คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์

เอกสารและสื่อ

การจำแนกประเภทสิ่งแวดล้อมและการส่งออก

วงจรรวม

วงจรรวม (IC) เป็นชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่มีส่วนประกอบเล็กๆ มากมาย เช่น ตัวเก็บประจุ ไดโอด ทรานซิสเตอร์ และตัวต้านทานส่วนประกอบเล็กๆ เหล่านี้ใช้ในการคำนวณและจัดเก็บข้อมูลโดยใช้เทคโนโลยีดิจิทัลหรือแอนะล็อกคุณสามารถมองไอซีเป็นชิปขนาดเล็กที่สามารถใช้เป็นวงจรที่สมบูรณ์และเชื่อถือได้วงจรรวมอาจเป็นตัวนับ ออสซิลเลเตอร์ แอมพลิฟายเออร์ ลอจิกเกต ตัวจับเวลา หน่วยความจำคอมพิวเตอร์ หรือแม้แต่ไมโครโปรเซสเซอร์

ไอซีถือเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันทั้งหมดชื่อของมันบ่งบอกถึงระบบของส่วนประกอบหลายชิ้นที่เชื่อมโยงกันซึ่งฝังอยู่ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ทำจากซิลิคอนบาง ๆ

ประวัติความเป็นมาของวงจรรวม 

เทคโนโลยีเบื้องหลังวงจรรวมเริ่มเปิดตัวครั้งแรกในปี 1950 โดย Robert Noyce และ Jack Kilby ในสหรัฐอเมริกากองทัพอากาศสหรัฐฯ เป็นผู้บริโภครายแรกของสิ่งประดิษฐ์ใหม่นี้แจ็คยังคิลบียังได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2543 จากการประดิษฐ์ไอซีขนาดจิ๋ว

1.5 ปีหลังจากการแนะนำการออกแบบของ Kilby Robert Noyce ได้เปิดตัววงจรรวมในเวอร์ชันของเขาเองแบบจำลองของเขาแก้ไขปัญหาในทางปฏิบัติหลายประการในอุปกรณ์ของ Kilbyนอยซ์ยังใช้ซิลิคอนสำหรับแบบจำลองของเขา ในขณะที่แจ็ค คิลบีใช้เจอร์เมเนียม 

Robert Noyce และ Jack Kilby ต่างก็ได้รับสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาสำหรับการมีส่วนร่วมในวงจรรวมพวกเขาต่อสู้กับปัญหาทางกฎหมายเป็นเวลาหลายปีในที่สุด ทั้งบริษัทของ Noyce และ Kilby ก็ตัดสินใจที่จะข้ามลิขสิทธิ์สิ่งประดิษฐ์ของตนและแนะนำให้พวกเขารู้จักกับตลาดขนาดใหญ่ระดับโลก

ประเภทของวงจรรวม

วงจรรวมมีสองประเภทเหล่านี้คือ:

1. ไอซีอนาล็อก

ไอซีอนาล็อกมีเอาท์พุตที่เปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา ขึ้นอยู่กับสัญญาณที่ได้รับตามทฤษฎีแล้ว ไอซีดังกล่าวสามารถบรรลุสถานะได้ไม่จำกัดจำนวนใน IC ประเภทนี้ ระดับเอาต์พุตของการเคลื่อนไหวจะเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นของระดับอินพุตของสัญญาณ

ไอซีเชิงเส้นสามารถทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายสัญญาณความถี่วิทยุ (RF) และความถี่เสียง (AF)แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ (op-amp) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ตามปกติที่นี่นอกจากนี้ เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิก็เป็นอีกหนึ่งการใช้งานทั่วไปไอซีเชิงเส้นสามารถเปิดและปิดอุปกรณ์ต่างๆ ได้เมื่อสัญญาณถึงค่าที่กำหนดคุณสามารถพบเทคโนโลยีนี้ได้ในเตาอบ เครื่องทำความร้อน และเครื่องปรับอากาศ 

2. ไอซีดิจิทัล 

สิ่งเหล่านี้แตกต่างจากไอซีแอนะล็อกไม่ทำงานในช่วงระดับสัญญาณคงที่แต่จะทำงานในระดับที่กำหนดไว้ล่วงหน้าบางส่วนแทนไอซีดิจิทัลทำงานโดยพื้นฐานด้วยความช่วยเหลือของลอจิกเกตลอจิกเกตใช้ข้อมูลไบนารีสัญญาณในข้อมูลไบนารีมีเพียงสองระดับที่เรียกว่าต่ำ (ลอจิก 0) และสูง (ลอจิก 1)

