Sifa za Bidhaa

Nyaraka na Vyombo vya Habari

Uainishaji wa Mazingira na Uuzaji nje

Mizunguko Iliyounganishwa 

Saketi iliyounganishwa (IC) ni chipu ya semiconductor ambayo hubeba viambajengo vingi vidogo kama vile vidhibiti, diodi, transistors, na vipingamizi.Vipengele hivi vidogo hutumiwa kukokotoa na kuhifadhi data kwa msaada wa teknolojia ya dijiti au analogi.Unaweza kufikiria IC kama chip ndogo ambayo inaweza kutumika kama mzunguko kamili na wa kuaminika.Mizunguko iliyojumuishwa inaweza kuwa kihesabu, oscillator, amplifier, lango la mantiki, kipima muda, kumbukumbu ya kompyuta, au hata microprocessor.

IC inachukuliwa kuwa msingi wa ujenzi wa vifaa vyote vya kisasa vya kielektroniki.Jina lake linapendekeza mfumo wa vipengee vingi vilivyounganishwa vilivyopachikwa kwenye nyenzo nyembamba ya semiconductor iliyotengenezwa na silicon.

Historia ya Mizunguko Iliyounganishwa

Teknolojia ya nyuma ya saketi zilizojumuishwa ilianzishwa hapo awali mnamo 1950 na Robert Noyce na Jack Kilby huko Merika la Amerika.Jeshi la anga la Merika lilikuwa mtumiaji wa kwanza wa uvumbuzi huu mpya.Jack pia Kilby aliendelea kushinda Tuzo ya Nobel ya Fizikia mwaka wa 2000 kwa uvumbuzi wake wa ICs ndogo.

Miaka 1.5 baada ya kuanzishwa kwa muundo wa Kilby, Robert Noyce alianzisha toleo lake la mzunguko jumuishi.Mfano wake ulisuluhisha maswala kadhaa ya vitendo kwenye kifaa cha Kilby.Noyce pia alitumia silikoni kwa mtindo wake, huku Jack Kilby akitumia germanium.

Robert Noyce na Jack Kilby wote walipata hataza za Marekani kwa mchango wao kwa saketi zilizounganishwa.Walihangaika na masuala ya kisheria kwa miaka kadhaa.Hatimaye, kampuni zote mbili za Noyce na Kilby ziliamua kutoa leseni tofauti za uvumbuzi wao na kuzitambulisha kwa soko kubwa la kimataifa.

Aina za Mizunguko Iliyounganishwa

Kuna aina mbili za nyaya zilizounganishwa.Hizi ni:

1. IC za Analogi

IC za Analogi zina pato linaloweza kubadilika kila mara, kulingana na ishara wanayopata.Kwa nadharia, IC kama hizo zinaweza kufikia idadi isiyo na kikomo ya majimbo.Katika aina hii ya IC, kiwango cha pato la harakati ni kazi ya mstari wa ngazi ya pembejeo ya ishara.

Linear ICs zinaweza kufanya kazi kama vikuza vya masafa ya redio (RF) na masafa ya sauti (AF).Kikuzaji cha uendeshaji (op-amp) ndicho kifaa kinachotumika hapa kwa kawaida.Kwa kuongeza, sensor ya joto ni programu nyingine ya kawaida.Linear ICs zinaweza kuwasha na kuzima vifaa mbalimbali mara tu mawimbi yanapofikia thamani fulani.Unaweza kupata teknolojia hii katika oveni, hita, na viyoyozi.

2. Digital ICs

Hizi ni tofauti na IC za analogi.Hazifanyi kazi juu ya safu ya mara kwa mara ya viwango vya ishara.Badala yake, hufanya kazi katika viwango vichache vilivyowekwa mapema.Digital ICs kimsingi hufanya kazi kwa usaidizi wa milango ya mantiki.Milango ya mantiki hutumia data ya binary.Ishara katika data ya mfumo wa jozi zina viwango viwili pekee vinavyojulikana kama chini (mantiki 0) na juu (mantiki 1).

IC za kidijitali hutumika katika anuwai ya programu kama vile kompyuta, modemu, n.k.

Kwa nini Mizunguko Iliyounganishwa ni Maarufu?

Licha ya kuvumbuliwa karibu miaka 30 iliyopita, mizunguko iliyojumuishwa bado inatumika katika matumizi mengi.Hebu tujadili baadhi ya vipengele vinavyohusika na umaarufu wao:

1.Scalability 

Miaka michache iliyopita, mapato ya sekta ya semiconductor yalifikia hadi Dola za Kimarekani Bilioni 350.Intel alikuwa mchangiaji mkubwa hapa.Kulikuwa na wachezaji wengine pia, na wengi wao walikuwa wa soko la dijiti.Ukiangalia nambari, utaona kuwa asilimia 80 ya mauzo yaliyotolewa na tasnia ya semiconductor yalikuwa kutoka kwa soko hili.

