उत्पादन गुणधर्म

दस्तऐवज आणि मीडिया

पर्यावरण आणि निर्यात वर्गीकरण

एकात्मिक सर्किट

इंटिग्रेटेड सर्किट (IC) ही सेमीकंडक्टर चिप आहे ज्यामध्ये कॅपेसिटर, डायोड, ट्रान्झिस्टर आणि रेझिस्टर सारखे अनेक लहान घटक असतात.हे लहान घटक डिजिटल किंवा ॲनालॉग तंत्रज्ञानाच्या मदतीने डेटाची गणना आणि संग्रहित करण्यासाठी वापरले जातात.तुम्ही IC चा एक लहान चिप म्हणून विचार करू शकता ज्याचा वापर पूर्ण, विश्वासार्ह सर्किट म्हणून केला जाऊ शकतो.इंटिग्रेटेड सर्किट्स काउंटर, ऑसिलेटर, ॲम्प्लीफायर, लॉजिक गेट, टाइमर, कॉम्प्युटर मेमरी किंवा अगदी मायक्रोप्रोसेसर असू शकतात.

आयसी हा आजच्या सर्व इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचा मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक मानला जातो.त्याचे नाव पातळ, सिलिकॉन-निर्मित सेमीकंडक्टर सामग्रीमध्ये एम्बेड केलेल्या एकाधिक परस्पर जोडलेल्या घटकांची प्रणाली सूचित करते.

इंटिग्रेटेड सर्किट्सचा इतिहास 

एकात्मिक सर्किट्समागील तंत्रज्ञान सुरुवातीला 1950 मध्ये रॉबर्ट नॉयस आणि जॅक किल्बी यांनी युनायटेड स्टेट्स ऑफ अमेरिकामध्ये सादर केले होते.यूएस एअर फोर्स या नवीन शोधाचा पहिला ग्राहक होता.जॅक किल्बी यांना 2000 मध्ये त्यांच्या सूक्ष्म आयसीच्या शोधासाठी भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळाले.

किल्बीच्या डिझाइनच्या परिचयानंतर 1.5 वर्षांनंतर, रॉबर्ट नॉयसने एकात्मिक सर्किटची स्वतःची आवृत्ती सादर केली.त्याच्या मॉडेलने किल्बीच्या उपकरणातील अनेक व्यावहारिक समस्यांचे निराकरण केले.नॉयसने त्याच्या मॉडेलसाठी सिलिकॉनचा वापर केला, तर जॅक किल्बीने जर्मेनियमचा वापर केला. 

रॉबर्ट नॉयस आणि जॅक किल्बी या दोघांनाही एकात्मिक सर्किट्समधील योगदानासाठी यूएस पेटंट मिळाले.अनेक वर्षे ते कायदेशीर समस्यांशी झगडत होते.शेवटी, Noyce आणि Kilby च्या दोन्ही कंपन्यांनी त्यांच्या शोधांना क्रॉस-परवाना देण्याचे ठरवले आणि त्यांना मोठ्या जागतिक बाजारपेठेत सादर केले.

इंटिग्रेटेड सर्किट्सचे प्रकार

इंटिग्रेटेड सर्किट्सचे दोन प्रकार आहेत.हे आहेत:

1. ॲनालॉग ICs

ॲनालॉग IC चे सतत बदलणारे आउटपुट असते, ते मिळत असलेल्या सिग्नलवर अवलंबून असते.सिद्धांतानुसार, अशा IC अमर्यादित राज्ये प्राप्त करू शकतात.या प्रकारच्या IC मध्ये, चळवळीचे आउटपुट स्तर हे सिग्नलच्या इनपुट पातळीचे एक रेखीय कार्य आहे.

रेखीय ICs रेडिओ-फ्रिक्वेंसी (RF) आणि ऑडिओ-फ्रिक्वेंसी (AF) ॲम्प्लिफायर म्हणून कार्य करू शकतात.ऑपरेशनल ॲम्प्लिफायर (ऑप-एम्प) हे सामान्यतः येथे वापरले जाणारे उपकरण आहे.याव्यतिरिक्त, तापमान सेन्सर हा आणखी एक सामान्य अनुप्रयोग आहे.एकदा सिग्नल एका विशिष्ट मूल्यापर्यंत पोहोचल्यानंतर लिनियर IC विविध उपकरणे चालू आणि बंद करू शकतात.आपण हे तंत्रज्ञान ओव्हन, हीटर्स आणि एअर कंडिशनरमध्ये शोधू शकता. 