ไอซีดิจิทัลถูกนำมาใช้ในแอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย เช่น คอมพิวเตอร์ โมเด็ม ฯลฯ

เหตุใดวงจรรวมจึงเป็นที่นิยม

แม้จะประดิษฐ์ขึ้นเมื่อเกือบ 30 ปีที่แล้ว แต่วงจรรวมยังคงถูกนำไปใช้ในการใช้งานมากมายเรามาพูดถึงองค์ประกอบบางอย่างที่รับผิดชอบต่อความนิยม : 

1. ความสามารถในการขยายขนาด 

ไม่กี่ปีที่ผ่านมา รายได้ของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์สูงถึง 350 พันล้านดอลลาร์สหรัฐอย่างเหลือเชื่อIntel เป็นผู้มีส่วนร่วมรายใหญ่ที่สุดที่นี่มีผู้เล่นคนอื่นๆ ด้วยเช่นกัน และส่วนใหญ่เป็นของตลาดดิจิทัลหากคุณดูตัวเลข คุณจะเห็นว่า 80 เปอร์เซ็นต์ของยอดขายที่เกิดจากอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์มาจากตลาดนี้

วงจรรวมมีบทบาทสำคัญในความสำเร็จนี้คุณเห็นไหมว่านักวิจัยของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ได้วิเคราะห์วงจรรวม การใช้งาน และข้อมูลจำเพาะของวงจร แล้วขยายขนาดให้ใหญ่ขึ้น

ไอซีตัวแรกที่เคยประดิษฐ์ขึ้นมีทรานซิสเตอร์เพียงไม่กี่ตัว ซึ่งต้องเจาะจงถึง 5 ตัวและตอนนี้เราได้เห็น Xeon แบบ 18 คอร์ของ Intel พร้อมด้วยทรานซิสเตอร์ทั้งหมด 5.5 พันล้านตัวนอกจากนี้ Storage Controller ของ IBM ยังมีทรานซิสเตอร์ 7.1 พันล้านตัวพร้อมแคช L4 480 MB ในปี 2558

ความสามารถในการขยายขนาดนี้มีบทบาทสำคัญในการได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายของวงจรรวม

2. ต้นทุน

มีการถกเถียงกันหลายครั้งเกี่ยวกับต้นทุนของ ICในช่วงหลายปีที่ผ่านมา มีความเข้าใจผิดเกี่ยวกับราคาที่แท้จริงของ IC เช่นกันเหตุผลเบื้องหลังก็คือ ไอซีไม่ใช่แนวคิดง่ายๆ อีกต่อไปเทคโนโลยีกำลังก้าวไปข้างหน้าด้วยความเร็วที่รวดเร็วอย่างมาก และนักออกแบบชิปจะต้องตามให้ทันเมื่อคำนวณต้นทุนของ IC

ไม่กี่ปีที่ผ่านมา การคำนวณต้นทุนสำหรับ IC เคยต้องใช้ซิลิคอนดายในเวลานั้น การประมาณต้นทุนชิปสามารถกำหนดได้อย่างง่ายดายด้วยขนาดแม่พิมพ์แม้ว่าซิลิคอนยังคงเป็นองค์ประกอบหลักในการคำนวณ แต่ผู้เชี่ยวชาญก็ต้องพิจารณาส่วนประกอบอื่นๆ เมื่อคำนวณต้นทุน IC ด้วยเช่นกัน

จนถึงตอนนี้ ผู้เชี่ยวชาญได้อนุมานสมการที่ค่อนข้างง่ายเพื่อกำหนดต้นทุนสุดท้ายของ IC:

ต้นทุน IC สุดท้าย = ต้นทุนแพ็คเกจ + ต้นทุนการทดสอบ + ต้นทุนแม่พิมพ์ + ค่าจัดส่ง

สมการนี้จะพิจารณาองค์ประกอบที่จำเป็นทั้งหมดที่มีบทบาทอย่างมากในการผลิตชิปนอกจากนั้น อาจมีปัจจัยอื่นๆ ที่อาจพิจารณาด้วยสิ่งสำคัญที่สุดที่ต้องคำนึงถึงเมื่อประมาณต้นทุน IC ก็คือราคาอาจแตกต่างกันในระหว่างกระบวนการผลิตด้วยเหตุผลหลายประการ

