Что такое интегрированные схемы?

Интегрированной схемой (ИС) называют конструктивно законченное электронное изделие, что выполняет определенную функцию, все или часть элементов которого неразрывно связаны и электрически соединены между собой.Интегрированные элементы ИС (транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и т.п.) не имеют собственного конструктивно законченного исполнения (собственных внешних выводов, собственной корпусной защиты и т.п.), и поэтому не считаются отдельными изделиями. Кроме интегрированных, отдельные виды ИС могут иметь в своем составе неинтегрированные элементы (навесные миниатюрные транзисторы, диоды, катушки, конденсаторы и т.д.), которые принято называть компонентами.

Назначения. ИС является специфической интегрированной элементной базой ЭА. Они, в отличие от дискретной элементной базы, выполняют закончены, часто довольно сложные функции генерирования и обработки сигналов, записи, хранения и воспроизведения информации.

Классификация. До недавнего времени термин «Интегрированные схемы» и «Интегрированные микросхемы» означали одно и то же — интегрированные изделие с микрометровыми размерами элементов. Поэтому в технической литературе употреблялись обе соответствующие им аббревиатуры ИС и ИМС. С появлением в 80-х годах элементов нанометровых размеров возникает необходимость ввести термин «Интегрированные наносхемы» и соответствующую аббревиатуру ИНС. Учитывая это, ИС можно классифицировать по размеру элементов, считая, что по этому показателю они делятся на две группы — ИМС и ИНС. ИМС, в свою очередь, классифицируют по конструктивно-технологическим исполнением, функциональным назначением, степенью интеграции, применением, функциональной гибкостью, частотой, мощностью и тому подобное. По конструктивно-технологическим выполнением ИМС делятся на три большие группы: полупроводниковые, пленочные и гибридные. По функциональным назначением ИМС делят на аналоговые и импульсные. Аналоговые ИМС генерируют и обрабатывают аналоговые (непрерывные) электрические сигналы. Элементы этих схем работают в непрерывном режиме. В виде аналоговых ИМС изготавливают генераторы и усилители гармонических колебаний. Импульсные ИМ генерируют и обрабатывают импульсные электрические сигналы. Элементы этих схем работают в импульсном режиме. В виде импульсных ИМС изготавливают триггеры, мультивибраторы, блокинг-генераторы, а также цифровые ИМС (логические, регистры, счетчики, запоминающие и т.д.). Сложность конструкции ИМС характеризуется степенью интеграции n, которая численно равна десятичному логарифму от количества элементов N. То есть Безымянный

По степени интеграции ИМС делятся на малые (n ≈ 1 … 2), средние (n ≈ 2 … 3), крупные (n ≈ 3 … 4) и сверхбольшие (n> 4). За применением ИМС делятся на ИМС общего и специального применения. Первые из них разрабатывают и производят специализированные предприятия, специализирующиеся на производстве ИМС. Выпускают их преимущественно сериями, поэтому их называют серийными. Серия — это совокупность ИМС, предназначенных для совместного использования, и поэтому имеют одинаковую конструкцию и технологию, согласованные с напряжениями питания, входными и выходными сопротивлениями, уровнями входных и выходных сигналов. Большинство серий ИМС — это функциональные ряды, которые предназначены для создания определенного комплекса ЭА. Каждая ИМС этого ряда предназначена для выполнения определенной функции (например, генерирование, усиление, детектирование электрических сигналов и т.д.). Если функциональный ряд объединяет все схемные функции этого ЭА, то его называют полным. Серийные ИМС изготавливают как в полупроводниковом, так и в гибридном виде. ИМС специального назначения производят на предприятиях, специализирующиеся на изготовлении не ИМС, а ЭА. Они имеют специфические параметры и узкие области применения. Изготавливают их в гибридном виде, имеющий шире полупроводниковый вид функциональные возможности. Необходимость в специализированных ИМС существует потому, что вследствие сравнительно
высокой специализации интегрированной элементной базы построение ЭА на одних серийных ИМС не всегда возможна. По функциональной гибкостью ИМС делятся на такие, функции которых остаются неизменными, и на программируемые, функции которых можно изменять с программой. Программируемые ИМС зачастую выполняют функции микропроцессоров. По диапазону рабочих частот ИМС делятся на низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные, которые работают соответственно в килогерцовых, мегагерцовых и гигагерцовых диапазонах частот. Сверхвысокочастотные ИМС могут иметь элементы с сосредоточенными или распределенными параметрами. Геометрические размеры элементов с сосредоточенными параметрами меньше за длину волны, а элементов с распределенными параметрами, наоборот, — больше за длину волны.

По рассеиваемой мощностью Р ИМС делятся на мощные (Р> 25 мВт), средней мощности (3 мВт ≤Р ≤25 мВт, маломощные (1 мкВт≤Р≤3 мВт), микромощные (1 мкВт≤Р≤300мкВт), нановатные (Р≤1 мкВт).

Условные изображения и обозначения. На схемах ИМС обозначают квадратами, треугольниками или прямоугольником с указанием выполняемых функций или без указания (рис. 1).

