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 Circuiti integrati

Un circuit integratu (IC) hè un chip semiconductor chì porta assai cumpunenti minusculi cum'è condensatori, diodi, transistori è resistori.Questi picculi cumpunenti sò usati per calculà è almacenà e dati cù l'aiutu di a tecnulugia digitale o analogica.Pudete pensà à un IC cum'è un picculu chip chì pò esse usatu cum'è un circuitu cumpletu è affidabile.Un circuitu integratu pò esse un contatore, oscillatore, amplificatore, porta logica, timer, memoria di computer, o ancu microprocessore.

Un IC hè cunsideratu cum'è un bloccu fundamentale di tutti i dispositi elettronichi d'oghje.U so nome suggerisce un sistema di cumpunenti multipli interlinked incrustati in un materiale semiconduttore sottile, fattu di silicium.

Storia di i Circuiti Integrati

A tecnulugia daretu à i circuiti integrati hè statu inizialmente introduttu in u 1950 da Robert Noyce è Jack Kilby in i Stati Uniti d'America.A Forza Aria di i Stati Uniti era u primu cunsumadore di sta nova invenzione.Jack Kilby hà ancu vintu u Premiu Nobel in Fisica in u 2000 per a so invenzione di IC miniaturizzati.

1,5 anni dopu à l'intruduzioni di u disignu di Kilby, Robert Noyce hà introduttu a so propria versione di u circuitu integratu.U so mudellu risolviu parechji prublemi pratichi in u dispusitivu di Kilby.Noyce hà ancu utilizatu siliciu per u so mudellu, mentri Jack Kilby hà utilizatu germaniu.

Robert Noyce è Jack Kilby anu ottenutu brevetti americani per a so cuntribuzione à i circuiti integrati.Anu luttatu cù prublemi legali per parechji anni.Infine, e cumpagnie di Noyce è di Kilby anu decisu di licenzià incruciate e so invenzioni è di presentà à un mercatu globale enormu.

Tipi di circuiti integrati

Ci sò dui tipi di circuiti integrati.Quessi sò:

1. IC analogichi

I circuiti integrati analogici anu un output constantemente cambiante, secondu u signale chì ricevenu.In teoria, tali IC ponu ottene un numeru illimitatu di stati.In stu tipu di IC, u livellu di output di u muvimentu hè una funzione lineale di u livellu di input di u signale.

I IC lineari ponu funziunà cum'è amplificatori di radiofrequenza (RF) è di audiofrequenza (AF).L'amplificatore operativu (op-amp) hè u dispusitivu normalment usatu quì.Inoltre, un sensor di temperatura hè una altra applicazione cumuni.I IC lineari ponu accende è spegne diversi dispositi una volta chì u signale righjunghji un certu valore.Pudete truvà sta tecnulugia in forni, calefactori è climatizzatori.

2. IC digitale

 Quessi sò diffirenti di IC analogichi.Ùn operanu micca nantu à una gamma constante di livelli di signale.Invece, operanu à uni pochi di livelli predeterminati.I circuiti integrati digitali funzionanu fundamentalmente cù l'aiutu di e porte logiche.E porte logiche utilizanu dati binari.I signali in dati binari sò solu dui livelli cunnisciuti cum'è bassu (logica 0) è altu (logica 1).

I ICs digitali sò usati in una larga gamma di applicazioni cum'è computer, modem, etc.

Perchè i Circuiti Integrati sò populari?

Malgradu esse inventati quasi 30 anni fà, i circuiti integrati sò sempre usati in numerosi applicazioni.Discutemu alcuni di l'elementi rispunsevuli di a so popularità:

1.Scalabilità

Uni pochi anni fà, i rivenuti di l'industria di i semiconduttori ghjunghjenu à un incredibile 350 Billion USD.Intel era u più grande contributore quì.Ci era ancu altri attori, è a maiò parte di questi appartenenu à u mercatu digitale.Se fighjate à i numeri, vi vede chì u 80 per centu di e vendite generate da l'industria di i semiconduttori eranu da stu mercatu.

