Заняття-лекція на тему: "Мікросхеми: перше знайомство"

Первомайський ЦНТТУМ

Гурток “Радіоелектронне конструювання”

Керівник гуртка Семенова Олена Анатоліївна

Розробка заняття на тему:

Мікросхеми: перше знайомство.

Тема: “Мікросхеми: перше знайомство”

Мета: ознайомитись із поняттям “мікросхема”, історією створення, розвитком, будовою мікросхем, розвивати увагу, спостережливість, художній смак та творчі здібност, виховувати  цікавість до історії та науки.

Обладнання: ПК, дошка.

Тип заняття: інтерактивна лекція з використанням ПК та ТЗН.

Хід заняття

1. Назва теми нашого заняття сховалась в зелених клітинках стовпчика кросворда, який ви бачите на дошці. Коли розгадаєте кросворд, ви зможете її прочитати.

 Всі слова в рядках- вже відомі вам елементи електричної схеми. Ви бачите, що є одне виключення - рядок, що складається з єдиної літери. Ця літера практично є умовним позначенням одного з елементів – це підказка. Підказки для розгадування елементів у вигляді їх умовних графічних позначень ви бачите знизу кросворда.

  _________        

.

Давайте розгадувати разом. Починаємо із верхнього рядка і поступово спускаємось «по сходинкам» до нижнього поверху :).

ВиМикач, провІдник, котушКа, Реле, діОд, конденСатор, Х (лампочка), рЕзистор, лаМпочка, батАрея. Чудово!

Отже, сьогодні поговоримо про мікросхеми… Спочатку, як завжди, давайте розберемось із терміном. Термін “мікросхема” складається, як ми бачимо, із двох частин: “мікро” та “схема”. Слово “схема” нам зрозуміло (?): так, це графічне зображення із умовними позначеннями.

А чи знаєте ви походження слова “мікро” ? І що воно означає?

Мікро – походить від давньо-грецького “μικρός” — маленький. Це префікс міжнародної системи SI ( Système International), який позначає зменшення величини у мільйон раз (тобто складає одну мільйонну: 10⁻⁶). Якщо брати у звичних розмірах, наприклад, відстань.. То це як порівняти кільметр та..? Як називається мільйонна частина кільметра? :) Авжеж, міліметр.

Позначається в електроніці “мікро”як мк або як значок μ (грецька буква “мю”), обидва позначення вам добре знайомі:

Префікс “мікро” був затверджений у 1960 році. Це, безумовно, пов”язано із одним дуже важливим винаходом, зробленим  у 1958 році одночасно двома американськими винахідниками.

 А що ж таке трапилось тоді? Що це був за винахід?

 Ви правильно пам“ятаєте, революційний для розвитку електроніки винахід – транзистор -  вже був зроблений і розвиток та застосування його йшло повним ходом. Але..

 Ви, сподіваюсь, також пам“ятаєте і які були на  вигляд, наприклад, ті знамениті перші транзистори?

 Транзистори, резистори, конденсатори та інші деталі у той час розміщувалися на платах окремо, займали багато місця... 

 Джека Кілбі – інженера з американської компанії Texas Instruments

  та Роберта Нойса — одного із засновників відомої корпорації Intel, але на той час працівника компанії   Fairchild Semiconductor, турбувало одне спільне питання: «Як в мінімум місця вмістити максимум компонентів?»  Саме тому ці вчені  вирішили спробувати їх об'єднати на одному монолітному кристалі з напівпровідникового матеріалу.

Але Кілбі використав за основу германій,

     а Нойс віддав перевагу кремнію.

 Цікаво, що винахід Джек Кілбі та Роберт Нойс зробили окремо і незалежно один від одного, адже жили вони в різних містах і працювали в різних компаніях.

 І коли у 1959 році вони, окремо один від одного, отримали патенти на свої винаходи— почалося протистояння двох компаній, яке в результаті закінчилося мирним договором і створенням спільної ліцензії на виробництво інтегральних мікросхем, які часто називають «чипи». Чип (англ. chip, буквально— «маленький плоский шматочок», «плоска скалка»)— напівпровідникова структура, на поверхні якої сформовані контактні площинки.

 Хоча заради справедливості, треба сказати, що насправді ідею інтеграції великої кількості стандартних електронних компонентів у монолітному кристалі напівпровідника вперше запропонував ще в 1952 році британський радіотехнік Джеффрі Даммер, та через відсутність потрібних технологій і фінансування   йому не вдалось вдало й швидко втілити свою ідею у життя.

 Отже, мікросхе́ма, інтегральна мікросхема (англ. integrated circuit)— електронна схема, що реалізована у вигляді напівпровідникового кристалу (часто називають чип)  та виконує певну функцію.

 Після того, як в 1961 році американська компанія Fairchild Semiconductor Corporation пустила інтегральні схеми у вільний продаж, їх відразу стали використовувати у виробництві калькуляторів і комп'ютерів замість окремих транзисторів, - це дозволило значно зменшити розмір і збільшити продуктивність. І як результат — з кожним роком все більша портативність обчислювальної і не тільки обчислювальної техніки.

 Порівняйте, наприклад, комп“ютер, побудований на транзисторах у 1955 році:

І сучасний, який є, практично, у кожного з вас:

 Сьогодні, завдяки неймовірному розвитку технічного прогресу та популярності інтегральних мікросхем, ми маємо безліч їх різних видів і типів.

 До речі, чому мікросхеми називають інтегральними? Слово “інтегральний” також, як і “мікро”, латинського походження:  integrum — ціле. Тобто, зміст його: поєднання. Інтеграція - це процес об'єднання будь-яких елементів (частин) в одне ціле.

