|
'''Integrovaný obvod''' (zkratka '''IO''') je moderní [[elektronika|elektronická]] [[součástka]]. Jedná se o spojení (integraci) mnoha jednoduchých elektrických součástek, které společně tvoří [[elektrický obvod]] vykonávající nějakou složitější funkci. Integrované obvody dělíme na monolitické a hybridní. V Československu se mezi profesionály i amatéry vžil zajímavý termín pro integrovaný obvod a to slovo je „[[Švábi|šváb]]“ podle jeho vzhledu.
'''Monolitické IO''' dnes{{kdy?}}od 70. let 20. století jasně převažují. Jejich jednotlivé součástky jsou vytvořeny a vzájemně spojeny (s pomocí [[difuze]] a [[epitaxe]]) na jediné polovodičové, nejčastěji [[křemík]]ové, destičce.
Na obrázku je křemíková destička paměti [[EPROM]] o kapacitě 256 x 8 bitů ze 70. let, kterou bylo možno mazat [[ultrafialové záření|ultrafialovým zářením]] (proto měla paměť průhledné okénko). Matice paměťových buněk jsou dvě obdélníkové pravidelně mřížované části v horní polovině destičky. Celkově byl tento obvod složen z necelých 5000 součástek (tranzistorů).
=== Pouzdra integrovaných obvodů ===
'''THT součástky''' -– součástky s vývody, jež se osadí do otvorů v plošném spoji a zapájí.
* Single in-line package (SIP) -– obdélníková součástka postavená na bok delší strany, z níž vedou vývody. Zapouzdřená [[Fluidizace|fluidizací]], spoří místo. Odstup vývodů 2,54mm.
* ZIP package -– jako SIP ale vývody střídavě vychýlené od podélné osy součástky. odstup vývodů 1,27mm.
* Dual in-line package (DIP) -– obdélníková součástka v kovovém nebo plastovém pouzdře s vývody na obou delších stranách. 8 -– 64 vývodů s odstupem 2,54mm, 1,78 (tzv. SH-DIP).
* Pin grid array (PGA) -– součástka s velkým počtem vývodů umístěných na spodní straně, často vsazovaná do [[Patice procesoru|patice]]. Odstup vývodů 2,54mm.
'''SMD (surface mount device) součástky''' -– jde o součástky, kterých se využívá při výrobě elektroniky pomocí [[SMT|SMT]] technologie.
*
* Land grid array (LGA) -– součástka s velkým počtem vývodů umístěných na spodní straně. Vývody nejsou nijak vystouplé, jde spíše o kontaktní plošky
* Quad flat pack (QFP: TQFP, MQFP, PQFP) -– součástka čtvercového tvaru s vývody na všech čtyřech stranách různého tvaru (L,J,I). Odstup vývodů 0,635mm.
* MLF (Micro Lead Frame) / QFN (Quad flat network) -– součástka čtvercového tvaru s vývody na všech čtyřech stranách v podobě kontaktních plošek nebo prohlubní, které se připájí na požadované místo
* Small-outline integrated circuit (SOIC, SOJ, SOT, SOP, SOI, SOG) -– Obdoba DIP (THT součástky viz výše) s různými tvary vývodů (L,J,I)
* [[Ball grid array]] (BGA) -– součástka s velkým počtem vývodů umístěných na spodní straně, které jsou v podobě kuliček pájky připravené k pájení Přetavením na požadované místo
* Ceramic Leadless Chip Carrier (CLCC), Leaded Chip Carrier (LCC) -– čtvercová, hermeticky uzavřená součástka s vývody v podobě kontaktních plošek na všech stranách, vybavená navíc kovovou ploškou pro lepší odvod tepla (z důvodů většího výkonového zatížení). Odstup vývodů 1,27mm a méně.
