תכונות המוצר

מסמכים ומדיה

סיווגי סביבה ויצוא

מעגלים משולבים 

מעגל משולב (IC) הוא שבב מוליכים למחצה הנושא רכיבים זעירים רבים כמו קבלים, דיודות, טרנזיסטורים ונגדים.רכיבים זעירים אלו משמשים לחישוב ואחסון נתונים בעזרת טכנולוגיה דיגיטלית או אנלוגית.אתה יכול לחשוב על IC כשבב קטן שיכול לשמש כמעגל שלם ואמין.מעגלים משולבים יכולים להיות מונה, מתנד, מגבר, שער לוגי, טיימר, זיכרון מחשב או אפילו מיקרו-מעבד.

IC נחשב לאבן היסוד של כל המכשירים האלקטרוניים של ימינו.שמה מרמז על מערכת של רכיבים מרובים הקשורים זה לזה המוטמעים בחומר מוליך למחצה דק עשוי סיליקון.

היסטוריה של מעגלים משולבים

הטכנולוגיה מאחורי מעגלים משולבים הוצגה לראשונה בשנת 1950 על ידי רוברט נויס וג'ק קילבי בארצות הברית של אמריקה.חיל האוויר האמריקאי היה הצרכן הראשון של ההמצאה החדשה הזו.ג'ק גם קילבי המשיך וזכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 2000 על המצאתו של IC ממוזער.

1.5 שנים לאחר הצגת העיצוב של קילבי, רוברט נויס הציג גרסה משלו למעגל המשולב.המודל שלו פתר כמה בעיות מעשיות במכשיר של קילבי.נויס השתמש גם בסיליקון עבור הדגם שלו, בעוד שג'ק קילבי השתמש בגרמניום.

רוברט נויס וג'ק קילבי קיבלו שניהם פטנטים בארה"ב על תרומתם למעגלים משולבים.הם נאבקו בבעיות משפטיות במשך כמה שנים.לבסוף, הן החברות של נויס והן של קילבי החליטו להצליב רישיון להמצאות שלהן ולהציג אותן לשוק גלובלי ענק.

סוגי מעגלים משולבים

ישנם שני סוגים של מעגלים משולבים.אלו הם:

1. ICs אנלוגיים

IC אנלוגי יש פלט המשתנה כל הזמן, בהתאם לאות שהם מקבלים.בתיאוריה, ICs כאלה יכולים להגיע למספר בלתי מוגבל של מצבים.בסוג זה של IC, רמת הפלט של התנועה היא פונקציה ליניארית של רמת הכניסה של האות.

IC ליניארי יכול לתפקד כמגברי תדר רדיו (RF) ושמע תדר (AF).המגבר התפעולי (op-amp) הוא המכשיר המשמש בדרך כלל כאן.בנוסף, חיישן טמפרטורה הוא יישום נפוץ נוסף.IC ליניארי יכול להפעיל ולכבות מכשירים שונים ברגע שהאות מגיע לערך מסוים.אתה יכול למצוא טכנולוגיה זו בתנורים, תנורי חימום ומזגנים.

2. IC דיגיטלי

אלה שונים מ-IC אנלוגי.הם אינם פועלים על פני טווח קבוע של רמות אות.במקום זאת, הם פועלים בכמה רמות מוגדרות מראש.ICs דיגיטליים פועלים ביסודו בעזרת שערים לוגיים.השערים הלוגיים משתמשים בנתונים בינאריים.לאותות בנתונים בינאריים יש רק שתי רמות הידועות בשם נמוך (לוגיקה 0) וגבוהה (לוגיקה 1).

IC דיגיטלי משמש במגוון רחב של יישומים כמו מחשבים, מודמים וכו'.

מדוע מעגלים משולבים פופולריים?

למרות שהומצאו לפני כמעט 30 שנה, מעגלים משולבים עדיין נמצאים בשימוש ביישומים רבים.בואו נדון בכמה מהמרכיבים האחראים לפופולריות שלהם:

1. מדרגיות 

לפני מספר שנים, ההכנסות של תעשיית המוליכים למחצה הגיעו לסכום מדהים של 350 מיליארד דולר.אינטל הייתה התורמת הגדולה ביותר כאן.היו גם שחקנים אחרים, ורובם היו שייכים לשוק הדיגיטלי.אם תסתכל על המספרים, תראה ש-80 אחוז מהמכירות שנוצרו על ידי תעשיית המוליכים למחצה היו משוק זה.

