Circuit integrat

(Redirecționat de la Cip)
Pentru un microcalculator personal românesc, vedeți CIP.

În electronică, un circuit integrat este un dispozitiv electronic de mici dimensiuni, o combinație de elemente ale unui circuit care sunt miniaturizate și care fac parte din același cip sau suport. Circuitul integrat este numit și cip, de la cuvântul englez chip. Prescurtarea numelui în engleză este IC, de la integrated circuit, pronunție /ai si/ (v. AFI), iar prescurtare în română este C.I.

Circuitul integrat este un dispozitiv electronic alcătuit din mai multe componente electrice și electronice interconectate, pasive și active, situate pe o plăcuță de material semiconductor (făcută de exemplu din siliciu), dispozitiv care în cele mai multe cazuri este încapsulat într-o capsulă etanșă prevăzută cu elemente de conexiune electrică spre exterior, numite terminale sau pini („piciorușe”). Circuitele integrate sunt folosite în toate echipamentele electronice din zilele noastre și au revoluționat lumea electronicelor.

Un circuit integrat NE555

IstorieModificare

Primele dezvoltări ale unui circuit integrat datează din anul 1949, când inginerul german Werner Jacobi a completat un patent pentru un dispozitiv de amplificare semiconductor asemănător unui circuit integrat cu cinci tranzistori pe un substrat comun într-un aranjament de amplificare în trei pași. Jacobi a descris aparatele auditive mici și ieftine ca aplicații industriale obișnuite ale patentului său.
Cel care a teoretizat ideea a fost britanicul Geoffrey Dummer, care pe acea vreme lucra la "Royal Radar Establishment". Dummer a prezentat ideea publicului pe 7 mai 1952 la Symposium on Progress in Quality Electronic Components din Washington.
Dar părintele circuitului integrat este considerat americanul Jack Kilby, care a dezvoltat primul prototip pentru compania Texas Instruments. Circuitul integrat dezvoltat de Kilby a fost realizat pe un comprimat pătrat de germaniu; fiecare parte măsurată la 6 milimetri și a fost compusă dintr-un condensator, trei rezistențe și un tranzistor. Debutul a fost un succes, ceea ce a permis acestui inginer revoluționar să continue să studieze și să-și îmbunătățească invenția. Kilby a descris noul sau dispozitiv ca un corp din material semiconductor în care toate componentele circuitului electronic sunt integrate. Primii clienti al noii invenții au fost US Air Force.
Șase luni mai târziu, Robert Noyce, (co-fondator al "Intel") vine cu propria sa variantă de cip monolitic pe bază de siliciu. Produs la Fairchild Semiconductor cipul lui Noyce rezolva mai multe probleme practice.

Primele aparate de radio erau echipate cu circuite integrate în etajul audio; apoi au apărut și primele receptoare TV echipate cu circuite integrate, radiocasetofoane, și până la roboții industriali și multe altele, fapt determinat de pătrunderea automatizării în procesele de producție. [1]

După etapa mecanizării omul îndeplinește în principal funcția de conducere a proceselor tehnologice de producție. Operațiile de conducere necesită un efort fizic neglijabil, dar un efort intelectual important. Pe de altă parte unele procese tehnice se desfășoară foarte rapid, astfel că viteza de reacție a unui operator uman ar fi insuficientă pentru a transmite o comandă necesară în timp util. Astfel, la un anumit stadiu de dezvoltare a proceselor de producție devine necesar ca o parte din funcțiile de conducere să fie transferate unor echipamente și aparate specializate, de automatizare. Omului îi rămâne însă sarcina supravegherii generale a funcționării instalațiilor automatizate și adoptarea deciziilor și soluțiilor de perfecționare și optimizare.

Prin automatizarea proceselor de producție se urmărește asigurarea tuturor condițiilor de desfășurare a acestora fără intervenția operatorului uman. Unele consecințe sunt: creșterea performanței tehnice, a fiabilității produselor, scăderea prețului de cost.