== Meze integrace ==
Mez integrace se uvádí v hustotě součástek na plochu. Tato hodnota nemůže být nekonečná a to nejen kvůli konečné přesnosti výrobních postupů, ale také kvůli určitým fyzikálním předpokladům pro fungování samotných součástek -– zejména pak polovodičů. Existuje tedy míra nejmenšího možného tranzistoru, kterou nesmíme překročit, aby tranzistor byl stále funkční -– a to i v případě, že jsme schopni vyrobit součástku menší.
* '''DifůsníDifuzní délka (neboli žravost)''' -– konstantní pro každý materiál omezující rozměry tranzistoru. Toto kritérium není úplně mezí integrace, protože omezuje velikost báze shora. Pokud by byla báze širší, rekombinuje (zanikne) elektron dříve než ji překoná -– proud z mezi kolektorem a emitorem by nemohl protékat.
<math> L_N = \frac {1} {\sqrt {p_B}} </math>
<math> L_N </math> -– difůsnídifuzní délka;
<math> p_B </math> -– koncentrace nosičů v bázi
* '''Earlyho efekt''' -– Jev omezující miniaturizaci tranzistoru. Pokud je koncentrace nosičů v bázi nízká, rozšiřuje se vyčerpaná oblast PN přechodu (u NPN tranzistoru jde o přechod báze-kolektor) výrazněji do báze a zmenšuje tak její efektivní šířku. Dochází tak k deformaci výstupních charakteristik tranzistoru, zesilovacího činitele a kolektorového proudu -– tyto parametry se stávají závislými na napětí mezi bází a kolektorem. Šířka báze musí být tedy větší než vyčerpaná oblast.
* '''Debyeho délka''' -– Omezení související s vyčerpanou oblastí PN přechodu. Způsobuje, že je nutné umístit elektrody do určité vzdálenosti od PN přechodu a vyčerpané oblasti, která se kolem něj tvoří.
<math> L_d = \frac {1} {e} {\sqrt {\frac {\varepsilon k T} {n+p}}} </math>
* '''Zákon velkých čísel''' -– Pravidlo omezující velikost polovodičových součástí. V polovodiči je počet nosičů náboje konstantní. Při výrobě součástky se nepřesností výroby stane, že počet nosičů náboje se v každém kusu mírně liší. U součástek běžné velikosti tyto malé rozdíly nehrají roli, ale u součástek miniaturizovaných (kde se celkový počet volných nábojů může pohybovat např. kolem 100) můžou tyto odchylky výrazně ovlivnit parametry součástky. Od jistého stupně miniaturizace je tedy nemožné vyrábět součástky totožné, i když jde o totožný postup výroby. Tato mez integrace může být časem odbourána zkvalitněním výroby.
*'''[[Heisenbergův princip neurčitosti|Heisenbergův princip (relace) neurčitosti]]'''
Pro praktické použití je jedním z nejdůležitějších parametrů integrovaných obvodů jejich teplotní specifikace. Běžně se používá následující specifikace:
* commercial -– komerční teplotní rozsah: 0 až +70 °C
* industry -– průmyslový teplotní rozsah: -40 až +85 °C
* automotive -– automobilový teplotní rozsah: -40 až +125 °C
* extended/military -– rozšířený/vojenský teplotní rozsah: -55 až +125 °C
Teplotní rozsah zaručuje, že pokud je na povrchu součástky teplota v daných mezích, je tato součástka schopna správně fungovat. Je potřeba si uvědomit, že součástka je v provozu sama zdrojem [[teplo|tepla]] a zaručit na jejím povrchu určitou teplotu nemusí být snadné. I když se může zdát, že 70 °C je poměrně vysoká [[teplota]], uvnitř vypnutého přístroje ponechaného v létě na zadním skle automobilu může být i 55 °C. Přitom výkonové součástky se mohou při provozu běžně ohřívat o 40 °C. Naopak, v zimě nemusí jít spotřebiče poskládané z běžných "komerčních" součástek zapnout, nebo se může snižovat jejich životnost.
| 