่วนใหญ่ผลิตในบรรจุภัณฑ์แบบยึดพื้นผิว

บ่อยครั้งที่เข้าใจวงจรรวม (IC) ว่าเป็นคริสตัลหรือฟิล์มจริงที่มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ และไมโครวงจรคือ IC ที่อยู่ในตัวเรือน

ประวัติความเป็นมาของการปรากฏตัวของวงจรรวมมีอายุย้อนกลับไปในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ยี่สิบ การเกิดขึ้นของพวกเขาเกิดจากความจำเป็นเร่งด่วนในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์และทำให้กระบวนการผลิตและการประกอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์เป็นแบบอัตโนมัติ

อีกเหตุผลหนึ่งสำหรับการสร้างไอซีก็คือความเป็นไปได้ทางเทคโนโลยีในการวางและเชื่อมต่อส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์หลายชนิด เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ และอื่นๆ บนเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ตัวเดียว ความจริงก็คือทรานซิสเตอร์และไดโอดแบบเมซ่าและระนาบที่สร้างขึ้นในเวลานั้นนั้นผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการประมวลผลแบบกลุ่มบนแผ่นชิ้นงานแผ่นเดียวในเวลาเดียวกัน

แนวคิดของไอซีได้รับการเสนอมานานก่อนที่จะมีวิธีการผลิตแบบกลุ่มสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ IC ตัวแรกของโลกได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นในปี 1959 โดยชาวอเมริกัน Jack St. Clair Kilby (Texas Instruments) และ Robert N. Noyce (Fairchild Semiconductor) โดยแยกจากกัน

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2501 Jack Kilby ย้ายไปที่ Texas Instruments จาก Centralab ซึ่งเขาเป็นหัวหน้าโครงการพัฒนาเครื่องช่วยฟัง ซึ่งบริษัทได้ก่อตั้งองค์กรขนาดเล็กสำหรับสร้างทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียม เมื่อเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2501 คิลบีเกิดแนวคิดในการสร้าง IP พวกเขาสามารถสร้างตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และทรานซิสเตอร์จากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ได้แล้ว ตัวต้านทานถูกสร้างขึ้นโดยใช้คุณสมบัติโอห์มมิกของตัวเซมิคอนดักเตอร์ และใช้ตัวต้านทานแบบรีเวอร์สไบแอสเพื่อสร้างตัวเก็บประจุ พี-เอ็น-การเปลี่ยนแปลง สิ่งที่เหลืออยู่คือการเรียนรู้วิธีสร้างการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวในหินซิลิคอนก้อนใหญ่

ข้อบกพร่องหลายประการของ "วงจรแข็ง" ได้รับการแก้ไขในภายหลังโดย Robert Noyce ตั้งแต่เดือนมกราคม ปี 1959 ขณะค้นคว้าความสามารถของทรานซิสเตอร์ระนาบที่ Fairchild Semiconductor (FS) เขาได้ค้นพบแนวคิดที่เขานำเสนอในการสร้างตัวต้านทานแบบกระจายหรือสปัตเตอร์แบบอินทิกรัลโดยการแยกอุปกรณ์โดยใช้อุปกรณ์แบบรีเวอร์สไบแอส ร-n- การเปลี่ยนและการเชื่อมต่อองค์ประกอบผ่านรูในออกไซด์โดยการพ่นโลหะลงบนพื้นผิว มีการยื่นขอรับสิทธิบัตรในไม่ช้า และนักพัฒนาเซลล์เริ่มทำงานอย่างใกล้ชิดกับผู้เชี่ยวชาญด้านการพิมพ์หินด้วยแสงเพื่อเชื่อมต่อระหว่างตัวต้านทานการแพร่และทรานซิสเตอร์บนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

การพัฒนาทรัพย์สินทางปัญญาเริ่มก้าวไปอย่างรวดเร็ว FS เชิญ Robert Norman จาก Sperry มาเป็นนักออกแบบวงจร นอร์แมนคุ้นเคยกับตรรกะของตัวต้านทาน-ทรานซิสเตอร์ ซึ่งได้รับเลือกให้เป็นพื้นฐานสำหรับซีรีส์ Micrologic ของไอซีในอนาคต... ถือเป็นจุดเริ่มต้นของยุคใหม่

ระดับของการบูรณาการ

ชื่อของวงจรรวมต่อไปนี้จะขึ้นอยู่กับระดับของการรวม:

• · วงจรรวมขนาดเล็ก (MIS) - มากถึง 100 องค์ประกอบต่อชิป
• วงจรรวมขนาดกลาง (SIS) - มากถึง 1,000 องค์ประกอบต่อชิป
• · วงจรรวมขนาดใหญ่ (LSI) - มากถึง 10,000 องค์ประกอบในคริสตัล
• · วงจรรวมขนาดใหญ่พิเศษ (VLSI) - องค์ประกอบมากกว่า 10,000 องค์ประกอบในคริสตัล

ก่อนหน้านี้มีการใช้ชื่อที่ล้าสมัยแล้ว: วงจรรวมขนาดใหญ่พิเศษ (ULIS) - ตั้งแต่ 1-10 ล้านถึง 1 พันล้านองค์ประกอบในคริสตัลและบางครั้งวงจรรวมขนาดใหญ่พิเศษ (GBIC) - มากกว่า 1 พันล้านองค์ประกอบในคริสตัล ปัจจุบันในปี 2010 ชื่อ "UBIS" และ "GBIS" ไม่ได้ถูกนำมาใช้จริงและไมโครวงจรทั้งหมดที่มีองค์ประกอบมากกว่า 10,000 องค์ประกอบจะถูกจัดประเภทเป็น VLSI

ฐานธาตุของทั้งหมด อุปกรณ์ดิจิทัล(ซีซี) [ อุปกรณ์ดิจิทัล] แต่งหน้า วงจรรวม (เป็น) [ วงจรรวม (ไอซี)] ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า ไมโครวงจร (มส.) หรือ ชิป (ไมโครชิป ) [ชิป (ไมโครชิป)].

