لا يُعرف من الذي جاء أولاً بفكرة صنع ترانزستورين أو أكثر على شريحة واحدة من أشباه الموصلات. ربما نشأت هذه الفكرة فور بدء إنتاج عناصر أشباه الموصلات. من المعروف أن الأسس النظرية لهذا النهج قد نُشرت في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي. استغرق الأمر أقل من 10 سنوات للتغلب على المشكلات التكنولوجية ، وفي أوائل الستينيات ، تم إطلاق أول جهاز يحتوي على عدة مكونات إلكترونية في حزمة واحدة - دائرة كهربائية صغيرة (رقاقة). منذ تلك اللحظة ، شرعت البشرية في طريق التحسن الذي لا نهاية له في الأفق.
الغرض من الدوائر الدقيقة
في الإصدار المتكامل ، يتم حاليًا تنفيذ مجموعة متنوعة من المكونات الإلكترونية بدرجات متفاوتة من التكامل. من بينها ، بدءًا من المكعبات ، يمكنك جمع مختلف الأجهزة الإلكترونية. وبالتالي ، يمكن تنفيذ دارة مستقبل الراديو بطرق مختلفة. الخيار الأولي هو استخدام رقائق الترانزستور.من خلال ربط استنتاجاتهم ، يمكنك عمل جهاز استقبال. الخطوة التالية هي استخدام العقد الفردية في تصميم متكامل (كل في جسده):
- مضخم تردد الراديو
- مغاير;
- خلاط.
- مضخم تردد الصوت.
أخيرًا ، الخيار الأكثر حداثة هو جهاز الاستقبال بالكامل في شريحة واحدة ، ما عليك سوى إضافة بعض العناصر السلبية الخارجية. من الواضح أنه مع زيادة درجة التكامل ، يصبح بناء الدوائر أكثر بساطة. حتى الكمبيوتر الكامل يمكن الآن تنفيذه على شريحة واحدة. سيظل أداؤها أقل من أداء أجهزة الحوسبة التقليدية ، ولكن مع تطور التكنولوجيا ، من الممكن التغلب على هذه اللحظة.
أنواع الرقائق
حاليًا ، يتم إنتاج عدد كبير من أنواع الدوائر المصغرة. تقريبًا أي تجميع إلكتروني كامل ، قياسي أو متخصص ، متاح في الميكرو. لا يمكن سرد وتحليل جميع الأنواع في إطار مراجعة واحدة. ولكن بشكل عام ، وفقًا للغرض الوظيفي ، يمكن تقسيم الدوائر الدقيقة إلى ثلاث فئات عالمية.
- رقمي. العمل مع إشارات منفصلة. يتم تطبيق المستويات الرقمية على الإدخال ، كما يتم أخذ الإشارات من الإخراج في شكل رقمي. تغطي هذه الفئة من الأجهزة المنطقة من العناصر المنطقية البسيطة إلى أحدث المعالجات الدقيقة. يتضمن هذا أيضًا المصفوفات المنطقية القابلة للبرمجة وأجهزة الذاكرة وما إلى ذلك.
- التناظرية. إنهم يعملون بإشارات تتغير وفقًا لقانون مستمر. مثال نموذجي لمثل هذه الدائرة الدقيقة هو مضخم تردد الصوت. تتضمن هذه الفئة أيضًا مثبتات خطية متكاملة ومولدات إشارة وأجهزة استشعار للقياس وغير ذلك الكثير. تتضمن الفئة التناظرية أيضًا مجموعات من العناصر السلبية (المقاومات ودوائر RC وما إلى ذلك.).
- تناظري إلى رقمي (رقمي إلى تناظري). لا تقوم هذه الدوائر الدقيقة فقط بتحويل البيانات المنفصلة إلى بيانات مستمرة أو العكس. يمكن تضخيم الإشارات الأصلية أو المستقبلة في نفس الحزمة وتحويلها وتشكيلها وفك تشفيرها وما شابه ذلك. تستخدم المستشعرات التناظرية الرقمية على نطاق واسع لربط دوائر القياس لمختلف العمليات التكنولوجية بأجهزة الحوسبة.
يتم تقسيم الرقائق أيضًا حسب نوع الإنتاج:
- أشباه الموصلات - يتم إجراؤها على بلورة واحدة من أشباه الموصلات ؛
- فيلم - يتم إنشاء العناصر السلبية على أساس أغشية سميكة أو رقيقة ؛
- هجين - الأجهزة النشطة أشباه الموصلات "تجلس" على عناصر الفيلم السلبية (الترانزستورات إلخ.).
ولكن بالنسبة لاستخدام الدوائر الدقيقة ، فإن هذا التصنيف في معظم الحالات لا يوفر معلومات عملية خاصة.
حزم رقاقة
لحماية المحتويات الداخلية وتبسيط التثبيت ، يتم وضع الدوائر المصغرة في علبة. في البداية ، تم إنتاج معظم الرقائق في غلاف معدني (مستدير أو مستطيل) مع خيوط مرنة تقع حول المحيط.
لم يسمح هذا التصميم باستخدام كل مزايا التصغير ، حيث أن أبعاد الجهاز كانت كبيرة جدًا مقارنة بحجم الكريستال. بالإضافة إلى ذلك ، كانت درجة الاندماج منخفضة ، مما أدى إلى تفاقم المشكلة. في منتصف الستينيات ، تم تطوير حزمة DIP (المزدوج في حزمة خط) عبارة عن هيكل مستطيل به خيوط صلبة على كلا الجانبين. لم يتم حل مشكلة الأبعاد الضخمة ، ولكن مع ذلك ، أتاح هذا الحل تحقيق كثافة تعبئة أكبر ، وكذلك تبسيط التجميع الآلي للدوائر الإلكترونية.يتراوح عدد دبابيس الدائرة الدقيقة في حزمة DIP من 4 إلى 64 ، على الرغم من أن الحزم التي تحتوي على أكثر من 40 "أرجل" لا تزال نادرة.
