Щоб працювала будь-яка мало-мальськи складна електроніка, зазвичай необхідно багато деталей. Коли їх багато, то вони можуть об’єднуватися», скажімо, в інтегральні схеми. Що вони собою являють? Як класифікуються? Яким чином виготовляються, і які сигнали передають?
Чим є логічні інтегральні схеми (ІС)
По суті, це мікроелектронний пристрій, який базується на кристалі довільної складності, виготовлена на напівпровідникової плівки або пластини. Воно поміщається в нерозбірний корпус (хоч може обійтися і без нього, але тільки коли він є частиною мікросхеми). Перша інтегральна схема була запатентована в 1968 році. Це стало своєрідним проривом в промисловості, хоча надане пристрій і не дуже сильно відповідало сучасним уявленням по своїм параметрам. Інтегральні схеми в масі своїй виготовляються для поверхневого монтажу. Часто під ІС розуміють один тільки кристал або плівку. Найбільшого поширення набула інтегральна схема на пластині кремнію. Так вийшло, що його застосування в промисловості має ряд переваг, наприклад, ефективність передачі сигналів.
Рівні проектування
Дані пристрої є складними, що прекрасно відображається. Зараз вони створюються за допомогою спеціальних САПР, які автоматизують і значно прискорюють виробничі процеси. Отже, при проектуванні опрацьовується:
- Логічний рівень (інвертори, І-НЕ, АБО-НЕ і їм подібні).
- Системо – і схемотехнічний (опрацьовуються тригери, шифратори, АЛУ, компаратори та інше);.
- Електричний (конденсатори, транзистори, резистори і їм подібні пристрої).
- Топологічний рівень – фотошаблони для виробництва.
- Фізичний – як реалізовується один транзистор (або невелика група) на кристалі.
- Програмний – створюються інструкції для мікроконтролерів, мікропроцесорів і ПЛІС. Розробляється модель поведінки за допомогою вертикальної схеми.
Класифікація
Говорячи про те, як розрізняють інтегральні схеми, не можна обрати тільки один параметр виду складності техніки, про яку ведеться мова. Тому в рамках статті було відібрано цілих три.
Ступінь інтеграції
Отже, тут основним прийнято вважати кількість елементів у кристалі:
- Мала інтегральна схема. Містить менше ста елементів.
- Середня інтегральна схема. Кількість елементів коливається в діапазоні сотня/тисяча.
- Велика інтегральна схема. Містить від тисячі до 10 000 елементів.
- Надвелика інтегральна схема. У них є понад десяти тисяч елементів.
Як правило, для побутових пристроїв часто використовується велика інтегральна схема. Раніше використовувалися й інші категорії:
- Ультрабольшая інтегральна схема. У неї зараховували ті зразки, які могли похвалитися кількістю елементів в діапазоні від 1 млн. до 1 млрд.
- Гигабольшая інтегральна схема. Сюди відносили зразки, кількість елементів яких перевищувала 1 млрд. елементів.
Але в даний момент часу вони не застосовуються. А всі зразки, які раніше відносили до УБИС і ГВІС, зараз проходять як НВІС. В цілому, це дозволило значно заощадити на кількості груп, оскільки два останніх типу зазвичай використовуються специфічно у великих науково-дослідних центрах, де працюють комп’ютерні системи, потужність яких вимірюється в десятках і сотнях терабайт.
Технологія виготовлення
Зважаючи різних можливостей виробництва інтегральні схеми також класифікуються по тому, як вони виготовляються і з чого:
1. Напівпровідникові. У них всі елементи і з’єднання виконуються на одному напівпровідниковому кристалі. Напівпровідникові інтегральні схеми використовують такі матеріали, як кремній, германій, і арсенід галію і оксид гафнію.
2. Плівкові. Всі елементи і з’єднання зроблені як плівки:
– Товстоплівкові.
– Тонкоплівкові.
3. Гібридна. Має безкорпусні діоди, транзистори або інші активні електронні компоненти. Пасивні (як то резистори, котушки індуктивності, конденсатори) розміщені на загальній керамічній підкладці. Всі вони вміщуються в один герметизований корпус.
4. Змішана. Тут є не тільки напівпровідниковий кристал, але і тонкоплівкові (або товстоплівкові) пасивні елементи, які розміщуються на його поверхні.
Вид оброблюваного сигналу
І третій, останній вид, ґрунтується на тому, які обробляє сигнали інтегральна схема. Вони бувають:
- Аналогові. Тут вхідні і вихідні сигнали змінюються згідно із законом безперервної функції. Вони можуть приймати значення в діапазоні від негативного до позитивного напруги живлення.
- Цифрові. Тут будь-вхідний чи вихідний сигнал може мати два значення: логічної одиниці або нуля. Кожному з них відповідає свій заздалегідь певний рівень напруги. Так, мікросхеми типу ТТЛ діапазон 0-0,4 В оцінюють в нуль, а 2,4-5В в одиницю. Можуть бути й інші поділу, все залежить від конкретного зразка.
- Аналогово-цифрові. Поєднують в собі переваги і особливості попередніх зразків. Наприклад, у них можуть бути підсилювачі сигналів і аналого-цифрові перетворювачі.
Правові особливості
Що говориться про інтегральні схеми в законодавстві? У нас в країні надано правову охорону топологій інтегральних мікросхем. Під нею розуміють що зафіксований на певному матеріальному носії геометрично-просторового розташування певної сукупності конкретних елементів і зв’язків між ними (згідно статті 1448 Цивільного кодексу Російської Федерації). Автор топології має такі інтелектуальні права на свій винахід:
- Авторські.
- Виключне право.
Крім цього автору топології можуть належати й інші преференції, у тому числі можливість одержання винагороди за її використання. Виключне право діє протягом десяти років. За цей час винахідник, або осіб, яким цей статус був відступлена, може зареєструвати топологію у відповідній службі інтелектуальної власності та патентів.
Висновок
От і все! Якщо у вас виникло бажання зібрати свою схему – можна тільки побажати успіху. Але одночасно хочеться звернути вашу увагу на одну особливість. Якщо є бажання зібрати мікросхему, то необхідно грунтовно підготуватися до цього процесу. Справа в тому, що для її створення потрібно виняткова чистота на рівні хірургічної операційної, до того ж, за дрібності деталей попрацювати паяльником в звичайному режимі не вийде – всі дії здійснюються машинами. Тому в домашніх умовах можна створювати тільки схеми. При бажанні можна придбати промислові розробки, які будуть пропонуватися на ринку, але ідею з їх виготовленням будинку без значних фінансів краще залишити.
