Prikupite mikro kola. Kako se prave integrisana kola

Savremeni svijet je toliko kompjuteriziran da se naš život praktično ne može zamisliti bez postojanja elektronskih uređaja koji nas prate u svim sferama našeg života i djelovanja.
A napredak ne miruje, već se nastavlja kontinuirano poboljšavati: uređaji se smanjuju i postaju moćniji, kapacitivniji i produktivniji. Ovaj proces je zasnovan na tehnologiji proizvodnja mikro kola, što je, u pojednostavljenoj verziji, spajanje nekoliko bez kućišta dioda, trioda, tranzistora, otpornika i drugih aktivnih elektronske komponente(ponekad njihov broj u jednom mikrokrugu doseže nekoliko miliona), ujedinjenih jednim krugom.

Poluprovodnički kristali (silicijum, germanijum, hafnijev oksid, galijum arsenid) su osnova za proizvodnju svih mikro kola. Na njima se izvode sve elementarne i međuelementne veze. Najčešći od njih je silicijum, jer je po svojim fizičko-hemijskim svojstvima najpogodniji za ove svrhe, poluprovodnik. Činjenica je da poluvodički materijali pripadaju klasi s električnom vodljivošću koja se nalazi između vodiča i izolatora. I mogu djelovati kao provodnici i dielektrici, ovisno o sadržaju drugih kemijskih nečistoća u njima.

Mikro kola se stvaraju uzastopnim stvaranjem različitih slojeva na tankoj poluvodičkoj pločici, koji se prethodno poliraju i mehaničkim ili hemijskim metodama dovode do zrcalne završne obrade. Njegova površina mora biti apsolutno glatka na atomskom nivou.

Video faze proizvodnje mikro kola:

Prilikom formiranja slojeva, zbog činjenice da su uzorci koji se nanose na površinu ploče tako mali, materijal koji naknadno formira šaru se odmah nanosi na cijelu površinu, a zatim se nepotreban uklanja postupkom fotolitografije.

Fotolitografija je jedna od glavnih faza proizvodnja čipova i donekle podsjeća na proizvodnju fotografije. Na površinu prethodno nanesenog materijala u ravnomjernom sloju se nanosi i poseban materijal osjetljiv na svjetlost (fotorezist), a zatim se suši. Nadalje, kroz specijalnu fotomasku, traženi uzorak se projektuje na površinu sloja. Pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, pojedina područja fotorezista mijenjaju svoja svojstva - jačaju, pa se neozračena područja naknadno uklanjaju. Ova metoda crtanja uzorka je toliko učinkovita u svojoj preciznosti da će se još dugo koristiti.

Nakon toga slijedi proces električnog povezivanja tranzistora u mikro krugovima, spajanjem tranzistora u zasebne ćelije, a ćelija u zasebne blokove. Međusobne veze se stvaraju u nekoliko metalnih slojeva gotovih mikro kola. Bakar se uglavnom koristi kao materijal u proizvodnji slojeva, a zlato se koristi za posebno produktivne sheme. Broj slojeva električnih veza ovisi o snazi ​​i performansama mikrokola koji se stvara - što je snažniji, više sadrži ovih slojeva.

Tako se dobija složena trodimenzionalna struktura elektronskog mikrokola debljine nekoliko mikrona. Zatim je elektroničko kolo prekriveno slojem dielektričnog materijala debljine nekoliko desetina mikrona. U njemu se otvaraju samo kontaktne jastučiće, preko kojih se napajanje i električni signali izvana naknadno dovode u mikrokolo. Ispod je pričvršćena kremena ploča debljine stotine mikrona.

Na kraju proizvodnog procesa, kristali na pločici se testiraju pojedinačno. Zatim se svaki čip pakira u svoje kućište, uz pomoć kojeg postaje moguće povezati ga s drugim uređajima. Bez sumnje, vrsta ambalaže ovisi o namjeni mikrokola i načinu na koji se koristi. Upakovani čips prolazi kroz glavnu fazu stres testa: izlaganje temperaturi, vlazi, struji. I već prema rezultatima testiranja, oni se odbijaju, sortiraju i klasifikuju prema specifikacijama.