 Саме тому мікросхеми ділять за степенями цієї самої «інтеграції»… Простіше кажучи, за кількістю елементів у них: перша степінь інтеграції – до 10 елементів, друга степінь – від 10 до 100 елементів, третя степінь – від 100 до 1000 елементів і т.д.

 Отже, інтегральна мікросхема – це мініатюрний електронний блок, в корпусі якого містяться з’єднані за певною схемою радіокомпоненти: транзистори, діоди, резистори, конденсатори та інші електронні елементи. Кількість їх в сучасних мікросхемах може досягати декількох сотень тисяч і навіть мільйонів.

Ви розумієте, що і мікросхем є просто безліч. Як їх розрізняють? За багатьма видами, типами та ознаками: за технологіями виготовлення: напівпровідникові, плівкові, гібридні (що означає цей термін?); за типом сигналу, який вони обробляють і видають: тут мікросхеми ділять на дві великі групи: аналогові та цифрові; за призначенням...

Звичайно, відрізняють і за корпусами.

 Всі компоненти однієї мікросхеми виготовляють в одному технологічному процесі, електрично з’єднані між собою, і є нероздільним цілим, навіть якщо мікросхема виготовлена в безкорпусному варіанті.

 Так, є і такі мікросхеми. Частіше за все вони монтуються на платі під компаундом. Ви бачили їх у вигляді таких великих чорних «ляпок» на платах.

 Компаунд — це дуже міцний електроізоляційний матеріал з асфальтових і парафінових речовин та олій.

 На фото:

а) - гібридна мікросхема E100-03H,

б) - перетворювач – аналогова схема AD536AJQ,

в) - аудіопідсилювач Lm3886tf,

ґ) - операційний підсилювач AD549LHZ;

г) - драйвер для двигунів/контролер ІС A3930KJP-T,

д) - пристрій пам’яті 25LF020A-33SAE.

А тепер для вас, особливо уважних, :)  запитання:

1. Як називається такий тип корпуса мікросхем?
2. Що за мікросхема на цьому фото? (Знайдіть її опис в інтернеті)

3. Яка назва мікросхеми на фото:
4. Яке її призначення?
5. До якого типу за сигналом вона відноситься?
6. Який в неї тип корпусу ?

 Типи корпусів мікросхем дуже впливають на їх використання. Чому? Як ви гадаєте?

  Багато що залежить у створенні приладу не тільки від складності, але й від розміру та розташування компонентів його електричної схеми. Згодні?

 Саме тому існує така велика різноманітність корпусів: для різного способу встановлення (монтажу), відповідно існують і різні технології монтажу.

 Історично склалось так, що найпершою технологією є так званий об'ємний монтаж   або навісний монтаж. Радіоелементи припаюються до рядів спеціальних пелюсток, і з'єднуються між собою провідниками, об'єднаними в джгути.

Сьогодні навісним монтажем частіше за все називають зібрані без друкованої плати схеми ось такого вигляду:

 Поверхневий монтаж…

 Ніжки деталей при такому способі знаходяться  на поверхні друкованої плати, не проникаючи в глибину.

Роз”ємний спосіб.

Він використовується для можливості швидкої заміни або перепрограмування мікросхем. В такому випадку до друкованої плати встановлюється так зване “ліжко” - панель, у яку без припаювання встановлюється деталь.

 Гадаю, вам знайома така деталь, ви можете побачити її практично на будь-якій материнській платі комп”ютера:

Як вона називається? :)

Гадаю, вам не потрібно пояснювати, чому мікросхеми застосовуються практично в усіх сферах життя…

На який сучасний електронний пристрій ви б не спрямували свій погляд, майже на 100% ви знайдете в ньому цифрові мікросхеми.

Давайте поекспериментуємо :)

Пропоную назвати сучасні побутові прилади, у яких немає мікросхем :)

Мікроелектроніка проникла навіть в організм людини: в медицині вона дозволяє створювати унікальні прилади високої чутливості для вимірювання тиску, біологічних тестів і навіть дослідження ДНК. З допомогою мікротехнологій вживляють імпланти.

Наприклад, сліпим людям лікарі можуть частково повернути зір.

Для самостійного контролю здоров'я винайшли мікрочіп, який нагадує звичайний пластир. Він клеїться на шкіру і складається з декількох сенсорів, які реєструють інформацію про температуру тіла, серцебиття, активність мозку і реакцію на ультрафіолетове випромінювання.

 Ці відомості безпосередньо надходять у телефон. Таким чином, людина може щохвилини контролювати свій стан. Це лише один з багатьох напрямків застосування мікросхем.

А тепер давайте перевіримо, хто найкраще познайомився із мікросхемами… :)

1. Що за деталь на цьому фото:

2. Яка назва цієї мікросхеми?

     2а.  Назвіть тип її корпуса ;)

3. Що за пристрій зображено на фото? Де він застосовується? Чи є в його складі мікросхеми?

 Додаткове завдання для особливо уважних: скільки і яких способів монтажу можна побачити на цій платі?

 А домашнім завданням буде «пошукова експедиція» :)

 Звичайно, ви всі впізнали, що там у нас на останній фотографії... Це основа будь-якого персонального комп“ютера – материнська плата.

А пошуки будемо вести у таких напрямках:

1. Скільки тут є різних мікросхем?

2. Чи можете ви назвати типи їх корпусів?

3. Які способи монтажу мікросхем є на цій платі?

4. Назвіть всі знайомі вам компоненти на платі.

Дякую всім за увагу і бажаю успіху «пошуковій експедиції» :).