วงจรรวม- อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำบนแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์บางๆ ซึ่งมีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และผลิตภายในตัวเครื่องบางประเภท

นับตั้งแต่มีการประดิษฐ์ในสหรัฐอเมริกาในปี 2502 IP ก็มีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องและมีความซับซ้อนมากขึ้น ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในด้านการผลิตวงจรรวมทำให้ปริมาณการผลิตเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและต้นทุนลดลง จากการใช้ MS ทำให้ไม่เพียงแต่ในอุปกรณ์เฉพาะทางที่ซับซ้อนเท่านั้น (เช่น คอมพิวเตอร์) แต่ยังรวมถึงเครื่องมือวัด ระบบควบคุม และระบบตรวจสอบที่หลากหลายด้วย กลุ่มผู้บริโภค MS กำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่อง

ลักษณะเฉพาะของความซับซ้อนของ IS คือ ระดับของการบูรณาการประเมินอย่างใดอย่างหนึ่ง จำนวนองค์ประกอบทางตรรกะพื้นฐาน(LE) [ ตรรกะ(อัล)องค์ประกอบ/ส่วนประกอบ/ประตู/หน่วย], หรือ จำนวนทรานซิสเตอร์ซึ่งอยู่บนชิป

ขึ้นอยู่กับระดับของการบูรณาการ IC แบ่งออกเป็นหลายประเภท: MIS, SIS, LSI, VLSI, UBIS (IC ขนาดเล็ก กลาง ใหญ่ ใหญ่พิเศษ และใหญ่พิเศษ ตามลำดับ)

นางสาว [เอสเอสไอ = เล็ก/บูรณาการมาตราส่วนมาตรฐาน– ระดับการรวมขนาดเล็ก/มาตรฐาน (ระดับ)] คือ MS ที่มีองค์ประกอบจำนวนน้อยมาก (หลายโหล) MIS ใช้การแปลงแบบลอจิคัลที่ง่ายที่สุดและมีความสามารถรอบด้านที่ยอดเยี่ยม - แม้ว่าคุณจะใช้ LE ประเภทใดประเภทหนึ่ง (เช่น NAND) คุณก็สามารถสร้างศูนย์ควบคุมใดก็ได้

ซิส [เอ็มไอ = บูรณาการระดับกลาง– ระดับการรวมเฉลี่ย (ระดับ)] คือ MS ที่มีระดับการรวมตั้งแต่ 300 ถึงหลายพันทรานซิสเตอร์ (ปกติจะสูงถึง 3000) ในรูปแบบของ SIS วงจรต่างๆ เช่น รีจิสเตอร์บิตต่ำ ตัวนับ ตัวถอดรหัส ตัวบวก ฯลฯ จะถูกผลิตในรูปแบบสำเร็จรูป ช่วงของ SIS ควรกว้างขึ้นและหลากหลายมากขึ้น เนื่องจากความคล่องตัวเมื่อเทียบกับ MIC จะลดลง SIS มีหลายร้อยประเภทในชุดไอซีมาตรฐานที่พัฒนาแล้ว

ทวิ [แอลเอสไอ = บูรณาการขนาดใหญ่– การรวมระดับขนาดใหญ่ (สูง) (ระดับ) – MS ที่มีจำนวนลอจิกเกตตั้งแต่ 1,000 ถึง 5,000 (ในบางหมวดหมู่ – ตั้งแต่ 500 ถึง 10,000) LSI แรกได้รับการพัฒนาในช่วงต้นทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา

วีแอลเอสไอ [วีแอลเอสไอ = การบูรณาการขนาดใหญ่มาก– บูรณาการในระดับที่ใหญ่มาก (สูง) (ระดับ) หรือ จีเอสไอ = บูรณาการขนาดยักษ์– ระดับการรวมขนาดมหึมา (ใหญ่พิเศษ, สูงเป็นพิเศษ) (ระดับ) – สิ่งเหล่านี้คือ MS ที่บรรจุอยู่บนชิปตั้งแต่ 100,000 ถึง 10 ล้าน ( วีแอลเอสไอ) หรือมากกว่า 10 ล้าน ( จีเอสไอ) ทรานซิสเตอร์หรือลอจิกเกต

ยูบิส [อูลซี่ = บูรณาการขนาดใหญ่พิเศษ– ระดับการรวมขนาดใหญ่พิเศษ (สูงเป็นพิเศษ) – สิ่งเหล่านี้คือ MS ซึ่งจำนวนทรานซิสเตอร์บนชิปมีตั้งแต่ 10 ล้านถึง 1 พันล้านวงจรดังกล่าวรวมถึงโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัย

ข้อมูลข้างต้นเกี่ยวกับ MS ของระดับการรวมที่แตกต่างกันได้สรุปไว้ในตารางที่ 1 เพื่อความชัดเจน 1.