Važna stvar u procesu proizvodnje delova mikro nivoa, kao što su mikro kola, je idealna čistoća prostora za proizvodnju. Zbog toga se za postizanje idealne čistoće koriste posebno opremljene prostorije koje su, prije svega, potpuno zatvorene, opremljene mikrofilterima za pročišćavanje zraka, osoblje koje radi u ovim prostorijama ima kombinezone koje sprječavaju ulazak bilo kakvih mikročestica. Osim toga, u takvim prostorijama je osigurana određena vlažnost, temperatura zraka, izgrađeni su na temeljima sa zaštitom od vibracija.

Video - izlet u fabriku u kojoj se proizvode mikro kola:

Nazad

Naprijed -

Imate li poslovnu ideju? Na našoj web stranici možete izračunati njegovu profitabilnost online!

U ovom članku ćemo govoriti o mikro krugovima, koje vrste postoje, kako su raspoređeni i gdje se koriste. Općenito, u modernoj elektronskoj tehnologiji teško je pronaći uređaj koji ne koristi mikro krugove. Čak i najjeftinije kineske igračke koriste različite planarne čipove napunjene smolom, koji imaju zadatak da kontrolišu funkciju. Štaviše, svake godine postaju sve složeniji iznutra, ali lakši za rukovanje i manji po veličini, spolja. Možemo reći da postoji stalna evolucija mikrokola.

Mikrokolo je elektronički uređaj ili njegov dio sposoban za obavljanje određenog zadatka. Ako bi bilo potrebno riješiti takav problem, koji rješavaju mnoga mikro kola, na diskretnim elementima, na tranzistorima, tada bi uređaj, umjesto malog pravokutnika dimenzija 1 centimetar sa 5 centimetara, zauzeo cijeli ormar i bio bi mnogo manje pouzdan. . Ali ovako su računari izgledali prije pola stotine godina!

Elektronski upravljački ormar - foto

Naravno, da bi mikrokolo radilo, nije dovoljno samo napajati ga, tzv. body kit”, To jest, oni pomoćni dijelovi na ploči, zajedno s kojima mikrokolo može obavljati svoju funkciju.

Chip body kit - crtež

Na gornjoj slici sam mikrokolo je istaknuto crvenom bojom, svi ostali dijelovi su njeni" body kit”. Vrlo često se mikrokrugovi zagrijavaju tokom svog rada, to mogu biti mikro krugovi stabilizatora, mikroprocesora i drugih uređaja. U tom slučaju, kako mikro krug ne bi izgorio, mora se pričvrstiti na radijator. Mikrokrugovi, koji bi se tokom rada trebali zagrijati, projektiraju se odmah sa posebnom pločom hladnjaka - površinom koja se obično nalazi na poleđini mikrokola, koja treba čvrsto pristajati uz radijator.

Ali u spoju, čak i pažljivo polirani radijator i ploča i dalje će imati mikroskopske praznine, zbog čega će se toplina iz mikrokruga manje učinkovito prenositi na radijator. Za popunjavanje ovih praznina koristi se pasta koja provode toplinu. Onaj koji stavljamo na procesor kompjutera prije nego što na njega fiksiramo radijator. Jedna od najčešće korištenih pasta je CBT-8.

Pojačala na mikro krugovima mogu se zalemiti doslovno za 1-2 večeri i odmah počinju raditi, bez potrebe za složenim podešavanjem i visokom kvalifikacijom tjunera. Odvojeno, želim reći o mikro krugovima automobilskih pojačala, iz kompleta za tijelo ponekad ima doslovno 4-5 dijelova. Za sastavljanje ovakvog pojačala, sa određenom tačnošću, nije vam potrebna ni štampana ploča (iako je poželjno) i sve možete sastaviti površinskom montažom, direktno na pinove mikro kola.