Примеры условных обозначений ИМС: а, б - общие, в, г, д - с указанием выполняемых функций (в - логических г, д - аналоговых)

Рис. 1. Примеры условных обозначений ИМС: а, б — общие, в, г, д — с указанием выполняемых функций (в — логических г, д — аналоговых)

Условные обозначения ИМС — это набор символов (цифр и букв), которые означают группу и подгруппу по конструктивно-технологическим исполнением, порядковый номер разработки серии, группы и вид за функциональным назначением и порядковый номер разработки ИМС в этой серии по функциональным назначением. Покажем это на примере условного обозначения полупроводниковой ИМС -операционного усилителя, что имеет структуру на биполярных транзисторах с изоляцией элементов р-n-переходом, с порядковым номером разработки серии — 01 порядковым номером разработки ИМС в этой серии по функциональным назначением — 06: 1101ПД06.
В условном обозначении на первом месте стоит цифра (в нашем примере 1), которая означает группу по конструктивно-технологическим исполнением:
1.6 — полупроводниковые со структурами на биполярных транзисторах;
5.7 — полупроводниковые со структурами на полевых транзисторах;
2.4 — гибридные;
3 — другие.
На втором месте стоит цифра (в нашем примере 1), которая означает подгруппу за конструктивно-технологическим исполнением. Для группы 1 подгруппа 1 означает: структура на биполярных транзисторах с изоляцией р-n-переходом.
На третьем месте стоит двухзначная цифра (в нашем примере 01), которая означает порядковый номер разработки серии. В общем четырехзначное число, которое стоит перед буквами (в нашем
примере 1101) показывает, к какой серии относится ИМС.

На четвертом месте стоит буква (в нашем примере П), которая означает группу по функциональным назначением:
П — усилитель;
Г — генератор и т.п.
На пятом месте стоит буква (в нашем примере Д), которая означает вид за функциональным назначением:
Д — операционные;
С — дифференциальные и тому подобное.
На последнем шестом месте стоит двузначная цифра (в нашем примере 06), которая означает порядковый номер разработки ИМС в этой серии по функциональному назначению.
В случае необходимости разработчик вносит в систему условных обозначений дополнительную информацию: Р1101УД06 А-2
Перед серией ставят букву, которая означает материал и тип корпуса:
Р — пластмассовый,
М — металлокерамический и тому подобное.
На предпоследнем месте стоит буква (в нашем примере А), что характеризует отличие ИМС одного типа по электрическим параметрам.
И на последнем месте ставится однозначно цифра, которая обозначает тип
внешних выводов: 2 — ленточные; 1 — гибкие; 3 — жесткие и тому подобное.
В бескорпусных ИМС перед серией стоит буква Б, что означает «непосредственно корпусная «.
В экспортных вариантах на первом месте стоит буква У — «Украина», а на
втором Э — «Экспортный вариант». Например: УЭР1101УД06 А-2.

Строение. Элементы ИМС размещают в объеме и (или) на поверхности специальной основы, называется подложкой, на небольших расстояниях друг от друга. Изготавливают ИМС в корпусном и бескорпусном вариантах. Если первые из них предназначены в основном для монтажа на печатных платах, то вторые — для монтажа на платах микросборок. Внешний вид ИМС приведен на рис. 2.

Работа. Поскольку ИМС выполняют законченые функции, то их работа определяется теми функциями, которые они выполняют.

Свойства. ИМС имеют малый вес и габариты, потребляют малую энергию, что вместе с групповым характером производства обуславливает их низкую стоимость. А интегрированный характер соединений элементов вместе с малыми весогабаритными показателями делают ИМС высоконадежными. Групповой характер производства объясняет возникновение еще одного важного свойства ИМС — малого относительного разброса параметров их элементов, обеспечивает возможность частичной компенсации их отклонений, то есть частичной компенсации погрешностей выходных параметров, повышение их стабильности при эксплуатации.

Внешний вид некоторых корпусных (а) и бескорпусных (б, в, г) ИМС

Рис. 2. Внешний вид некоторых корпусных (а) и бескорпусных (б, в, г) ИМС

Таблица 2.1 Типичные параметры основных видов аналоговых ИМС

Типичные параметры основных видов аналоговых ИМС

Рассматривая свойства различных видов интегрированных устройств, определяются особенностями их конструкций и технологий, необходимо отметить, что полупроводниковые ИМС имеют высочайшую надежность, обусловленную преимущественно отсутствием в них навесных компонентов, низкую стоимость, обусловленную меньшим количеством монтажно-сборочных операций, наибольшую плотность компоновки элементов, вызванную их малыми размерами и близким размещением (Табл. 2.1). Зато гибридные ИМС имеют широкие функциональные возможности, высшие рабочие частоты, рассеивают больше мощности. Пленочные ИМС-за отсутствия качественных пленочных активных элементов (диодов, транзисторов) изготавливают, преимущественно в виде наборов пассивных элементов.

Применение. ИМС применяют для построения различных ЭА, в частности средств связи, ЭВМ, персональных компьютеров, микропроцессоров, микрокалькуляторов, радио- и телевизионных передатчиков и приемников, медицинских аппаратов, радиолокационных и навигационных систем и тому подобное.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA image
*