Există mai multe tipuri de circuite integrate. Printre cele mai avansate și populare pot fi menționate microprocesoarele, care sunt folosite la calculatoare, telefoane mobile și alte dispozitive mobile.

DetaliiModificare

Un IC este un ansamblu de componente electrice și electronice discrete (diode, tranzistoare, rezistențe, condensatoare și chiar bobine) montate pe un suport de siliciu miniatural numit „cip”. Aceste ansambluri au fost standardizate și au căpătat forme de capsule cu diferite dimensiuni și număr de terminale. Numărul componentelor a crescut în timp de la câteva sute la milioane de componente pe cip (de ex. în cazul microprocesoarelor). Circuitul integrat este realizat cu un material semiconductor, pe care circuitele electronice sunt fabricate prin fotolitografie. Aceste circuite, de numai câțiva milimetri, sunt protejate printr-o încapsulare cu conductori metalici care permit stabilirea legăturii dintre cip și circuitul imprimat.

 
Circuit integrat DIP

Un circuit integrat poate fi implementat cu diferite tipuri de pachete:

  • DIL sau DIP (Dual In-line Package), pachet dublu în linie
  • QFP (Quad Flat Package), pachet plat cu patru paturi
  • HQFP (Heat sinked Quad Flat Package), pachet cu disipație termică ridicată cu patru paturi
  • VQFP (Very small Quad Flat Package), pachet cu disipație termică ridicată ultra-subțire
  • BGA (Ball Grid Array)
  • μBGA (micro Ball Grid Array): BGA cu pas redus
  • FF896: flip-chip BGA cu pas redus și 896 contacte
  • FF1152: contact BGA cu flip-chip redus și contacte 1152
  • PLCC (Plastic-leaded chip carrier), transportor cu cip din plastic

ClasificareModificare

Circuitele integrate pot fi analogice, logice, lineare, digitale etc. În funcție de caracteristicile funcționale și de domeniul de aplicații cele analogice au fost grupate pe familii: amplificatoare operaționale (AO), circuite de uz industrial, circuite de audio, radio și TV, arii de diode și tranzistoare. Totuși ele nu pot fi clasificate foarte exact după criterii prestabilite, deoarece au domenii de aplicare foarte largi. Cele mai simple circuite integrate sunt cele logice, fabricate încă de la începuturi și în România, de ex. seria CDB (Circuit Digital Bipolar) tipului TTL cu membrii:

  • CDB 400 E: 4 porți ȘI-NU
  • CDB 402 E: 4 porți SAU-NU
  • CDB 403 E: 4 porți ȘI-NU cu colectorul în gol pentru realizarea funcțiilor SAU-CABLAT
  • CDB 404 E: 6 inversori

și altele, care conțineau maxim 4 tranzistoare, 2 diode, și 4 rezistențe pe fiecare poartă, ele putând fi construite ușor și din componente discrete. Aceste porți au fost folosite la fabricarea de calculatoare și în automatizări, unde era necesar un număr de sute și chiar mii de IC-uri.[2]

Circuitele integrate de tip TTL au dus la microprocesoare simple ca de ex.: procesorul de 1 bit PC 14500, numărătorul de program de 4 biți PC 14104 sau demultiplexor 1:8 cu memorie.

Circuitele integrate logice, care au fost folosite cu zecile de mii în primele calculatoare, dar și în alte aplicații industriale de automatizare și robotizare, au netezit calea spre realizarea circuitelor integrate liniare, care puneau probleme noi, generate de complexitatea structurii, de particularitățile procesului tehnologic, de varietatea metodelor și a aparaturii de testare.

Există cel puțin trei tipuri de circuite integrate:

  • monolitice: fabricate într-un singur monocristal, de obicei siliciu, dar pot exista și în germaniu, arseniură de galiu, siliciu-germanium etc.
  • hibride cu film subțire: sunt foarte asemănătoare cu circuitele monolitice, dar conțin și componente greu de fabricat cu tehnologia monolitică
  • hibride cu strat gros: conțin de obicei circuite monolitice fără capsule, tranzistoare, diode etc, pe un substrat dielectric, interconectat cu piste conductoare. Rezistorii sunt depuși prin serigrafie și tăiere cu laser. Toate acestea sunt încapsulate în capsule din plastic sau metal, în funcție de disiparea energiei termice.

În funcție de numărul componentelor și de nivelul de integrare N [3] circuitele integrate pot fi clasificate în:

  • SSI (Small Scale Of Integration): grad redus de integrare, N=1, sau până la 10 circuite echivalente pe cip
  • MSI (Medium Scale Of Integration): grad mediu de integrare, N=2, sau între 10 și 100 circuite echivalente pe cip
  • LSI (Large Scale Of Integration): circuite cu grad mare de integrare, N=3, între 102 și 103 circuite echivalente pe cip
  • VLSI (Very Large Scale Of Integration): circuite cu grad foarte mare de integrare, N=4, adică între 103 și 104 circuite echivalente pe cip
  • V2LSI, ULSI, sau SLSI (Very-Very, Ultra, Super LSI): categorie corespunzătoare unui indice de integrare N >5 .[4][5]

Circuitul integrat în RomâniaModificare

Începând din anul 1974 au fost produse primele circuite integrate analogice-liniare cu aplicații în domeniul audio, radioreceptoare și televizoare. A devenit imperios necesară asimilarea circuitelor integrate liniare care să preia funcțiile etajelor clasice cu tuburi electronice sau cu tranzistoare. S-au născut primele aparate de radioreceptoare cu circuite integrate cu etajele de radiofrecvență și frecvență intermediară integrată într-un cip de TBA 570, cu decodor stereo de tip A758 și cu etajul final audio de tip TCA 150, care la vremea aceea situau produsele la nivelul de vârf al tehnicii mondiale.

Principalul producător de circuite integrate și alte componente a fost IPRS Băneasa, o fabrică unde au fost produse și alte circuite integrate liniare, ca de ex. alimentatorul stabilizat pentru tunere cu varicap TAA 550, amplificatorul de frecvență intermediară sunet și imagine la TV (TDA 440), sincroprocesorul TV (TBA 950), C.I. pentru baleiaj vertical (TDA 1170), amplificatoare operaționale (A 741, M 3900), stabilizatoare de tensiune (A 723), temporizator E 555, senzor magnetic M 230, comutator senzorial pentru tastaturile electronice la TV seria SAS 560 și 561. Alte exemple: amplificatorul operațional A 741 în capsulă cu 8 sau 14 terminale; are domenii largi de aplicații ca: receptor de tensiune, amplificator neinversor sau inversor, integrator ori amplificator de putere cu viteză de variație mare. Toate acestea se aplică în domenii ca robotizarea industrială, mașini-unelte semiautomate sau automate, producția de echipamente audio- video. Din familia lui A 741 fac parte și amplificatorul operațional cuadruplu M 324 și cel dual de tip M 358, care și-au găsit aplicațiile în sisteme de control industrial și la amplificatoarele de curent continuu.

Galerie fotoModificare

Vezi șiModificare

NoteModificare

  1. ^ Cine a inventat circuitul integrat? cineainventat.ro, octombrie 1, 2014
  2. ^ Vătășescu, A.; Ciobanu, M.; Cârcu, T.; Rates, I.; Gheorghiu, V. (). Dispozitive Semiconductoare - Manual de utilizare. București: Editură technică. 
  3. ^ Indicele de integrare (N) reprezintă logaritmul zecimal al numărului de circuite echivalente ale CI, rotunjit superior la prima valoare întreagă
  4. ^ 10. Circuite Integrate afahc.ro
  5. ^ Circuite integrate: tipuri și descrieri rum.kagutech.com, 2021 Mai

Legături externeModificare

Wikimedia Commons conține materiale multimedia legate de Circuit integrat

BibliografieModificare

  • Eugen Turuta, Radu Turuta: Circuite integrate - Catalog de echivalențe, Ed. Miraj - Republica Moldova, 1997