Fórum ElektroLab.eu

História, technológia a proces výroby integrovaného obvodu

História, technológia a proces výroby integrovaného obvodu
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  544 zobrazení
1
 0
Rádioamatérov almanach

Integrovaný obvod, bežne označovaný ako IC, je vo svojej podstate mikroskopické pole elektronických obvodov a komponentov, ktoré je rozptýlené alebo implantované na povrch monokryštálu alebo čipu polovodičového materiálu, ako je kremík. Pomenovanie - integrovaný obvod, naznačuje komponenty, obvody a základný materiál sú všetky vyrobené spoločne alebo integrované z jedného kusu kremíka, na rozdiel od diskrétneho obvodu, v ktorom sú komponenty vyrobené osobitne z rôznych materiálov a neskôr sú zostavené do jedného kompaktného celku. Integrované obvody siahajú sú všeobecné pomenovanie pre jednoduchí logické moduly až po kompletné mikropočítače obsahujúce milióny prvkov.

Vplyv integrovaných obvodov na naše životy bol v začiatkoch svojho nástupu obrovský a rovnaký je aj teraz. Integrované obvody sa stali hlavnými súčasťami takmer všetkých elektronických zariadení. Tieto miniatúrne obvody sa vyznačujé najmä nízkymi nákladmi na výrobu, vysokou spoľahlivosťou, nízkymi požiadavkami na napájanie a vysokými rýchlosťami v porovnaní s elektrónkami a tranzistormi, ktoré im predchádzali. Mikropočítače s integrovanými obvodmi sa teraz používajú ako ovládače v zariadeniach, ako sú obrábacie stroje, operačné systémy vozidiel a ďalšie aplikácie, v ktorých sa predtým používali hydraulické, pneumatické alebo mechanické ovládače.
Pretože mikropočítače sú menšie a univerzálnejšie ako predchádzajúce kontrolné mechanizmy, umožňujú zariadeniam reagovať na širší rozsah vstupu a produkovať širší rozsah výstupu. Môžu byť tiež preprogramované bez toho, aby bolo potrebné prepracovať ich riadiace obvody. Mikropočítače s integrovanými obvodmi sú také lacné, že sa dokonca nachádzajú v elektronických hračkách pre deti.

Mooreov zákon

V roku 1965 publikoval Gordon Moore (zakladateľ spoločnosti Intel) dokument, v ktorom sa uvádza, že medzi rokmi 1958 a 1965 sa počet tranzistorov na integrovanom obvode približne každých 18 až 24 mesiacov zdvojnásobí. Predpokladal, že to bude nejaký čas pokračovať. Tento koncept platí už 50 rokov a je známy ako „Mooreov zákon“.

Ak chcete pochopiť súvislosti Mooreovho zákona, pozrime sa na fyzický vývoj mikročipu. V roku 1958 vedec spoločnosti Texas Instruments vyvinul vôbec prvý integrovaný obvod. Mal dva tranzistory (čím viac, tým lepšie) s „dĺžkou procesu hradla“ (čím menší, tým lepší) bol asi 0,5 palca.

Prvé integrované obvody boli vytvorené koncom 50. rokov 20. storočia ako reakcia na požiadavku armády, aby sa miniaturizovaná elektronika používala v riadiacich systémoch rakiet. Tranzistory a dosky s plošnými spojmi boli v tom čase najmodernejšou elektronickou technológiou. Aj keď tranzistory umožnili mnoho nových elektronických aplikácií, inžinieri stále neboli schopní vyrobiť dostatočne malý blok pre veľké množstvo komponentov a obvodov potrebných v zložitých zariadeniach, ako sú sofistikované riadiace systémy a ručné programovateľné kalkulačky. Niekoľko spoločností súťažilo o prielom v miniaturizovanej elektronike a ich vývojové úsilie bolo tak blízko, že sa natíska otázka, ktorá spoločnosť skutočne vyrobila prvý integrovaný obvod. Keď bol v roku 1959 konečne patentovaný integrovaný obvod, patent bol udelený spoločne dvom jednotlivcom pracujúcim samostatne v dvoch rôznych spoločnostiach.

Prvý integrovaný obvod z roku 1958.

Po vynáleze integrovaného obvodu v roku 1959 sa počet komponentov a obvodov, ktoré sa mohli začleniť do jedného čipu, zdvojnásobil každý rok na niekoľko rokov. Prvé integrované obvody obsahovali iba asi 12 komponentov. Proces, ktorý tieto počiatočné integrované obvody produkoval, sa nazýval integrácia v malom meradle alebo SSI. V polovici 60-tych rokov sa začala uplatňovať stredná integrácia MSI a začali sa vyrábať integrované obvody so stovkami komponentov. Nasledovali rozsiahle integračné techniky alebo LSI, ktoré vyrábali integrované obvody s tisíckami komponentov a umožnili vzniku prvých mikropočítačov.

Prvý mikropočítačový čip, často nazývaný aj mikroprocesor, bol vyvinutý spoločnosťou Intel Corporation v roku 1969. Do komerčnej výroby vstúpil v roku 1971 ako Intel 4004. Intel predstavil svoj čip 8088 v roku 1979, nasledovaný procesormi Intel 80286, 80386 a 80486. Koncom osemdesiatych rokov a začiatkom deväťdesiatych rokov boli počítačovým používateľom dobre známe označenia 286, 386 a 486, ktoré odrážajú zvyšujúcu sa úroveň výpočtového výkonu a rýchlosti. Pokračovateľom tohto radu bol čip Pentium od spoločnosti Intel, ktorý bol najnovší v tejto sérii a odrážal ešte vyššiu úroveň spracovania a integrácie.

Štruktúra integrovaného obvodu Intel 4004, ktorý mal 2300 tranzistorov s dĺžkou hradla 10 000 nanometrov a počítačovým výkonom asi 740 kHz. Do tejto doby každý tranzistor stál v priemere asi 1 $.

Teraz rýchlo vpred o ďalších 40 rokov ...