นอกจากนี้ การตัดสินใจทางเทคนิคใดๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิตอาจมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อต้นทุนของโครงการ

3. ความน่าเชื่อถือ

การผลิตวงจรรวมเป็นงานที่ละเอียดอ่อนมาก เนื่องจากต้องการให้ระบบทั้งหมดทำงานอย่างต่อเนื่องตลอดหลายล้านรอบสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก อุณหภูมิสุดขั้ว และสภาวะการทำงานอื่นๆ ล้วนมีบทบาทสำคัญในการทำงานของ IC

อย่างไรก็ตาม ปัญหาเหล่านี้ส่วนใหญ่หมดไปได้ด้วยการใช้การทดสอบความเครียดสูงที่มีการควบคุมอย่างถูกต้องไม่มีกลไกความล้มเหลวใหม่ เพิ่มความน่าเชื่อถือของวงจรรวมนอกจากนี้เรายังสามารถระบุการกระจายความล้มเหลวได้ในเวลาอันสั้นผ่านการใช้ความเค้นที่สูงขึ้น

ทุกแง่มุมเหล่านี้ช่วยให้แน่ใจว่าวงจรรวมสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง

นอกจากนี้ ต่อไปนี้เป็นคุณลักษณะบางประการในการกำหนดพฤติกรรมของวงจรรวม:

อุณหภูมิ

อุณหภูมิอาจแตกต่างกันอย่างมาก ทำให้การผลิต IC ทำได้ยากมาก

แรงดันไฟฟ้า.

อุปกรณ์ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าปกติซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงได้เล็กน้อย

กระบวนการ

รูปแบบกระบวนการที่สำคัญที่สุดที่ใช้สำหรับอุปกรณ์คือแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์และความยาวของช่องสัญญาณความแปรผันของกระบวนการจัดเป็น:

• เยอะไปมาก
• เวเฟอร์เพื่อเวเฟอร์
• ตายไปตาย

แพ็คเกจวงจรรวม

แพ็คเกจนี้ห่อหุ้มแม่พิมพ์ของวงจรรวมไว้ ทำให้เราเชื่อมต่อกับมันได้ง่ายการเชื่อมต่อภายนอกแต่ละจุดบนแม่พิมพ์จะเชื่อมโยงกับลวดทองชิ้นเล็กๆ เข้ากับหมุดบนบรรจุภัณฑ์หมุดเป็นขั้วต่อแบบอัดรีดที่มีสีเงินพวกมันผ่านวงจรเพื่อเชื่อมต่อกับส่วนอื่น ๆ ของชิปสิ่งเหล่านี้จำเป็นอย่างยิ่งเนื่องจากพวกมันจะพันรอบวงจรและเชื่อมต่อกับสายไฟและส่วนประกอบที่เหลือในวงจร

มีแพ็คเกจหลายประเภทที่สามารถใช้ได้ที่นี่ทั้งหมดมีประเภทการยึดที่เป็นเอกลักษณ์ ขนาดเฉพาะ และจำนวนพินลองมาดูวิธีการทำงานนี้

การนับพิน

วงจรรวมทั้งหมดมีโพลาไรซ์ และแต่ละพินมีความแตกต่างกันทั้งในด้านฟังก์ชันและตำแหน่งซึ่งหมายความว่าแพ็คเกจจำเป็นต้องระบุและแยกพินทั้งหมดออกจากกันไอซีส่วนใหญ่ใช้จุดหรือรอยบากเพื่อแสดงพินแรก

เมื่อคุณระบุตำแหน่งของพินแรกแล้ว หมายเลขพินที่เหลือจะเพิ่มขึ้นตามลำดับเมื่อคุณหมุนทวนเข็มนาฬิกาไปรอบๆ วงจร