Istina, nakon montaže, bolje je odmah postaviti takvo pojačalo u kućište, jer je takav dizajn nepouzdan, a u slučaju slučajnog kratkog spoja žica, mikro krug se može lako izgorjeti. Stoga preporučujem svim početnicima, neka potroše malo više vremena, ali naprave štampanu ploču.

Regulisana napajanja na mikro krugovima - stabilizatori su čak lakši za proizvodnju od sličnih na tranzistorima. Pogledajte koliko dijelova zamjenjuje najjednostavniji LM317 mikro krug:

Mikrokrugovi na štampanim pločama u elektronskim uređajima mogu se zalemiti ili direktno na staze za štampanje ili umetnuti u posebne utičnice.

Utičnica za dip čip - fotografija

Razlika je u tome što u prvom slučaju, da bismo zamijenili mikrokolo, moramo ga prvo ispariti. A u drugom slučaju, kada stavimo mikrokolo u utičnicu, dovoljno je da mikrokolo izvadimo iz utičnice i lako se može zamijeniti drugim. Tipičan primjer zamjene mikroprocesora u računaru.

Također, na primjer, ako sastavite uređaj na mikrokontroler na štampana ploča, i nije predvidio programiranje u krugu, možete, ako ste zalemili u ploču ne sam mikro krug, već utičnicu u koju je umetnuta, tada se mikro krug može izvaditi i spojiti na posebnu ploču programatora.

U takve ploče su već zalemljene utičnice za različita kućišta mikrokontrolera za programiranje.

Analogna i digitalna mikro kola

Mikrokrugovi su dostupni u različitim tipovima, mogu biti i analogni i digitalni. Prvi, kao što naziv implicira, rade sa analognim talasnim oblikom, dok drugi rade sa digitalnim talasnim oblikom. Analogni signal može imati mnogo oblika.

Digitalni signal je niz jedinica i nula, visokog i niskog signala. Visok nivo je obezbeđen primenom 5 volti ili napona blizu ovog na pin, nizak nivo je odsustvo napona ili 0 volti.

Tu su i mikro kola ADC (analogno - digitalni pretvarač) i DAC (digitalno - analogni pretvarač) koji pretvara signal iz analognog u digitalni, i obrnuto. Tipičan primjer ADC-a se koristi u multimetru za pretvaranje električnih izmjerenih vrijednosti i njihovo prikazivanje na ekranu multimetra. Na slici ispod, ADC je crna mrlja na koju staze pristaju sa svih strana.

Mikrokontroleri

Relativno nedavno, u poređenju sa proizvodnjom tranzistora i mikro kola, uspostavljena je proizvodnja mikrokontrolera. Šta je mikrokontroler?

Ovo je poseban mikro krug, može se proizvoditi u oba Dip tako u SMD izvršenje, u čiju memoriju se može upisati program, tzv Hex fajl... Ovo je kompajlirana datoteka firmvera koja je napisana u posebnom uređivaču programskog koda. Ali nije dovoljno napisati firmver, potrebno ga je prenijeti, flešovati u memoriju mikrokontrolera.

Programer - slika

U tu svrhu služi programer... Kao što mnogi znaju, ima ih mnogo različite vrste mikrotroleri - AVR, PIC i drugi, za različite tipove potrebni su nam različiti programeri. I postoji i svako će moći da pronađe i napravi odgovarajuću po znanju i sposobnostima. Ako ne želite sami da pravite programator, onda možete kupiti gotov u online prodavnici ili naručiti iz Kine.

Slika iznad prikazuje mikrokontroler u SMD paketu. Koje su prednosti korištenja mikrokontrolera? Ako smo ranije, prilikom projektovanja i sklapanja uređaja na diskretnim elementima ili mikro krugovima, rad uređaja postavljali putem određene, često složene veze na štampanoj ploči pomoću više delova. Sada nam je dovoljno da napišemo program za mikrokontroler, koji će programski raditi isto, često brži i pouzdaniji od kola bez upotrebe mikrokontrolera. Mikrokontroler je čitav kompjuter, sa I/O portovima, mogućnošću povezivanja displeja i senzora, kao i upravljanja drugim uređajima.