2. डिजिटल ICs 

हे analog ICs पेक्षा वेगळे आहेत.ते सिग्नल पातळीच्या स्थिर श्रेणीवर कार्य करत नाहीत.त्याऐवजी, ते काही पूर्व-सेट स्तरांवर कार्य करतात.डिजिटल आयसी मूलभूतपणे लॉजिक गेट्सच्या मदतीने कार्य करतात.लॉजिक गेट्स बायनरी डेटा वापरतात.बायनरी डेटामधील सिग्नलमध्ये कमी (लॉजिक 0) आणि उच्च (लॉजिक 1) म्हणून ओळखले जाणारे दोन स्तर असतात.

डिजिटल IC चा वापर संगणक, मॉडेम इत्यादी सारख्या विस्तृत अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो.

इंटिग्रेटेड सर्किट्स लोकप्रिय का आहेत?

जवळपास 30 वर्षांपूर्वी शोध लावला असूनही, एकात्मिक सर्किट अजूनही असंख्य अनुप्रयोगांमध्ये वापरल्या जातात.त्यांच्या लोकप्रियतेसाठी जबाबदार असलेल्या काही घटकांवर चर्चा करूया: 

1.स्केलेबिलिटी 

काही वर्षांपूर्वी, सेमीकंडक्टर उद्योगाचा महसूल अविश्वसनीय 350 बिलियन USD पर्यंत पोहोचला होता.येथे इंटेलचा सर्वात मोठा वाटा होता.इतर खेळाडू देखील होते आणि यापैकी बहुतेक डिजिटल मार्केटचे होते.जर तुम्ही आकडे बघितले तर तुम्हाला दिसेल की सेमीकंडक्टर उद्योगाने निर्माण केलेल्या विक्रीपैकी 80 टक्के विक्री या बाजारातून होते.

या यशात इंटिग्रेटेड सर्किट्सचा मोठा वाटा आहे.तुम्ही पाहता, सेमीकंडक्टर उद्योगाच्या संशोधकांनी एकात्मिक सर्किट, त्याचे अनुप्रयोग आणि त्याची वैशिष्ट्ये यांचे विश्लेषण केले आणि ते वाढवले.

शोध लावलेल्या पहिल्या IC मध्ये फक्त काही ट्रान्झिस्टर होते – 5 विशिष्ट आहेत.आणि आता आम्ही Intel चे 18-कोर Xeon पाहिले आहे ज्यामध्ये एकूण 5.5 बिलियन ट्रान्झिस्टर आहेत.शिवाय, IBM च्या स्टोरेज कंट्रोलरमध्ये 2015 मध्ये 480 MB L4 कॅशेसह 7.1 अब्ज ट्रान्झिस्टर होते.

या स्केलेबिलिटीने इंटिग्रेटेड सर्किट्सच्या प्रचलित लोकप्रियतेमध्ये मोठी भूमिका बजावली आहे.

2. खर्च

आयसीच्या किमतीवर अनेक वादविवाद झाले आहेत.अनेक वर्षांपासून, आयसीच्या वास्तविक किंमतीबद्दलही गैरसमज निर्माण झाले आहेत.यामागचे कारण म्हणजे ICs ही आता साधी संकल्पना राहिलेली नाही.तंत्रज्ञान प्रचंड वेगाने पुढे जात आहे आणि IC ची किंमत मोजताना चिप डिझायनर्सनी ही गती कायम ठेवली पाहिजे.

काही वर्षांपूर्वी, आयसीसाठी खर्चाची गणना सिलिकॉन डायवर अवलंबून असायची.त्या वेळी, चिपच्या खर्चाचा अंदाज लावणे डाय साइजद्वारे सहजपणे निर्धारित केले जाऊ शकते.सिलिकॉन हा त्यांच्या गणनेत अजूनही प्राथमिक घटक असला तरी, IC खर्चाची गणना करताना तज्ञांना इतर घटकांचाही विचार करणे आवश्यक आहे.