Saketi zilizojumuishwa zimekuwa na jukumu kubwa katika mafanikio haya.Unaona, watafiti wa tasnia ya semiconductor walichambua mzunguko uliojumuishwa, matumizi yake, na maelezo yake na wakaiongeza.

IC ya kwanza iliyowahi kuvumbuliwa ilikuwa na transistors chache tu - 5 kuwa mahususi.Na sasa tumeona Intel's 18-core Xeon ikiwa na jumla ya transistors bilioni 5.5.Zaidi ya hayo, Kidhibiti cha Uhifadhi cha IBM kilikuwa na transistors bilioni 7.1 na akiba ya 480 MB L4 mnamo 2015.

Uharibifu huu umekuwa na jukumu kubwa katika umaarufu uliopo wa Mizunguko Iliyounganishwa.

2. Gharama

Kumekuwa na mijadala kadhaa juu ya gharama ya IC.Kwa miaka mingi, kumekuwa na dhana potofu kuhusu bei halisi ya IC pia.Sababu nyuma ya hii ni kwamba ICs sio dhana rahisi tena.Teknolojia inaendelea kwa kasi ya ajabu, na wabuni wa chipu lazima waendane na kasi hii wakati wa kukokotoa gharama ya IC.

Miaka michache iliyopita, hesabu ya gharama ya IC iliyotumika kutegemea kufa kwa silicon.Wakati huo, kukadiria gharama ya chip inaweza kuamuliwa kwa urahisi na saizi ya kufa.Ingawa silicon bado ni kipengele cha msingi katika hesabu zao, wataalam wanahitaji kuzingatia vipengele vingine wakati wa kuhesabu gharama ya IC, pia.

Kufikia sasa, wataalam wamegundua equation rahisi kuamua gharama ya mwisho ya IC:

Gharama ya Mwisho ya IC = Gharama ya Kifurushi + Gharama ya Mtihani + Gharama ya Kufa + Gharama ya Usafirishaji

Equation hii inazingatia vitu vyote muhimu ambavyo vina jukumu kubwa katika utengenezaji wa chip.Kwa kuongezea, kunaweza kuwa na sababu zingine ambazo zinaweza kuzingatiwa.Jambo muhimu zaidi kukumbuka wakati wa kukadiria gharama za IC ni kwamba bei inaweza kutofautiana wakati wa mchakato wa uzalishaji kwa sababu nyingi.

Pia, maamuzi yoyote ya kiufundi yanayochukuliwa wakati wa mchakato wa utengenezaji yanaweza kuwa na athari kubwa kwa gharama ya mradi.

3. Kuegemea

Uzalishaji wa saketi zilizounganishwa ni kazi nyeti sana kwani inahitaji mifumo yote kufanya kazi mfululizo wakati wa mamilioni ya mizunguko.Sehemu za nje za sumakuumeme, halijoto kali na hali zingine za uendeshaji zote zina jukumu muhimu katika utendakazi wa IC.

Hata hivyo, mengi ya masuala haya yanaondolewa kwa matumizi ya upimaji wa shinikizo la juu uliodhibitiwa kwa usahihi.Inatoa hakuna taratibu mpya za kushindwa, na kuongeza kuegemea kwa nyaya zilizounganishwa.Tunaweza pia kuamua usambazaji wa kutofaulu kwa muda mfupi kupitia matumizi ya mikazo ya juu.

Vipengele hivi vyote husaidia kuhakikisha kuwa mzunguko jumuishi unaweza kufanya kazi vizuri.

Kwa kuongezea, hapa kuna huduma zingine za kuamua tabia ya mizunguko iliyojumuishwa:

Halijoto

Halijoto inaweza kutofautiana kwa kiasi kikubwa, na kufanya utayarishaji wa IC kuwa mgumu sana.

Voltage.

Vifaa hufanya kazi kwa voltage ya kawaida ambayo inaweza kutofautiana kidogo.

Mchakato

Tofauti muhimu zaidi za mchakato zinazotumiwa kwa vifaa ni voltage ya kizingiti na urefu wa chaneli.Tofauti ya mchakato imeainishwa kama:

• Mengi kwa kura
• Kaki kwa kaki
• Kufa kufa

Integrated Circuit Packages

Kifurushi hufunga kufa kwa saketi iliyojumuishwa, na kuifanya iwe rahisi kuunganishwa nayo.Kila muunganisho wa nje kwenye kitanzi umeunganishwa na kipande kidogo cha waya wa dhahabu kwenye pini kwenye kifurushi.Pini ni vituo vya nje ambavyo vina rangi ya fedha.Wanapitia mzunguko ili kuunganisha na sehemu nyingine za chip.Hizi ni muhimu sana kwani zinazunguka mzunguko na kuunganisha kwa waya na vifaa vingine kwenye saketi.