Naravno, poboljšanje mikrokola neće tu stati, a može se pretpostaviti da će nakon 10 godina zaista biti mikro kola od riječi " mikro"- nevidljivo oku, koje će sadržavati milijarde tranzistora i drugih elemenata, veličine nekoliko atoma - tada će stvaranje najsloženijih elektronskih uređaja postati dostupno čak i neiskusnim radio-amaterima! kratka recenzija došao do kraja, bio sa tobom AKV.

Diskutujte o članku ČIPS

V. V. Panyushkin

("KhiZh", 2014, br. 4)

Proizvodnja sitnih čipova koji daju život laptopu jedna je od najsloženijih i najsofisticiranijih. Sastoji se od više od tri stotine operacija, a jedan proizvodni ciklus može trajati i do nekoliko sedmica. Kako ovaj proces izgleda na pojednostavljen način?

Nanesite sloj silikona

Prvo što treba učiniti je napraviti dodatni sloj na površini silikonske podloge promjera 30 cm. Atomi silicijuma se uzgajaju na podlozi epitaksijom: postepeno se talože na površini silicijuma iz gasne faze. Proces se odvija u vakuumu, tu nema ništa suvišno, pa se kao rezultat toga na površini formira najtanji sloj najčistijeg silicijuma sa istom kristalnom strukturom kao i silicijumski supstrat, samo još čišći. Drugim riječima, dobijamo malo poboljšanu podlogu.

Nanesite zaštitni sloj

Sada je na površini podloge potrebno stvoriti zaštitni sloj, odnosno jednostavno ga oksidirati kako bi se formirao najtanji film silicijum oksida SiO 2.

Njegova funkcija je vrlo važna: oksidni film će dodatno spriječiti da električna struja teče iz ploče. Usput, u U poslednje vreme Umjesto tradicionalnog silicijum dioksida, Intel je počeo da koristi visoko-k-dielektrik na bazi hafnijevih oksida i silikata, koji imaju veću dielektričnu konstantu k od silicijum oksida. Dielektrični sloj visoke k je napravljen oko dva puta deblji od konvencionalnog sloja SiO 2 sužavanjem susjedne regije, ali zbog toga, sa uporedivim kapacitetom, struja curenja može se smanjiti za faktor od stotinu. Ovo omogućava nastavak minijaturizacije procesora.

Nanesite sloj fotorezista

Na zaštitni sloj silicijum oksida potrebno je nanijeti fotorezist - polimerni materijal, čija se svojstva mijenjaju pod utjecajem zračenja. Najčešće tu ulogu imaju polimetakrilati, arilsulfoesteri i fen-formaldehidne smole, koje se uništavaju ultraljubičastim zračenjem (ovaj proces se naziva fotolitografija). Nanose se na rotirajuću podlogu prskanjem aerosola navedene supstance. U principu, moguće je koristiti i elektronski snop (litografija elektronskim snopom) ili meko rendgensko zračenje (rentgenska litografija) uparujući ih sa odgovarajućim osjetljivim supstancama. Ali pogledaćemo tradicionalni proces fotolitografije.

Zračimo ultraljubičastim svjetlom

Sada je podloga spremna za kontakt s ultraljubičastim svjetlom, ali ne direktno, već preko posrednika - fotomaske, koja djeluje kao šablon. U stvari, fotomaska ​​je crtež budućeg mikrokola, samo nekoliko puta uvećan. Za projektovanje na površinu podloge koriste se specijalne leće za smanjenje slike. Ovo rezultira zadivljujućom jasnoćom i preciznošću projekcije.

Ultraljubičasto svjetlo, prolazeći kroz masku i sočiva, projektuje sliku budućeg kola na podlogu. Na fotomaski su budući radni dijelovi integriranog mikrokola providni za ultraljubičasto zračenje, a pasivni dijelovi su obrnuto. Na onim mjestima na podlozi gdje će se nalaziti aktivni strukturni elementi, zračenje uništava fotootpor. A u pasivnim područjima ne dolazi do uništenja, jer ultraljubičasto svjetlo tamo ne dolazi: šablona je šablona. Hemijska reakcija ono što se dešava u sloju pod uticajem ultraljubičastog zračenja je veoma slično reakciji na filmu koja se dešava tokom fotografisanja. Uništeni fotorezist se lako otapa, tako da nije teško ukloniti produkte raspadanja sa podloge. Inače, za kreiranje jednog procesora potrebno je do 30 različitih fotomaski, tako da se korak ponavlja kako se slojevi nanose jedan na drugi.

Mi trujemo

Dakle, crtež budućeg kola sa svim elementima veličine do nekoliko nanometara prenosi se na površinu podloge. Područja na kojima se zaštitni sloj srušio sada treba izrezati. U ovom slučaju, pasivni dijelovi neće patiti, jer su zaštićeni polimernim slojem fotorezista, koji se nije srušio u prethodnoj fazi. Ozračena područja se urezuju ili hemijskim reagensima ili fizičkim metodama.

U prvom slučaju, kako bi se uništio sloj silicijum dioksida, koriste se kompozicije na bazi fluorovodonične kiseline i amonijum fluorida. Tečno nagrizanje je dobra stvar, ali postoji problem: tečnost ima tendenciju curenja ispod sloja otpornika u susjednim pasivnim područjima. Kao rezultat toga, detalji urezanog uzorka ispadaju veće veličine nego što ih daje maska. Stoga je poželjnija suha fizička metoda - reaktivno ionsko jetkanje plazmom. Odgovarajući reaktivni plin odabire se za svaki suho nagrizani materijal. Dakle, silicijum i njegova jedinjenja se nagrizaju hlorom i plazmom koja sadrži fluor (CCl 4 + Cl 2 + Ar, ClF 3 + Cl 2, CHF 3, CF 4 + H 2, C 2 F 6). Istina, suho jetkanje ima i nedostatak - manju selektivnost u odnosu na tečno jetkanje. Srećom, postoji univerzalna metoda za ovaj slučaj - jetkanje ionskim snopom. Pogodan je za bilo koji materijal ili kombinaciju materijala i ima najveću rezoluciju od bilo koje metode jetkanja, proizvodeći elemente veličine manje od 10 nm.

Mi legiramo

Sada je vrijeme za ionsku implantaciju. Omogućava unošenje gotovo bilo kojeg hemijskog elementa u potrebnoj količini na datu dubinu u urezana područja gdje je izložena silicijumska podloga. Svrha ove operacije je promijeniti vrstu provodljivosti i koncentraciju nosača u masi poluvodiča kako bi se dobila željena svojstva, na primjer, potrebna glatkoća p-n spoja. Najčešći dodaci za silicijum su fosfor, arsen (obezbeđuje elektronsku provodljivost n-tipa) i bor (p-tip provodljivosti rupa). Joni implantiranih elemenata u obliku plazme se ubrzavaju do velike brzine elektromagnetno polje i njima bombardovati podlogu. Energetski joni prodiru u nezaštićena područja, tonući u uzorak do dubine od nekoliko nanometara do nekoliko mikrometara.

Nakon uvođenja jona, sloj fotootpora se uklanja, a nastala struktura žari na visoke temperature kako bi se obnovila oštećena struktura poluvodiča i ligand ioni zauzimaju mjesta kristalne rešetke. Općenito, prvi sloj tranzistora je spreman.

Izrada prozora

Povrh dobijenog tranzistora potrebno je nanijeti izolacijski sloj na koji su istom fotolitografskom metodom urezana tri "prozora". Preko njih će se u budućnosti stvarati kontakti sa drugim tranzistorima.

Nanesite metal

Sada je cijela površina ploče prekrivena slojem bakra pomoću vakuumskog taloženja. Joni bakra putuju od pozitivne elektrode (anode) do negativne elektrode (katode), koja je supstrat, i slijeću na nju, ispunjavajući prozore stvorene jetkanjem. Površina se zatim polira kako bi se uklonio višak bakra. Metal se nanosi u nekoliko faza kako bi se stvorile međusobne veze (možete ih zamisliti kao spojne žice) između pojedinačnih tranzistora.

Raspored takvih interkonekcija je određen arhitekturom mikroprocesora. Tako se u modernim procesorima uspostavljaju veze između oko 20 slojeva koji čine složenu trodimenzionalnu šemu. Broj slojeva može varirati ovisno o vrsti procesora.

Testiranje

Konačno, naš disk je spreman za testiranje. Glavni inspektor ovdje su glave sonde na automatskim postrojenjima za sortiranje ploča. Dodirom ploča mjere električne parametre. Ako nešto krene po zlu, oni označavaju neispravne kristale, koji se potom odbacuju. Inače, kristal u mikroelektronici naziva se jedno integrirano kolo proizvoljne složenosti, postavljeno na poluvodičku pločicu.

Rezali smo

Zatim se ploče dijele na monokristale. Na jednu podlogu prečnika 30 cm postavljeno je oko 150 mikro krugova, približno 2x2 cm.

Procesor je spreman!

Nakon toga se povezuje kontaktna podloga koja omogućava komunikaciju između procesora i ostatka sistema, kristala i poklopca, koji odvodi toplotu sa kristala na hladnjak.

Procesor je spreman! Prema mojim (verovatno vrlo netačnim) procenama, za proizvodnju jednog modernog procesora, kao što je, na primer, četvorojezgarni Intel Core i7, potrebno je oko mesec dana rada ultramoderne fabrike i 150 kWh električne energije. Istovremeno, masa silicija i hemikalija utrošenih po kristalu izračunava se najviše u gramima, bakra - u frakcijama grama, zlata za kontakte - u miligramima, a ligandi poput fosfora, arsena, bora - pa čak i manje.

Vokabular

Za one koji rizikuju da se zabune u podlogama, čipovima, procesorima i kristalima, predstavljamo mali rečnik pojmova.

Supstrat - okrugla monokristalna silicijumska ploča prečnika od 10 do 45 cm, na kojoj se metodom epitaksije uzgajaju poluvodička mikro kola.

Kristal, čip, integrirano kolo - nije povezan sa drugim delom podloge sa višeslojnim sistemom tranzistora koji su na njemu izrasli, spojenih bakarnim kontaktima. Nadalje se koristi kao glavni dio mikroprocesora.

ligand (dopant) - u slučaju poluprovodljivih materijala, supstanca čiji su atomi ugrađeni u rešetku silicijumskog kristala, menjajući njegovu provodljivost.

Procesor, mikroprocesor - centralni računarski element savremenih računara. Sastoji se od kristala postavljenog na kontaktnu podlogu i prekrivenog poklopcem koji odvodi toplinu.

Fotomaska - prozirna ploča s uzorkom kroz koji prolazi svjetlost kada se fotorezist ozrači.

Photoresist - fotoosjetljivi polimerni materijal čija se svojstva, na primjer, topljivost, mijenjaju nakon izlaganja određenoj vrsti zračenja.

Epitaksija - pravilno orijentisan rast jednog kristala na površini drugog. U ovom slučaju, riječ "kristal" se koristi u svom osnovnom značenju. Postoji mnogo metoda za proizvodnju uređenih kristala zasnovanih na epitaksijalnom rastu.

Čip

Moderna integrirana kola dizajnirana za površinsku montažu.

Sovjetska i strana digitalna mikro kola.