مهم! إن خطوة الدبوس للدوائر الدقيقة المحلية DIP هي 2.5 مم ، للاستيراد - 2.54 مم (1 خط = 0.1 بوصة). وبسبب هذا ، تنشأ مشاكل مع الاستبدال المتبادل لنظائرها الكاملة ، على ما يبدو ، من الإنتاج الروسي والمستورد. وجود تباين طفيف يجعل من الصعب تثبيت أجهزة متطابقة في الوظائف ومثبتات في اللوحات وفي اللوحة.
مع تطور التكنولوجيا الإلكترونية ، أصبحت عيوب حزم DIP واضحة. بالنسبة للمعالجات الدقيقة ، لم يكن عدد المسامير كافياً ، وتطلبت زيادتها الإضافية زيادة أبعاد العلبة. بدأت هذه الدوائر الصغيرة في شغل مساحة كبيرة غير مستخدمة على الألواح. المشكلة الثانية التي أدت إلى نهاية عصر هيمنة DIP هي الاستخدام الواسع النطاق للتركيب السطحي. لم يتم تثبيت العناصر في الفتحات الموجودة على السبورة ، ولكن تم لحامها مباشرة في وسادات التلامس. اتضح أن طريقة التثبيت هذه عقلانية للغاية ، لذلك كانت الدوائر الدقيقة مطلوبة في عبوات تتكيف مع لحام السطح. وبدأت عملية مزاحمة الأجهزة لتركيب "الفتحة" (ثقب حقيقي) العناصر المسماة smd (التفاصيل المثبتة على السطح).
الخطوة الأولى نحو الانتقال إلى حزم SOIC الفولاذية المثبتة على السطح وتعديلاتها (SOP و HSOP والمزيد). لديهم ، مثل DIP ، أرجل في صفين على طول الجوانب الطويلة ، لكنهم متوازيين مع المستوى السفلي من العلبة.
وكان التطوير الآخر هو حزمة QFP. تحتوي هذه العلبة ذات الشكل المربع على أطراف في كل جانب.حالة PLLC تشبهها ، لكنها لا تزال أقرب إلى DIP ، على الرغم من أن الأرجل تقع أيضًا حول المحيط بأكمله.
لبعض الوقت ، احتلت رقائق DIP مناصبها في قطاع الأجهزة القابلة للبرمجة (ROM ، وحدات تحكم ، PLM) ، ولكن انتشار البرمجة داخل الدائرة دفع حزم الثقوب الحقيقية ذات الصفين إلى خارج هذه المنطقة أيضًا. الآن حتى تلك الأجزاء ، التي يبدو أن تركيبها في الثقوب لا بديل لها ، تلقت أداء SMD - على سبيل المثال ، مثبتات الجهد المتكاملة ، إلخ.
اتخذ تطوير علب المعالجات الدقيقة مسارًا مختلفًا. نظرًا لأن عدد المسامير لا يتناسب مع محيط أي من الأحجام المربعة المعقولة ، يتم ترتيب أرجل دائرة كهربائية دقيقة كبيرة في شكل مصفوفة (PGA ، LGA ، إلخ.).
فوائد استخدام الرقائق
أحدث ظهور الدوائر الدقيقة ثورة في عالم الإلكترونيات (خاصة في تكنولوجيا المعالجات الدقيقة). تُذكر أجهزة الكمبيوتر على المصابيح التي تشغل غرفة واحدة أو أكثر على أنها فضول تاريخي. لكن المعالج الحديث يحتوي على حوالي 20 مليار ترانزستور. إذا أخذنا مساحة ترانزستور واحد في نسخة منفصلة لا تقل عن 0.1 سم مربع ، فيجب أن تكون المساحة التي يشغلها المعالج ككل على الأقل 200000 متر مربع - حوالي 2000 متوسط الحجم ثلاث غرف شقق سكنية.
تحتاج أيضًا إلى توفير مساحة للذاكرة وبطاقة الصوت وبطاقة الصوت ومحول الشبكة والأجهزة الطرفية الأخرى. ستكون تكلفة تركيب مثل هذا العدد من العناصر المنفصلة هائلة ، وموثوقية التشغيل منخفضة بشكل غير مقبول. سيستغرق استكشاف الأخطاء وإصلاحها والإصلاح وقتًا طويلاً للغاية. من الواضح أن عصر أجهزة الكمبيوتر الشخصية بدون رقائق بدرجة عالية من التكامل لم يكن ليأتي أبدًا.أيضًا ، بدون التقنيات الحديثة ، لن يتم إنشاء الأجهزة التي تتطلب قوة حوسبة كبيرة - من المنزل إلى الصناعية أو العلمية
إن اتجاه تطوير الإلكترونيات محدد سلفًا لسنوات عديدة قادمة. هذا ، أولاً وقبل كل شيء ، زيادة في درجة تكامل عناصر الدائرة المصغرة ، والتي ترتبط بالتطوير المستمر للتقنيات. هناك قفزة نوعية إلى الأمام ، عندما تصل إمكانيات الإلكترونيات الدقيقة إلى نهايتها ، لكن هذه مسألة مستقبل بعيد إلى حد ما.
مقالات مماثلة:
