Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Кафедра Конструирования и производства радиоэлектронных средств
Дисциплина: «Компоненты электронной техники»
Раздел 3: «Активные элементы радиоэлектронных устройств»
Лекция №6. «Микросхемы»
(2 часа)
Доцент кафедры, к.п.н., Мордовин В.Н.
2024 г.
Учебные вопросы
1.Классификация, уровни проектирования и степень интеграции микросхем.
2.Аналоговые микросхемы и основные области их применения.
3.Цифровые микросхемы и основные области их применения.
3.1.Логические микросхемы.
3.2.Триггеры.
3.3.Элементы арифметических и дискретных устройств.
4.Цифровые интегральные микросхемы.
4.1.Микроконтроллер.
4.2.Микропроцессор.
5. Виды корпусов и маркировка отечественных и зарубежных микросхем.
Литература
1.Электрические и электронные компоненты устройств и систем : учеб.- Э45 ме-тод. пособие / В. В. Баранов [и др.]. - Минск : БГУИР, 2019. -136 с. : ил.
2.Путеводитель по электронным компонентам: сборник/ Лев Шапиро. СПб.: Свое издательство, 2014. – 184с.
3.Свистова Т.В. Основы микроэлектроники: учеб. Пособие [Электронный ресурс]. - Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический универси- тет», 2017.
3
ВВЕДЕНИЕ
Постепенно полупроводниковая электроника создала предпосылки для создания устройств на общем кристалле, а не из отдельных элементов.
Благодаря применению данной технологии в настоящее время можно сразу создать на одном кристалле законченную схему из нескольких тысяч или даже миллионов электронных компонентов.
Преимущества новой разработки:
–Снижение затрат (стоимость микросхемы обычно гораздо меньше, чем общая стоимость всех составляющих ее электронных элементов).
–Надежность устройства. Это имеет огромное значение, поскольку поиск неисправности в схеме из десятков или сотен тысяч электронных компонентов –довольно сложная и трудоемкая работа.
–Ввиду того что электронные элементы интегральной микросхемы в сотни и тысячи раз меньше своих аналогов в обычной сборной схеме, их
энергопотребление намного меньше, а КПД гораздо выше.
Микроэлектроника - современное направление электроники, включающее исследование, конструирование и производство интегральных схем (ИС) и радиоэлектронной аппаратуры на их основе. Основной задачей микроэлектроники является создание микроминиатюрной аппаратуры с высокой надежностью и воспроизводимостью, низким энергопотреблением и высокой функциональной сложностью.
4
1. Классификация, уровни проектирования и степень интеграции микросхем
Функциональные узлы, выполненные по интегральной технологии, называют интегральными микросхемами
(ИМС )или просто микросхемами.
ИМС – микроэлектронное устройство, выполняющее функции целой электрической схемы и выполненное как единое целое.
Классификация ИМС
1.По технологии изготовления.
2.По способу преобразования и обработки информации. 3.По степени интеграции.
4.По типу логики.
5.По способу герметизации для защиты от внешних воздействий.
5
Классификация ИМС по технологии изготовления
•Плёночные – это ИМС, у которых все элементы выполнены в виде тонких плёнок, нанесённых на диэлектрическое основание, т. е. подложку (рис. 1.1).
•Гибридные (ГИС) – это ИМС, у которых пассивные элементы
выполнены по тонкоплёночной технологии, а активные элементы выполнены как отдельные, навесные, бескорпусные (рис. 1.2).
• Полупроводниковые ИМС – это микросхемы, у которых все элементы «выращены» в кристалле полупроводника (рис. 1.3).
|
|
Рис. 1.2. Внешний вид (а) и |
Рис. 1.1. Внешний вид |
|
|
(а) и увеличенное |
|
увеличенное изображение |
изображение фрагмента |
|
фрагмента (б) гибридной |
платы (б) пленочной |
|
микросхемы. |
микросхемы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.3. Внешний вид (а) и увеличенное изображение фрагмента кристалла (б)
полупроводниковой
микросхемы.
6
Классификация ИМС по преобразования и обработки информации
•Аналоговые ИМС – с непрерывной обработкой информации;
•Цифровые ИМС – с дискретной обработкой информации;
•Аналого-цифровые - совмещают в себе формы цифровой и
аналоговой обработки сигналов. По мере развития технологий получают всё большее распространение.
Классификация ИМС по степени интеграции
•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.
• Гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 миллиарда
элементов в кристалле. |
7 |
|
Классификация ИМС по типу логики
•МОП-логика (металл-окисел-полупроводник логика) — микросхемы формируются из полевых транзисторов n-МОП или p-МОП типа;
•КМОП-логика (комплементарная МОП-логика) — каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n-МОП и p-МОП).
Классификация ИМС по способу герметизации
для защиты от внешних воздействий
•корпусные ИМС, помещенные в специальный корпус, позволяющий производить их монтаж с помощью пайки или специальных контактных разъемов (рис. 1.4, а, б);
•бескорпусные ИМС - покрытые специальным эпоксидным
компаундом и пред-назначенные для непосредственного монтажа на печатную плату, которая играет роль корпуса ИМС (рис. 1.4, в).
8
Рис. 1.4. Внешний вид корпусных (а, б) и бескорпусных (в) микросхем.
а) |
б) |
в) |
9
Интегральная (микро)схема
Интегральная (микро)схема (от англ. Integrated Circuit, IC, microcircuit), чип, микрочи́п (от англ. microchip, silicon chip, chip – тонкая пластинка, первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) – микроэлектронное устройство – электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или пленке) и помещенная в неразборный корпус.
Интегральной микросхемой (ИМС) называют миниатюрное электронное устройство, выполняющее определенные функции преобразования и обработки сигналов и содержащее большое число активных и пассивных элементов (от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч) в сравнительно небольшом корпусе.
Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или пленку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) – ИС, заключенную в корпус.
Правильнее говорить «чип микросхема», имея в виду микросхему для поверхностного монтажа.
10