מעגלים משולבים שיחקו תפקיד גדול בהצלחה זו.אתה מבין, החוקרים של תעשיית המוליכים למחצה ניתחו את המעגל המשולב, היישומים שלו והמפרטים שלו והגדילו אותו.

ל-IC הראשון שהומצא אי פעם היו רק כמה טרנזיסטורים - 5 ליתר דיוק.ועכשיו ראינו את Xeon 18 ליבות של אינטל עם סך של 5.5 מיליארד טרנזיסטורים.יתר על כן, לבקר האחסון של יבמ היו 7.1 מיליארד טרנזיסטורים עם 480 MB מטמון L4 ב-2015.

מדרגיות זו מילאה תפקיד גדול בפופולריות הרווחת של מעגלים משולבים.

2. עלות

היו כמה ויכוחים על העלות של IC.במהלך השנים, הייתה גם תפיסה מוטעית לגבי המחיר האמיתי של IC.הסיבה מאחורי זה היא ש-ICs אינם מושג פשוט יותר.הטכנולוגיה מתקדמת במהירות עצומה, ומתכנני שבבים חייבים לעמוד בקצב הזה בעת חישוב עלות ה-IC.

לפני כמה שנים, חישוב העלות של IC השתמשו להסתמך על תבנית הסיליקון.באותה תקופה, ניתן לקבוע בקלות את הערכת עלות השבב לפי גודל הקוביות.בעוד שסיליקון הוא עדיין מרכיב עיקרי בחישובים שלהם, מומחים צריכים לשקול גם רכיבים אחרים בעת חישוב עלות ה-IC.

עד כה, מומחים הסיקו משוואה פשוטה למדי לקביעת העלות הסופית של IC:

עלות IC סופית = עלות חבילה + עלות בדיקה + עלות מתה + עלות משלוח

משוואה זו לוקחת בחשבון את כל האלמנטים הדרושים הממלאים תפקיד עצום בייצור השבב.בנוסף לכך, יכולים להיות גורמים נוספים שעשויים להילקח בחשבון.הדבר החשוב ביותר שיש לזכור בעת הערכת עלויות IC הוא שהמחיר עשוי להשתנות במהלך תהליך הייצור מסיבות רבות.

כמו כן, לכל החלטה טכנית שתתקבל במהלך תהליך הייצור עשויה להיות השפעה משמעותית על עלות הפרויקט.

3. אמינות

ייצור מעגלים משולבים הוא משימה מאוד רגישה שכן היא מחייבת את כל המערכות לעבוד ברציפות במהלך מיליוני מחזורים.שדות אלקטרומגנטיים חיצוניים, טמפרטורות קיצוניות ותנאי הפעלה אחרים משחקים תפקיד חשוב בפעולת IC.

עם זאת, רוב הבעיות הללו נפתרות עם שימוש בבדיקות סטרס גבוהות מבוקרות נכונה.זה לא מספק מנגנוני כשל חדשים, מה שמגביר את האמינות של המעגלים המשולבים.אנו יכולים גם לקבוע את התפלגות הכשל בזמן קצר יחסית באמצעות שימוש בלחצים גבוהים יותר.

כל ההיבטים הללו עוזרים לוודא שמעגל משולב מסוגל לתפקד כראוי.

יתר על כן, הנה כמה תכונות לקביעת ההתנהגות של מעגלים משולבים:

טֶמפֶּרָטוּרָה

הטמפרטורה עשויה להשתנות באופן דרסטי, מה שהופך את ייצור ה-IC לקשה ביותר.

מתח.

התקנים פועלים במתח נומינלי שיכול להשתנות מעט.

תהליך

וריאציות התהליך החיוניות ביותר המשמשות למכשירים הן מתח סף ואורך ערוץ.שינויים בתהליך מסווגים כ:

• הרבה להרבה
• רקיק אל רקיק
• למות למות

חבילות מעגלים משולבים

החבילה עוטפת את התבנית של מעגל משולב, מה שמקל עלינו להתחבר אליו.כל חיבור חיצוני על התבנית מקושר עם חתיכה זעירה של חוט זהב לסיכה על האריזה.פינים הם מסופים שחולצים בצבע כסף.הם עוברים דרך המעגל כדי להתחבר לחלקים אחרים של השבב.אלה חיוניים ביותר מכיוון שהם מסתובבים במעגל ומתחברים לחוטים ולשאר הרכיבים במעגל.