Integral(engl. Integrisano kolo, IC, mikrokolo, mikročip, silicijumski čip ili čip), ( mikro)shema (IS, IC, m/š), čip, mikročip(eng. čip- čip, čip, čip) - mikroelektronski uređaj - elektroničko kolo proizvoljne složenosti, napravljeno na poluvodičkom kristalu (ili filmu) i smješteno u nerastavljivo kućište. Često ispod integralno kolo(IS) razumjeti stvarni kristal ili film sa elektronsko kolo i ispod mikrokolo(MS) - IS zatvoren u kutiju. Istovremeno, izraz “komponente čipa” znači “komponente za površinsku montažu” za razliku od komponenti za tradicionalno lemljenje u rupe na ploči. Stoga je ispravnije reći "chip microcircuit", što znači mikro krug za površinsku montažu. Trenutno (godina) većina mikrokola se proizvodi u paketima za površinsku montažu.

Priča

Pronalazak mikro krugova započeo je proučavanjem svojstava tankih oksidnih filmova, koji se očituju u efektu slabe električne provodljivosti pri niskim električnim naponima. Problem je bio u tome što nije postojao električni kontakt na tački kontakta dva metala, ili je imao polarna svojstva. Duboka proučavanja ovog fenomena dovela su do otkrića dioda i kasnije tranzistora i integriranih kola.

Nivoi dizajna

• Fizički - metode implementacije jednog tranzistora (ili male grupe) u obliku dopiranih zona na kristalu.
• Električni - princip električno kolo(tranzistori, kondenzatori, otpornici, itd.).
• Logika - logičko kolo (logički pretvarači, elementi ILI-NE, I-NE, itd.).
• Nivo inženjerstva kola i sistema - kola i kola inženjering sistema (okidači, komparatori, enkoderi, dekoderi, ALU, itd.).
• Topološke - topološke fotomaske za proizvodnju.
• Softverski nivo (za mikrokontrolere i mikroprocesore) - uputstva za sastavljanje programatora.

Trenutno je većina integrisanih kola razvijena pomoću CAD sistema, koji vam omogućavaju automatizaciju i značajno ubrzanje procesa dobijanja topoloških fotomaski.

Klasifikacija

Stepen integracije

Imenovanje

Integrirano mikrokolo može imati potpunu, koliko god složenu, funkcionalnost - do cijelog mikroračunara (mikroračunara sa jednim čipom).

Analogna kola

• Generatori signala
• Analogni množitelji
• Analogni atenuatori i promjenjivi pojačivači
• Stabilizatori napajanja
• Upravljački sklopovi za prebacivanje napajanja
• Pretvarači signala
• Kola za sinhronizaciju
• Razni senzori (temperatura, itd.)

Digitalni sklopovi

• Logičke kapije
• Buffer converters
• Memorijski moduli
• (Mikro) procesori (uključujući CPU u računaru)
• Mikroračunari sa jednim čipom
• FPGA - Programabilna logička integrirana kola

Digitalna integrirana kola imaju niz prednosti u odnosu na analogna:

• Smanjena potrošnja energije povezan sa upotrebom impulsnih električnih signala u digitalnoj elektronici. Prilikom prijema i pretvaranja takvih signala, aktivni elementi elektronskih uređaja (tranzistori) rade u "ključnom" načinu rada, odnosno tranzistor je ili "otvoren" - što odgovara signalu visokog nivoa (1), ili "zatvoren" " - (0), u prvom slučaju na tranzistoru nema pada napona, u drugom - struja ne teče kroz njega. U oba slučaja, potrošnja energije je blizu 0, za razliku od analognih uređaja, kod kojih su tranzistori većinu vremena u srednjem (otporovnom) stanju.
• Visoka otpornost na buku digitalni uređaji su povezani sa velikom razlikom između visokog (na primjer, 2,5 - 5 V) i niskog (0 - 0,5 V) signala. Kod takvih smetnji je moguća greška, kada se visoki nivo percipira kao nizak i obrnuto, što je malo vjerovatno. Osim toga, digitalni uređaji mogu koristiti posebne kodove za ispravljanje grešaka.
• Velika razlika između signala visokog i niskog nivoa i prilično širok interval njihovih dozvoljenih promjena čini digitalnu tehnologiju neosetljiv do neizbježnog rasipanja parametara elemenata u integralnoj tehnologiji, eliminira potrebu za odabirom i konfiguracijom digitalnih uređaja.

