Інтегральні мікросхеми. Лекція 6

1.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Лекція 6
Інтегральні мікросхеми
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
1

2.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Інтегральна мікросхема –
мікроелектронний виріб, що виконує певні
функції перетворення, зберігання, обробки
інформації і що має високу щільність
упаковки електрично з’єднаних між собою
елементів та компонентів і представляє
собою єдине ціле з точки зору вимог до
випробувань, приймання та експлуатації.
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
2

3.

1952 — Джеффрі Дамер, ідея інтегральної
схеми («брусок без дротів»)
1958 — Джек Кілбі, перша інтегральна
схема (п'ять елементів, генератор)
2000 — Джек Кілбі, Нобелівська премія за
створення інтегральної схеми

4.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Серія ІМС – набір типів ІМС, що
виконують різні функції та мають єдине
конструктивно-технологічне виконання
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
4

5.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Інтегральні мікросхеми
Класифік
ація
По
функціональному
призначенню
Цифрові
Аналогові
Комбіновані
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
За технологією
виготовлення
КМОП
По
конструктивному
виконанню
ТТЛ
Комбіновані
5

6.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Міра інтеграції –
показник складності мікросхеми, що
характеризується числом елементів,
що містяться в ній, і компонентів K=lgN
K 2 – мала міра інтеграції
2<K 4 середня міра інтеграції (СІМ)
4<K 5 велика міра інтеграції (ВІМ)
K>5 надвелика (НВІМ)
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
6

7.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Статичні параметри ЦІС
- Вхідна напруга логічної одиниці (мінімальна)
U1ВХ (VIH);
- Вхідна напруга логічного нуля
(максимальна)
U0ВХ (VIL);
- Вихідна напруга логічної одиниці (мінімальна)
U1ВИХ(VOH);
- Вихідна напруга логічного нуля (максимальна)
U0ВИХ(VOL);
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
7

8.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Статичні параметри ЦІС
- Логічний перепад UЛ =U1 - U0
- Порогова напруга елементу Uпор (VIK);
-Потужність вживання у стані
логічного
“0” Р0П
-Потужність вживання у стані
логічної “1” Р1П
-Середня потужність потребления
РП.СР=(Р0П + Р1П)/2
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
8

9.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Поля допусків вхідних та вихідних
сигналів ІМС ТТЛ-технології
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
9

10.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Поля допусків вхідних та вихідних
сигналів ІМС КМОН-технології
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
10

11.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Статичні параметри ЦІС
- Напруга джерела живлення (вказується
номінал, відхилення від номіналу, величина
пульсації) Uжив (VCC)
(VDD);
- Вихідний струм логічної “1” I1ВИХ (IOH);
- Вихідний струм логічного “0” I0ВИХ(IOL);
- Вхідний струм логічної “1” I1ВХ(IIH);
- Вхідний струм логічного “0” I0ВХ (IIL);
- Струм вживання IВЖИВ (ICC);
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
11

12.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Статичні параметри ЦІС
- Діапазон робочих температур tmin, tmax, 0C;
- Коефіцієнт розгалуження по виходу Кроз.
Кроз=3
ЦІС
ЦІС
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
ЦІС
ЦІС
12

13.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Передаточна характеристика Uвих=f(Uвх)
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
13

14.

Цифрові інтегральні схеми
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
Осінь 2023
14

15.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Статична перешкодостійкість
По низькому рівню
По високому рівню
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
15

16.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Вхідна характеристика
Iвх=f(Uвх)
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
16

17.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Вихідна характеристика
Iвих=f(Uвих)
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
17

18.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Динамічні характеристики
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
18

19.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Динамічні параметри
- час переходу із стану логічної «1» у стан
логічного «0»
- час переходу із стану логічного «0» у стан
логічної «1»
- час затримки включення
- час затримки виключення
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
19

20.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Динамічні параметри
- час затримки розповсюдження сигналу при
включенні
- час затримки розповсюдження сигналу при
виключенні
- середній час затримки розповсюдження
сигналу
- робоча частота перемикання (максимальна
робоча частота) fп
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
20

21.

Цифрові інтегральні схеми
Осінь 2023
Динамічні параметри
Гранично допустима ємкість навантаження СН, Ф
Гранично допустима індуктивність навантаження
LН, Гн
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
21

22.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Елемент – частина ІС, в якій реалізується
функція якого-небудь радіоелементу
(транзистора, діода, резистора, конденсатора і
т.д.) і яку не можна відокремити від кристала і
розглядати як самостійний виріб с точки зору
виміру параметрів, упаковки та експлуатації.
Компонент – частина ІС, за допомогою якої
можна реалізувати функцію будь-якого
радіоелементу.
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
22

23.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Напівпровідникова пластина – заготівка, яка
використовується для створення ІС (іноді
пластина з виконаними на ній елементами).
Кристал ІС – частина пластини,
отримана після її нарізання, коли на одній
пластині виконано декілька функціональних
пристроїв.
Вивід ІМС – провідник, з’єднаний електрично
з контактним майданчиком кристала та
механічно з його поверхнею
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
23

24.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Контактні майданчики – металізовані
ділянки на кристалі, призначені для
приєднання до виводів корпуса ІС.
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
24

25.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Сформовані мікросхеми на кристалі
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
25

26.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
4-бітний ЦП Intel i4004 (1971)
Частота 90-200 кГц, 2250 транзисторів
Обсяг пам'яті, що адресується: 640 байт
Напруга живлення: −15 В (pMOS)
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
26

27.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Корпус – частина конструкції ІС, яка захищає
кристал від зовнішніх дій. Типи та розміри
корпусів, а також число введень та їх
розташування стандартизовані. На корпусі є
“ключ” або корпус виконується
несиметричної форми, що еквівалентно
ключу, який необхідний для правильного
знаходження виводів мікросхеми.
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
27

28.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Приклади корпусів мікросхем
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
28

29.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Класифікація типів корпусів для звичайного
монтажу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
29

30.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Класифікація типів корпусів для поверхневого
монтажу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
30

31.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
DIP (Dual In-line Package)
Виводи розташовані перпендикулярно до площини
корпусу вздовж двох протилежних сторін. Корпус
може бути виготовлений з ударостійкого пластику
(PDIP) або спеціальної кераміки (CDIP).
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
31

32.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
SDIP (Shrink DIP)
Корпус типу DIP із зменшеним кроком виводів
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
32

33.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
WDIP (DIP with Window)
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
33

34.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
QFI (Quad Flat I-leaded Package)
Виводи розташовані перпендикулярно до
площини корпусу, але на відміну від корпусів
типу DIP, виводи притиснуті до корпусу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
34

35.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
SIP (Single In-line Package)
Виводи розташовані вздовж однієї сторони у
напрямку, що збігається з площиною
корпусу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
35

36.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
HSIP (SIP with Heat Sink)
Корпус типу SIP із металевим тепловідведенням
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
36

37.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
ZIP (Zigzag In-line Package)
Напрямок виводів збігається з площиною корпусу.
Виводи розташовані з одного боку по лінії "зіг-заг"
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
37

38.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
ІМС у корпусах для поверхневого монтажу
(Surface mount type)
SOP(Small Outline Package)
Корпус із двостороннім розташуванням G-подібних виводів
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
38

39.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
SSOP (Shrink SOP)
Корпус типу SOP із зменшеним кроком виводів
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
39

40.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
TSOP(Thin Small Outline Package)
Від корпусу SOP відрізняється зменшеною товщиною
корпусу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
40

41.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
TSSOP (Thin Shrink Small Outline Package)
Від корпусу SOP відрізняється зменшеною товщиною
корпусу та зменшеним кроком виводів
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
41

42.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
HSOP(SOP with Heat Sink)
Корпус SOP із тепловідведенням
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
42

43.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
PSOP (Power Small Outline Package)
Корпус SOP з тепловідведенням у вигляді металевої
пластини під корпусом ІМС
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
43

44.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
РQFP (Plastic Quad Flat Packagе)
Корпус прямокутної форми з G-подібними виводами,
розташованими по чотирьох сторонах корпусу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
44

45.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
TQFP(Thin Quad Flat Package)
Корпус РQFP із зменшеною товщиною корпусу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
45

46.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Корпуса J-lead package
Корпуси цієї групи мають загнуті під площину корпусу
виводи (звідси символ J у назві)
SOJ (Small Outline J-leaded Package)
Корпуси з двостороннім розташуванням виводів
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
46

47.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
QFJ (Quad Flat J-leaded Package), PLCC (Plastic Leaded Chip
Carrier),
JLCC (J-Leaded Ceramic Chip Carrier)
Виводи розташовані по периметру корпусу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
47

48.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
BGA (BALL GRID ARRAY)
Виводи мікросхем цієї групи є матрицею кульок,
розміщених безпосередньо під корпусом.
CBGA (Ceramic Ball Grid Array)
Квадратний чи прямокутний керамічний корпус.
Типова кількість виводів– до 500
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
48

49.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
CPGA (Ceramic Pin Grid Array)
Керамічний квадратний або прямокутний корпус з
жорсткими виводами, розташованими на нижній
стороні корпусу, перпендикулярно площині
корпусу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
49

50.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
CCGA (Ceramic Column Grid Array)
Керамічний корпус з виводами, що є стовпчиками з
припою, розташовані у вигляді матриці на нижній стороні
корпусу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
50

51.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
QFN (Quad Flat Non-leaded Package)
Металізовані ділянки розташовані по всіх
чотирьох сторонах малогабаритного квадратного
корпусу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
51

52.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
PQFN (Power Quad Flat No Leads)
Прямокутний або квадратний корпус із
тепловідведенням на нижній стороні
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
52

53.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
DFN (Dual Flat No Leads)
Металізовані ділянки розташовані по двох довгих
боках корпусу
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
53

54.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Дифузійний резистор н/п ІМС
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
54

55.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Дифузійний конденсатор н/п ІМС
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
55

56.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
МОН-конденсатор
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
56

57.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Біполярний транзистор
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
57

58.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Вертикальний транзистор типу n-p-n
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
58

59.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Вертикальний транзистор типу n-p-n
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
59

60.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Горизонтальний транзистор типу p-n-p
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
60

61.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Транзистор Шотткі
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
61

62.

Інтегральні мікросхеми
Осінь 2023
Польовий транзистор технології
«Кремній на ізоляторі»
“SOI MOSFET” (Silicium on isolator).
ХНУРЕ Факультет КІУ
Кафедра ЕОМ тел. 70-21-354
62