การติดตั้ง

การติดตั้งเป็นหนึ่งในลักษณะเฉพาะของประเภทบรรจุภัณฑ์บรรจุภัณฑ์ทั้งหมดสามารถจัดประเภทตามหนึ่งในสองประเภทการติดตั้ง: การติดตั้งบนพื้นผิว (SMD หรือ SMT) หรือรูทะลุ (PTH)การทำงานกับแพ็คเกจทะลุผ่านรูได้ง่ายกว่ามากเนื่องจากมีขนาดใหญ่กว่าได้รับการออกแบบมาให้ยึดไว้ที่ด้านหนึ่งของวงจรและบัดกรีไปที่อีกด้านหนึ่ง

บรรจุภัณฑ์แบบยึดติดบนพื้นผิวมีหลายขนาด ตั้งแต่ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดเล็กพวกมันได้รับการแก้ไขที่ด้านหนึ่งของกล่องและบัดกรีเข้ากับพื้นผิวหมุดของแพ็คเกจนี้ตั้งฉากกับชิป บีบออกด้านข้าง หรือบางครั้งตั้งอยู่ในเมทริกซ์บนฐานของชิปวงจรรวมในรูปแบบการยึดบนพื้นผิวยังต้องใช้เครื่องมือพิเศษในการประกอบอีกด้วย

อินไลน์คู่

Dual In-line Package (DIP) เป็นหนึ่งในแพ็คเกจทั่วไปนี่คือแพ็คเกจ IC ทะลุผ่านรูชนิดหนึ่งชิปขนาดเล็กเหล่านี้มีหมุดสองแถวขนานกันซึ่งยื่นออกมาในแนวตั้งจากตัวเรือนพลาสติกสี่เหลี่ยมสีดำ

พินมีระยะห่างระหว่างพินประมาณ 2.54 มม. ซึ่งเป็นมาตรฐานที่สมบูรณ์แบบสำหรับใส่ลงในเขียงหั่นขนมและบอร์ดต้นแบบอื่นๆขนาดโดยรวมของแพ็คเกจ DIP อาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ 4 ถึง 64 ขึ้นอยู่กับจำนวนพิน

ขอบเขตระหว่างพินแต่ละแถวมีระยะห่างเพื่อให้ DIP IC สามารถซ้อนทับบริเวณกึ่งกลางของเขียงหั่นขนมได้เพื่อให้แน่ใจว่าหมุดจะมีแถวเป็นของตัวเองและไม่สั้น

โครงร่างขนาดเล็ก

แพ็คเกจวงจรรวมโครงร่างขนาดเล็กหรือ SOIC มีลักษณะคล้ายกับการติดตั้งบนพื้นผิวมันถูกสร้างขึ้นโดยการงอพินทั้งหมดบน DIP และย่อให้เล็กลงคุณสามารถประกอบบรรจุภัณฑ์เหล่านี้ด้วยมือที่มั่นคงและแม้กระทั่งหลับตา ง่ายมาก!

แฟลตรูปสี่เหลี่ยม

แพ็คเกจ Quad Flat จะกระจายหมุดทั้งสี่ทิศทางจำนวนพินทั้งหมดใน IC แบบแบนรูปสี่เหลี่ยมอาจแตกต่างกันตั้งแต่แปดพินที่ด้านข้าง (ทั้งหมด 32 พิน) ไปจนถึงเจ็ดสิบพินที่ด้านข้าง (รวมทั้งหมด 300+)พินเหล่านี้มีช่องว่างระหว่างพินประมาณ 0.4 มม. ถึง 1 มม.รูปแบบที่เล็กกว่าของแพ็คเกจ quad flat ประกอบด้วยแพ็คเกจแบบ low-profile (LQFP), แบบบาง (TQFP) และแบบบางมาก (VQFP)

อาร์เรย์กริดบอล

Ball Grid Arrays หรือ BGA เป็นแพ็คเกจ IC ที่ทันสมัยที่สุดสิ่งเหล่านี้เป็นแพ็คเกจขนาดเล็กที่ซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อ โดยมีการบัดกรีลูกบอลเล็ก ๆ ไว้ในตารางสองมิติบนฐานของวงจรรวมบางครั้งผู้เชี่ยวชาญจะติดลูกประสานเข้ากับแม่พิมพ์โดยตรง!

แพ็คเกจ Ball Grid Arrays มักใช้กับไมโครโปรเซสเซอร์ขั้นสูง เช่น Raspberry Pi หรือ pcDuino