I circuiti integrati anu ghjucatu un rolu maiò in stu successu.Vede, i circadori di l'industria di i semiconduttori anu analizatu u circuitu integratu, e so applicazioni, è e so specificazioni è l'hanu scalatu.

U primu IC mai inventatu avia solu uni pochi transistori - 5 per esse specifichi.È avà avemu vistu Intel Xeon 18-core cun un totale di 5.5 miliardi di transistori.Inoltre, u Controller di Storage di IBM avia 7,1 miliardi di transistori cù 480 MB di cache L4 in 2015.

Questa scalabilità hà ghjucatu un rolu maiò in a popularità prevalenti di i Circuiti Integrati.

2. Costu

Ci hè statu parechji dibattiti nantu à u costu di un IC.Nantu à l'anni, ci hè statu ancu un misconception annantu à u prezzu propiu di un IC.U mutivu di questu hè chì l'IC ùn sò più un cuncettu simplice.A tecnulugia avanza à una velocità tremendamente veloce, è i diseggiani di chip anu da seguità cù questu ritmu quandu calculanu u costu di IC.

Uni pochi anni fà, u calculu di u costu per un IC utilizatu per s'appoghjanu nantu à a fustella di silicium.À quellu tempu, l'estimazione di u costu di chip puderia esse facilmente determinata da a dimensione di u fustu.Mentre chì u silicuu hè sempre un elementu primariu in i so calculi, l'esperti anu bisognu di cunsiderà altri cumpunenti quandu calculanu u costu IC, ancu.

Finu a ora, l'esperti anu deduciutu una equazione abbastanza simplice per determinà u costu finali di un IC:

Costu IC Finale = Costu di Pacchettu + Costu di Test + Costu Die + Costu di spedizione

Questa equazione cunsidereghja tutti l'elementi necessarii chì ghjucanu un rolu enormu in a fabricazione di u chip.In più di quessa, ci ponu esse altri fattori chì ponu esse cunsideratu.A cosa più impurtante per tene in mente quandu stima i costi IC hè chì u prezzu pò varià durante u prucessu di produzzione per parechje ragioni.

Inoltre, ogni decisione tecnica presa durante u prucessu di fabricazione pò avè un impattu significativu in u costu di u prugettu.

3. Reliability

A pruduzzione di circuiti integrati hè un compitu assai sensitivu postu chì esige tutti i sistemi per travaglià continuamente durante milioni di cicli.Campi elettromagnetici esterni, temperature estreme, è altre cundizioni di operazione ghjucanu un rolu impurtante in u funziunamentu IC.

Tuttavia, a maiò parte di sti prublemi sò eliminati cù l'usu di testi d'altu stress cuntrullati currettamente.Ùn furnisce micca novi miccanismi di fallimentu, aumentendu l'affidabilità di i circuiti integrati.Pudemu ancu determinà a distribuzione di fallimentu in un tempu relativamente cortu attraversu l'usu di stress più altu.

Tutti issi aspetti aiutanu à assicurà chì un circuit integratu hè capaci di funziunà bè.

Inoltre, quì sò alcune caratteristiche per determinà u cumpurtamentu di i circuiti integrati:

Temperature

A temperatura pò varià drasticamente, facendu a produzzione di IC estremamente difficiule.

Tensione.

I dispositi operanu à una tensione nominale chì pò varià ligeramente.

Prucessu

I variazioni di prucessu più vitali utilizati per i dispositi sò a tensione di soglia è a lunghezza di u canali.A variazione di u prucessu hè classificatu cum'è:

• Lot à lot
• Wafer à wafer
• Die to mori

Pacchetti di circuiti integrati

U pacchettu avvolge u die di un circuitu integratu, facendu faciule per noi di cunnette à questu.Ogni cunnessione esterna nantu à a fustella hè ligata cù un pezzu di filu d'oru à un pin in u pacchettu.Pins sò terminali extruding chì sò di culore d'argentu.Passanu per u circuitu per cunnette cù altre parti di u chip.Quessi sò assai essenziali, postu chì vanu intornu à u circuitu è ​​cunnette cù i fili è u restu di i cumpunenti in un circuitu.