ישנם מספר סוגים שונים של חבילות שניתן להשתמש בהן כאן.לכולם יש סוגי הרכבה ייחודיים, מידות ייחודיות וספירת סיכות.בואו נסתכל איך זה עובד.

ספירת סיכות

כל המעגלים המשולבים מקוטבים, וכל פין שונה מבחינת התפקוד והמיקום.המשמעות היא שהחבילה צריכה לציין ולהפריד את כל הפינים זה מזה.רוב ה-ICs משתמשים בנקודה או בחריץ כדי להציג את הסיכה הראשונה.

ברגע שאתה מזהה את המיקום של הסיכה הראשונה, שאר מספרי הפינים גדלים ברצף כאשר אתה הולך נגד כיוון השעון מסביב למעגל.

הַרכָּבָה

הרכבה היא אחד המאפיינים הייחודיים של סוג חבילה.ניתן לסווג את כל החבילות לפי אחת משתי קטגוריות הרכבה: הרכבה על פני השטח (SMD או SMT) או חור דרך (PTH).הרבה יותר קל לעבוד עם חבילות דרך חור מכיוון שהן גדולות יותר.הם מתוכננים להיות קבועים בצד אחד של מעגל ומולחמים לצד אחר.

חבילות להרכבה על פני השטח מגיעות בגדלים שונים, מקטן ועד זעיר.הם קבועים בצד אחד של הקופסה ומולחמים על פני השטח.הפינים של החבילה הזו ניצבים לשבב, סחוטים מהצד, או לפעמים קבועים במטריצה ​​על בסיס השבב.מעגלים משולבים בצורה של התקנה על פני השטח דורשים גם כלים מיוחדים להרכבה.

In-Line כפול

Dual In-line Package (DIP) היא אחת החבילות הנפוצות ביותר.זהו סוג של חבילת IC דרך חור.השבבים הקטנים הללו מכילים שתי שורות מקבילות של סיכות הנמשכות אנכית מתוך בית שחור, פלסטיק, מלבני.

לפינים יש מרווח של כ-2.54 מ"מ ביניהם - תקן מושלם להתאמה ללוחות לחם ועוד כמה לוחות אב טיפוס אחרים.בהתאם לספירת הפינים, הממדים הכוללים של חבילת DIP עשויים להשתנות בין 4 ל-64.

האזור בין כל שורה של סיכות מרווח כדי לאפשר למחשבי DIP לחפוף את האזור המרכזי של לוח לחם.זה מוודא שלפינים יש שורה משלהם ואינם קצרים.

קטן-מתאר

חבילות מעגלים משולבים בעלות קווי מתאר קטנים או SOIC דומות לתלייה משטחית.זה מורכב על ידי כיפוף כל הפינים על DIP וכיווץ אותו למטה.אתה יכול להרכיב את החבילות האלה ביד יציבה ואפילו בעין עצומה – זה כל כך קל!

Quad Flat

אריזות Quad Flat מפזרים סיכות לכל ארבעת הכיוונים.המספר הכולל של פינים ב-IC מרובע שטוח יכול להשתנות בין שמונה פינים בצד (32 בסך הכל) לשבעים פינים בצד (300+ בסך הכל).לסיכות אלה יש מרווח של כ-0.4 מ"מ עד 1 מ"מ ביניהן.גרסאות קטנות יותר של חבילת ה-quad flat מורכבות מחבילות בעלות פרופיל נמוך (LQFP), דקות (TQFP) ודקות מאוד (VQFP).

מערכי רשת כדורים

Ball Grid Arrays או BGA הם חבילות ה-IC המתקדמות ביותר בסביבה.אלו חבילות קטנות מסובכות להפליא שבהן כדורי הלחמה זעירים מוצבים ברשת דו מימדית על בסיס המעגל המשולב.לפעמים המומחים מצמידים את כדורי ההלחמה ישירות לקובייה!

חבילות Ball Grid Arrays משמשות לעתים קרובות עבור מיקרו-מעבדים מתקדמים, כמו Raspberry Pi או pcDuino.