Kuna aina tofauti za vifurushi ambazo zinaweza kutumika hapa.Zote zina aina za kipekee za kupachika, vipimo vya kipekee, na hesabu za pini.Hebu tuangalie jinsi hii inavyofanya kazi.

Kuhesabu Pini

Mizunguko yote iliyounganishwa ni polarized, na kila pini ni tofauti kwa suala la kazi na eneo.Hii inamaanisha kuwa kifurushi kinahitaji kuonyesha na kutenganisha pini zote kutoka kwa kila mmoja.IC nyingi hutumia dot au notch kuonyesha pini ya kwanza.

Mara tu unapotambua eneo la pini ya kwanza, nambari zingine za pini huongezeka kwa mlolongo unapoenda kinyume na saa kuzunguka sakiti.

Kuweka

Kuweka ni moja wapo ya sifa za kipekee za aina ya kifurushi.Vifurushi vyote vinaweza kuainishwa kulingana na mojawapo ya kategoria mbili za kupachika: uso-mlima (SMD au SMT) au kupitia shimo (PTH).Ni rahisi zaidi kufanya kazi na vifurushi vya Kupitia-shimo kwani ni kubwa zaidi.Zimeundwa ili kudumu upande mmoja wa mzunguko na kuuzwa kwa mwingine.

Vifurushi vya mlima wa uso huja kwa ukubwa tofauti, kutoka ndogo hadi ndogo.Wao ni fasta upande mmoja wa sanduku na ni soldered kwa uso.Pini za kifurushi hiki ni za kawaida kwa chip, zimebanwa nje, au wakati mwingine zimewekwa kwenye tumbo kwenye msingi wa chip.Mizunguko iliyojumuishwa kwa namna ya mlima wa uso pia inahitaji zana maalum za kukusanyika.

Mstari Mbili

Kifurushi cha Dual In-line (DIP) ni moja ya vifurushi vya kawaida.Hii ni aina ya kifurushi cha IC kupitia shimo.Chips hizi ndogo zina safu mbili sambamba za pini zinazoenea wima kutoka kwa nyumba nyeusi, ya plastiki na ya mstatili.

Pini zina nafasi ya takriban milimita 2.54 kati yake - kiwango kinachofaa kutoshea kwenye mbao za mkate na mbao zingine chache za prototipu.Kulingana na hesabu ya pini, vipimo vya jumla vya kifurushi cha DIP vinaweza kutofautiana kutoka 4 hadi 64.

Eneo kati ya kila safu ya pini limetenganishwa ili kuwezesha DIP IC kuingiliana eneo la katikati la ubao wa chakula.Hii inahakikisha kuwa pini zina safu yao wenyewe na sio fupi.

Muhtasari Mdogo

Vifurushi vidogo vya mzunguko vilivyounganishwa vya muhtasari au SOIC ni sawa na mlima wa uso.Imeundwa kwa kupiga pini zote kwenye DIP na kuipunguza chini.Unaweza kukusanya vifurushi hivi kwa mkono thabiti na hata jicho lililofungwa - Ni rahisi hivyo!

Gorofa ya Quad

Vifurushi vya Quad Flat vinapiga pini katika pande zote nne.Jumla ya idadi ya pini katika IC gorofa ya quad inaweza kutofautiana popote kutoka kwa pini nane kwa upande (jumla 32) hadi pini sabini kwa upande (jumla ya 300+).Pini hizi zina nafasi ya karibu 0.4mm hadi 1mm kati yao.Vibadala vidogo vya kifurushi cha quad flat kinajumuisha vifurushi vya hali ya chini (LQFP), nyembamba (TQFP), na nyembamba sana (VQFP).

Safu za Gridi ya Mpira

Mkusanyiko wa Gridi ya Mpira au BGA ndio vifurushi vya hali ya juu zaidi vya IC kote.Hizi ni ngumu sana, vifurushi vidogo ambapo mipira midogo ya solder imewekwa kwenye gridi ya pande mbili kwenye msingi wa mzunguko jumuishi.Wakati mwingine wataalam huunganisha mipira ya solder moja kwa moja kwenye kufa!

Vifurushi vya Mikusanyiko ya Gridi ya Mpira mara nyingi hutumiwa kwa vichakataji vichanganyiko vya hali ya juu, kama vile Raspberry Pi au pcDuino.