Pojava integrisanih kola napravila je pravu tehnološku revoluciju u elektronskoj i IT industriji. Čini se da su prije samo nekoliko decenija, za najjednostavnije elektronske proračune, korišteni ogromni kompjuteri za lampe, koji su zauzimali nekoliko soba, pa čak i cijele zgrade.

Ovi računari su sadržavali hiljade vakuumskih cijevi, koje su zahtijevale kolosalnu električnu energiju i posebne sisteme za hlađenje za rad. Danas ih zamjenjuju kompjuteri zasnovani na integriranim kolima.

U suštini, integrirano kolo je sklop mnogih mikroskopskih poluvodičkih komponenti postavljenih na podlogu i upakovanih u minijaturni paket.

Jedan moderni čip, veličine ljudskog nokta, mogao je sadržavati nekoliko miliona dioda, tranzistora, otpornika, olovnih žica i drugih komponenti unutar kojih bi u stara vremena bio potreban prostor prilično velikog hangara za njihovo smještaj.

Nema potrebe daleko tražiti primjere, i7 procesor, na primjer, sadrži više od tri milijarde tranzistora na površini manjoj od 3 kvadratna centimetra! I to nije granica.

Zatim ćemo sada pogledati osnovu procesa stvaranja mikro krugova. Mikrokolo je formirano planarnom (površinskom) tehnologijom litografijom. To znači da je, takoreći, uzgojen iz poluvodiča na silikonskoj podlozi.

Prije svega, priprema se tanka silikonska pločica, koja se dobiva od jednog kristala silicija rezanjem iz cilindričnog radnog komada pomoću diska obloženog dijamantom. Ploča je polirana posebnim uslovima kako biste izbjegli nanošenje prljavštine i prašine na njega.

Nakon toga se ploča oksidira - izlaže se kisiku na temperaturi od oko 1000 ° C kako bi se na njenoj površini dobio sloj jakog dielektričnog filma silicijum dioksida debljine potrebnog broja mikrona. Debljina tako dobijenog oksidnog sloja zavisi od vremena izlaganja kiseoniku, kao i od temperature podloge tokom oksidacije.

Zatim se fotorezist nanosi na sloj silicijum dioksida - fotoosjetljive kompozicije, koja se nakon ozračivanja rastvara u određenom hemijska supstanca... Na fotorezist se postavlja šablona - fotomaska ​​sa prozirnim i neprozirnim područjima. Zatim se ploča sa nanesenim fotorezistom eksponira - osvijetljena izvorom ultraljubičastog zračenja.

Kao rezultat ekspozicije, onaj dio fotorezista koji se nalazio ispod providnih područja fotomaske mijenja svoj Hemijska svojstva, i sada se može lako ukloniti zajedno sa silicijum dioksidom ispod sa posebnim hemikalijama, koristeći plazmu ili neku drugu metodu - to se zove jetkanje. Na kraju jetkanja, područja pločice nezaštićena fotorezistom (izložena) uklanjaju se sa eksponiranog fotorezista, a zatim iz silicijum dioksida.

Nakon jetkanja i čišćenja onih mjesta podloge, na kojima je ostao silicijum dioksid, sa neosvijetljenog fotorezista, pristupa se epitaksiji - na silicijumsku pločicu se nanose slojevi željene supstance debljine jednog atoma. Može se nanijeti onoliko takvih slojeva. Zatim se ploča zagrijava i vrši difuzija iona određenih tvari kako bi se dobilo p i n-područje. Bor se koristi kao akceptor, a arsen i fosfor kao donori.

Na kraju procesa vrši se metalizacija aluminijumom, niklom ili zlatom kako bi se dobili tanki provodljivi filmovi koji će služiti kao spojni provodnici za tranzistore, diode, otpornike itd. uzgojenih na podlozi u prethodnim fazama.na štampanoj ploči .