Ci sò parechji tippi diffirenti di pacchetti chì ponu esse usatu quì.Tutti anu tipi di muntatura unichi, dimensioni uniche è cunti di pin.Fighjemu un ochju à cumu si travaglia.

Pin Counting

Tutti i circuiti integrati sò polarizati, è ogni pin hè diversu in quantu à a funzione è u locu.Questu significa chì u pacchettu deve indicà è separà tutti i pin da l'altri.A maiò parte di l'IC utilizanu un puntu o una tacca per vede u primu pin.

Una volta identificate u locu di u primu pin, u restu di i numeri di pin aumentanu in una sequenza mentre andate in senso antiorario intornu à u circuitu.

Muntà

A muntatura hè una di e caratteristiche uniche di un tipu di pacchettu.Tutti i pacchetti ponu esse categurizzati per una di duie categurie di muntatura: superficia (SMD o SMT) o through-hole (PTH).Hè assai più faciule di travaglià cù pacchetti Through-hole postu chì sò più grande.Sò pensati per esse fissati da un latu di un circuitu è ​​saldati à l'altru.

I pacchetti di superficia venenu in diverse dimensioni, da chjuche à minuscule.Sò fissi nantu à una parte di a scatula è sò saldati à a superficia.I pins di stu pacchettu sò o perpendiculari à u chip, spressu da u latu, o sò qualchì volta in una matrice nantu à a basa di u chip.I circuiti integrati in a forma di una superficia di muntagna necessitanu ancu strumenti speciali per esse assemblati.

Dual In-Line

Dual In-line Package (DIP) hè unu di i pacchetti più cumuni.Questu hè un tipu di pacchettu IC à traversu.Questi picculi chips cuntenenu duie fila parallele di pins chì si estendenu verticalmente fora di una casetta negra, plastica, rettangulare.

I pins anu un spaziu di circa 2,54 mm trà elli - un standard perfettu per mette in breadboards è uni pochi altri tavulini di prototipu.Sicondu u numeru di pin, a dimensione generale di u pacchettu DIP pò varià da 4 à 64.

A regione trà ogni fila di pin hè spaziata per permette à i DIP IC di sovrappone a regione centrale di una breadboard.Questu assicura chì i pins anu a so propria fila è ùn sò micca curtu.

Small-Outline

I pacchetti di circuiti integrati di picculu schema o SOIC sò simili à una superficia.Hè custituitu pieghjendu tutti i pins nantu à un DIP è riduzzione.Pudete assemble questi pacchetti cù una manu ferma è ancu un ochju chjusu - Hè cusì faciule!

Quad Flat

I pacchetti Quad Flat allarganu i pin in tutte e quattru direzioni.U numeru tutale di pin in un IC quad flat pò varià da ottu pins in un latu (32 in totale) à settanta pin in un latu (300+ in totale).Questi pins anu un spaziu di circa 0,4 mm à 1 mm trà elli.Varianti più chjuche di u pacchettu quad flat sò composti di pacchetti low-profile (LQFP), sottili (TQFP) è assai sottili (VQFP).

Ball Grid Arrays

Ball Grid Arrays o BGA sò i pacchetti IC più avanzati intornu.Quessi sò pacchetti incredibbilmente cumplicati, picculi pacchetti induve minuscule boli di saldatura sò stallati in una griglia bidimensionale nantu à a basa di u circuitu integratu.Calchì volta l'esperti attaccanu e sfere di saldatura direttamente à a fustella!

I pacchetti Ball Grid Arrays sò spessu usati per i microprocessori avanzati, cum'è u Raspberry Pi o pcDuino.