Глава 24. Самопроверка

1. В чем различие между диодом и КУВ?

2. Как влияет приложенное к аноду напряжение на ток, протекающий через открытый КУВ?

3. Как влияет сопротивление нагрузки на ток, текущий че­рез КУВ?

4. Опишите процесс проверки КУВ.

5. Почему диак используется в цепи управляющего элек­трода триака?

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в со­стоянии:

• Объяснить важность интегральных микросхем.

• Перечислить преимущества и недостатки интегральных микросхем.

• Перечислить основные компоненты интегральной мик­росхемы.

• Описать четыре процесса, используемых при производ­стве интегральных микросхем.

• Перечислить основные типы корпусов интегральных микросхем.

• Перечислить семейства интегральных микросхем.

Применение транзисторов и других полупроводниковых устройств, благодаря их малым размерам и незначитель­ному энергопотреблению, позволило существенно умень­шить размеры электронных цепей. В настоящее время ста­ло возможным расширить этот принцип и рассматривать цепи как отдельные компоненты. Целью разработки интег­ральных микросхем является получение устройства, вы­полняющего определенную функцию, такую, как напри­мер, усиление или переключение, устраняющего разрыв между отдельными компонентами и цепями.

Интегральные микросхемы стали популярными благо­даря нескольким факторам:

• Они надежны в сложных цепях.

• Они потребляют малую мощность.

• Они имеют малые размеры и вес.

• Они экономичны в производстве.

• Они предлагают новые и лучшие решения системных задач.

24. 1. Введение в интегральные микросхемы

Интегральная микросхема (ИС) — это законченная электронная цепь в корпусе не большем, чем стандартный маломощный транзистор (рис. 25-1). Цепь состоит из дио­дов, транзисторов, резисторов и конденсаторов. Интеграль­ные микросхемы производятся по такой же технологии и из таких же материалов, которые используются при про­изводстве транзисторов и других полупроводниковых ус­тройств.

Наиболее очевидным преимуществом интегральной микросхемы является ее малый размер. Интегральная микросхема состоит из кристалла полупроводникового материала, размером примерно в один квадратный санти­метр. Благодаря малым размерам интегральные микросхе­мы находят широкое применение в военных и космичес­ких программах. Интегральная микросхема превратила калькулятор из настольного в ручной инструмент. Компь­ютерные системы, которые раньше занимали целые ком­наты, теперь превратились в портативные модели благода­ря интегральным микросхемам.

Вследствие малых размеров, интегральные микросхемы потребляют меньшую мощность и работают с более высо­кой скоростью, чем стандартные транзисторные цепи. Вре­мя перемещения электронов уменьшилось благодаря пря­мой связи внутренних компонент.

Интегральные микросхемы более надежны чем непос­редственно связанные транзисторные цепи. В интеграль­ной микросхеме внутренние компоненты соединены непре­рывно. Все компоненты сформированы одновременно, что уменьшает вероятность ошибки. После того как интеграль­ная микросхема сформирована, она проходит предвари­тельное тестирование перед окончательной сборкой.

Производство многих типов интегральных микросхем унифицировано, и это приводит к существенному сниже­нию их стоимости. Производители предлагают полные и стандартные линии микросхем. Интегральные микросхе­мы специального назначения могут производится и по спе­циальному заказу, но если их количество невелико, это приводит к повышению их стоимости.

Интегральные микросхемы уменьшают количество де­талей, необходимых для конструирования электронного оборудования. Это уменьшает списки деталей и, следова­тельно, накладные расходы производителя, что в дальней­шем снижает цену электронного оборудования.

Интегральные микросхемы имеют также и некоторые недостатки. Они не могут работать при больших значени­ях тока и напряжения. Большие токи создают избыточное тепло, повреждающее устройство. Высокие напряжения пробивают изоляцию между различными внутренними компонентами. Большинство интегральных микросхем являются маломощными устройствами, питающимися на­пряжением от 5 до 15 вольт и потребляющими ток, изме­ряющийся миллиамперами. Это приводит к потреблению мощности, меньшей чем 1 ватт.

Интегральные микросхемы содержат компоненты толь­ко четырех типов: диоды, транзисторы, резисторы и конденсаторы. Диоды и транзисторы — самые простые в изготовлении компоненты. Чем больше сопротивление ре­зистора, тем больше он по размерам. Конденсаторы зани­мают больше места, чем резисторы, и также увеличиваются в размере по мере увеличения емкости.

Интегральные микросхемы не ремонтируются. Это обус­ловлено тем, что внутренние компоненты не могут быть от­делены друг от друга. Следовательно, проблема ремонта ре­шается заменой микросхемы, а не заменой отдельных компонент. Преимущество этого «недостатка» состоит в том, что он сильно упрощает эксплуатацию систем высо­кой сложности и уменьшает время, необходимое персона­лу для сервисного обслуживания оборудования.

Если все факторы собрать вместе, то преимущества пе­ревесят недостатки. Интегральные микросхемы уменьша­ют размеры, вес и стоимость электронного оборудования, одновременно увеличивая его надежность. По мере услож­нения микросхем, они стали способны выполнять более широкий круг операций.

ной микросхемы начинается с круглой кремниевой плас­тины, диаметром 8-10 сантиметров и около 0,25 милли­метра толщиной. Она служит основой (подложкой), на ко­торой формируется интегральная микросхема. На одной подложке одновременно формируется много интегральных микросхем, до нескольких сотен, в зависимости от разме­ра подложки. Обычно на подложке все микросхемы оди­накового размера и типа и содержат одинаковое количе­ство и одинаковые типы компонент.

После изготовления интегральные микросхемы тести­руются прямо на подложке. После тестирования подлож­ка разрезается на отдельные чипы. Каждый чип представ­ляет собой одну интегральную микросхему, содержащую все компоненты и соединения между ними. Каждый чип, который проходит тест контроля качества, монтируется в корпус. Несмотря на то, что одновременно изготовляется большое количество интегральных микросхем, далеко не все из них оказываются пригодными для использования. Эффективность производства характеризуют таким пара­метром как выход. Выход — это максимальное число при­годных интегральных микросхем по сравнению с полным числом изготовленных.

Тонкопленочные интегральные микросхемы формиру­ются на поверхности изолирующей подложки из стекла или керамики, обычно размером около 5 квадратных сан­тиметров. Компоненты (резисторы и конденсаторы) фор­мируются с помощью очень тонких пленок металлов и окислов, наносимых на подложку. После этого наносят­ся тонкие полоски металла для соединения компонентов. Диоды и транзисторы формируются как отдельные по­лупроводниковые устройства и подсоединяются в соответ­ствующих местах. Резисторы формируются нанесением тантала или нихрома на поверхность подложки в виде тон­кой пленки толщиной 0,0025 миллиметра. Величина ре­зистора определяется длиной, шириной и толщиной каж­дой полоски. Проводники формируются из металлов с низким сопротивлением, таких как золото, платина или