Интегральная микросхема

Современные интегральные микросхемы, предназначенные для поверхностного монтажа.

Интегральная (engl. Integrated circuit, IC, microcircuit, microchip, silicon chip, or chip), микросхема (ИС, ИМС, м/сх), чип, микрочип (англ. chip - щепка, обломок, фишка) - микроэлектронное устройство - электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) - ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение «чип компоненты» означает «компоненты для поверхностного монтажа» в отличие от компонентов для традиционной пайки в отверстия на плате. Поэтому правильнее говорить «чип микросхема», имея в виду микросхему для поверхностного монтажа. В настоящий момент (2006 год) большая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.

История

В 1958 году двое учёных, живущих в совершенно разных местах, изобрели практически идентичную модель интегральной схемы. Один из них, Джек Килби, работал на Texas Instruments, другой, Роберт Нойс, был одним из основателей небольшой компании по производству полупроводников Fairchild Semiconductor. Обоих объединил вопрос: «Как в минимум места вместить максимум компонентов?». Транзисторы, резисторы, конденсаторы и другие детали в то время размещались на платах отдельно, и учёные решили попробовать их объединить в один монолитный кристалл из полупроводникового материала. Только Килби воспользовался германием, а Нойс предпочёл кремний. В 1959 году они отдельно друг от друга получили патенты на свои изобретения - началось противостояние двух компаний, которое закончилось мирным договором и созданием совместной лицензии на производство чипов. После того как в 1961 году Fairchild SemiconductorCorporation пустила интегральные схемы в свободную продажу, их сразу стали использовать в производстве калькуляторов и компьютеров вместо отдельных транзисторов, что позволило значительно уменьшить размер и увеличить производительность.

Первая советская полупроводниковая микросхема была создана в 1961 г. в Таганрогском радиотехническом институте, в лаборатории Л.Н. Колесова.

Первая в СССР полупроводниковая интегральная микросхема была разработана (создана) на основе планарной технологии, разработанной в начале 1960 года в НИИ-35 (затем переименован в НИИ «Пульсар») коллективом, который в дальнейшем был переведён в НИИМЭ (Микрон). Создание первой отечественной кремниевой интегральной схемы было сконцентрировано на разработке и производстве с военной приёмкой серии интегральных кремниевых схем ТС-100 (37 элементов - эквивалент схемотехнической сложности триггера, аналога американских ИС серии SN-51 фирмы Texas Instruments). Образцы-прототипы и производственные образцы кремниевых интегральных схем для воспроизводства были получены из США. Работы проводились НИИ-35 (директор Трутко) и Фрязинским заводом (директор Колмогоров) по оборонному заказу для использования в автономном высотомере системы наведения баллистической ракеты. Разработка включала шесть типовых интегральных кремниевых планарных схем серии ТС-100 и с организацией опытного производства заняла в НИИ-35 три года (с 1962 по 1965 год). Ещё два года ушло на освоение заводского производства с военной приёмкой во Фрязино (1967 год).

Уровни проектирования.

· Физический - методы реализации одного транзистора (или небольшой группы) в виде легированных зон на кристалле;

· Электрический - принципиальная электрическая схема (транзисторы, конденсаторы, резисторы и т.п.);

· Логический - логическая схема (логические инверторы, элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ и т.п.);

· Схемо- и системотехнический уровень - схемо- и системотехническая схемы (триггеры, компараторы, шифраторы, дешифраторы, АЛУ и т.п.);

· Топологический - топологические фотошаблоны для производства;

· Программный уровень (для микроконтроллеров и микропроцессоров) - команды ассемблера для программиста.

В настоящее время большая часть интегральных схем разрабатывается при помощи САПР, которые позволяют автоматизировать и значительно ускорить процесс получения топологических фотошаблонов.

Классификация

Степень интеграции

В СССР были предложены следующие названия микросхем в зависимости от степени интеграции (указано количество элементов для цифровых схем):

· Малая интегральная схема (МИС) - до 100 элементов в кристалле;

· Средняя интегральная схема (СИС) - до 1000 элементов в кристалле;

· Большая интегральная схема (БИС) - до 10000 элементов в кристалле;

· Сверхбольшая интегральная схема (СБИС) - до 1 миллиона элементов в кристалле;

· Ультрабольшая интегральная схема (УБИС) - до 1 миллиарда элементов в кристалле;

Статья в тему

Структурные схемы надежности
Расчёты надёжности - это расчёты, предназначенные для определения количественных показателей надёжности. На этапе проектирования расчёт надёжности проводится с целью прогнозирования надёжности проектируемой системы. На этапе испытаний и эксплуатации расчёт надёжности проводится д ...