Интегрални схеми. Определения. Процеси на проектиране и производство. Основни елементи и технологии.


Категория на документа: Информатика


Интегрални Схеми. Определения. Процеси на проектиране и производство. Основни елементи и технологии

В компютрите спи магия! - оправдание на леля Веска да напусне работа, защото, когато останала да чисти офиса до среднощ, видяла как от компютрите започва да излиза призрачна завеса от падащи зелени цифри...

1. Интегрални схеми.

Интегрални схеми - EPROM памет с прозорче за ултравиолетови- лъчи.

Интегрална схема на NVIDIA с високопроизводителна многоядрна система за създаване на изображения в реално време

Интегралната схема (Integrated Circuit) отбелязвана също като ИС, микросхема, микрочип, силициев чип, или просто чип) представлява миниатюризирана електронна схема, направана от парче от пластина от полупроводников материал.

Първата интегрална схема е проектирана и деминстрирана от Jack Kilby от Texas Instruments и Robert Noyce от Fairchild Semiconductor (през 1958). Kilby получава Нобелова премия по физика за това през 2000 г.

Понастоящем интегралните схеми изграждат почти цялата електронна апаратура (вкл. и компютрите). Съществуват различни типове устройства, реализирани върху интегралните схеми в момента - например процесори за компютри, реализирани върху един чип (така наречените микропроцесори), или запомнящи устройства за процесори, мобилни телефони, фотоапарати, съдържащи памет за двоични кодове и данни.

Картинни примери на важни и атрактивни приложения на цифови устройства и системи, реализирани върху интегрални схеми:
- За управление в реално време на процесите в транспортни средства (автомобилна, военна, корабна, самолетна, космическа електроника);

- За осъществяване на съобщения и събиране на унформация чрез сложни съвременни инсталации и устройства (напр. съобщителни центрове и клетъчни станции, военни, научни и съобщителни сателити около земята):

- За създаване на устройства и системи за паралелна виртуална реалност:

За създаване на персонални компютри и високопроизводителни суперкомпютри:

Обикновено, устройствата на съвременната електронна апаратура (напр. компютрите), съдържат повече от един чипове върху електронни платки, наричани печатни платки (printed circuit boards), примери за които са показани на Фигура 1:

Печатна платка (printed circuit board -PCB), проектирана, използвайки автоматизирана система на компютър (вляво) и закрепени върху нея (асемблирани) интегрални схеми и други електронни компоненти (вдясно), свързани чрез проводникови писти в платката.

Фигура 1
2. Корпуси (Packages) на Интегралните Схеми.

Парчетата от пластина с полупроводников материал на интегралните схеми се вграждат в различни видове корпуси Най- често използваните корпуси за интегрални схеми са показани на Фигура 2 :

 DIP (Dual in-line package) - за "традиционни" интегрални схеми с 8 - 40 извода за входни и изходни сигнали (крачета, пинове - рins), разположени в 2 реда (линии).
 PGA ( Pin-grid array) - за чипове със сравнително голям брой елементи в тях и сравнително голям брой изводи, които са подредени в концентрични квадрати.
 SIP (Single in-line package) - за чипове с малък брой изводи, подредени в една линия.
Освен горните основни типове от корпуси на интегрални схеми, често се използват така наречените single in-line memory modules (SIMMs), които представляват електронни модули, с до 9 интегрални схеми в тях, функциониращи като завършено устройство, най-често съдържащи памет за компютри.
Фигура 2
3. Основни елементи на производствения процес за интегрални схеми

Фигура 3

Интегралните схеми понастоящем се произвеждат масово като парченца (dies) от кръгла тънка пластина (wafer) от полупроводников материал, най-често силициев монокристал - Фигура 3. В резултат на голям брой сложни електро - фото- химични процеси в чисти от прах и замърсявания помещения, върху всяко парче от пластината се реализира интегрална схема.
При фотолитографските процеси, високоенергийна ултравиолетова светлина (UV - light) се пропуска през фотомаска (mask) и попада върху силициевата пластина (Silicon wafer), която е покрита предварително с фоточувствителен защитен филм. Фотомаската представя графично областите от повърхността на чипа, чиито електрически свойства трябва да бъдат променени, за да се реализират чрез тях електронните елементи на схемата (най-често транзисторите). След проявяване на филма, областите от него, облъчени със светлина, се отстраняват. При това положение повърхността на чипа върху пластината съдържа вече защитени и незащитени от филм области. В следващи електрохимични процеси се променят електрическите свойства на незащитените области . След това нов слой от материал (layer) се добавя върху досега третираната повърхност на пластината, покрива се отново с филм, с помощта на други фотомаски отново се определят областите, които ще бъдат третирани чрез фотохимични процеси и по този начин процесите се повтарят многократно, като изграждането на електронната схема се извършва чрез последователно формиране на области с различни електрически свойства, в слой след слой от бъдещата интегрална схема. Последните процеси добавят в съответни нейни слоеве проводникови линии(wires) за свързване на реализираните в интегралната схема електронни елементи. Накрая, пластината се нарязва на парченца (чиповете), които се тестват и поставят в съответните корпуси.

За приготвяне на фотомаските, се използват проектираните (обикновено с помощта на автоматизирана система за проектиране) топологични чертежи на елементите и на цялата интегрална схема (integrated circuit layouts, или IC layouts, IC mask layouts).

Топологичният чертеж е геометрично представяне на интегралната схема и на нейните елементи (компоненти) чрез областите с различни електрически параметри (напр. проводимост и различен вид натрупани носители на електрически заряд) в различните слоеве на пластината.

Част от топологичен чертеж на цифрово устройство, реализирано в интегрална схема



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Интегрални схеми. Определения. Процеси на проектиране и производство. Основни елементи и технологии. 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.