आत्तापर्यंत, तज्ञांनी IC ची अंतिम किंमत निश्चित करण्यासाठी अगदी सोपे समीकरण काढले आहे:

अंतिम IC खर्च = पॅकेज खर्च + चाचणी खर्च + डाई कॉस्ट + शिपिंग खर्च

हे समीकरण सर्व आवश्यक घटकांचा विचार करते जे चिपच्या निर्मितीमध्ये मोठी भूमिका बजावतात.त्या व्यतिरिक्त, इतर काही घटक असू शकतात ज्यांचा विचार केला जाऊ शकतो.IC खर्चाचा अंदाज लावताना लक्षात ठेवण्याची सर्वात महत्त्वाची गोष्ट म्हणजे उत्पादन प्रक्रियेदरम्यान अनेक कारणांमुळे किंमत बदलू शकते.

तसेच, उत्पादन प्रक्रियेदरम्यान घेतलेल्या कोणत्याही तांत्रिक निर्णयाचा प्रकल्पाच्या खर्चावर महत्त्वपूर्ण परिणाम होऊ शकतो.

3. विश्वसनीयता

इंटिग्रेटेड सर्किट्सचे उत्पादन हे अत्यंत संवेदनशील कार्य आहे कारण त्यासाठी लाखो चक्रांमध्ये सर्व यंत्रणांना सतत काम करावे लागते.बाह्य इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड, अत्यंत तापमान आणि इतर ऑपरेटिंग परिस्थिती या सर्व IC ऑपरेशनमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावतात.

तथापि, यापैकी बहुतेक समस्या योग्यरित्या नियंत्रित उच्च-ताण चाचणीच्या वापराने दूर केल्या जातात.एकात्मिक सर्किट्सची विश्वासार्हता वाढवून हे कोणतेही नवीन अपयश यंत्रणा प्रदान करत नाही.उच्च ताणांचा वापर करून आम्ही तुलनेने कमी वेळेत अपयशाचे वितरण देखील निर्धारित करू शकतो.

हे सर्व पैलू एकात्मिक सर्किट योग्यरित्या कार्य करण्यास सक्षम असल्याचे सुनिश्चित करण्यात मदत करतात.

शिवाय, एकात्मिक सर्किट्सचे वर्तन निश्चित करण्यासाठी येथे काही वैशिष्ट्ये आहेत:

तापमान

तापमानात तीव्र बदल होऊ शकतो, ज्यामुळे IC चे उत्पादन अत्यंत कठीण होते.

विद्युतदाब.

साधने नाममात्र व्होल्टेजवर चालतात जी किंचित बदलू शकतात.

प्रक्रिया

थ्रेशोल्ड व्होल्टेज आणि चॅनेलची लांबी ही उपकरणांसाठी वापरली जाणारी सर्वात महत्वाची प्रक्रिया भिन्नता आहे.प्रक्रियेची भिन्नता खालीलप्रमाणे वर्गीकृत आहे:

• लोट ते लोट
• वेफर ते वेफर
• मरण्यासाठी मरणे

इंटिग्रेटेड सर्किट पॅकेजेस

हे पॅकेज एकात्मिक सर्किटच्या डाईला गुंडाळते, ज्यामुळे आम्हाला ते कनेक्ट करणे सोपे होते.डायवरील प्रत्येक बाह्य कनेक्शन पॅकेजवरील पिनशी सोन्याच्या ताराच्या लहान तुकड्याने जोडलेले आहे.पिन हे एक्सट्रूडिंग टर्मिनल्स आहेत जे चांदीच्या रंगाचे असतात.ते चिपच्या इतर भागांशी जोडण्यासाठी सर्किटमधून जातात.हे अत्यंत आवश्यक आहेत कारण ते सर्किटभोवती फिरतात आणि वायर आणि सर्किटमधील उर्वरित घटकांना जोडतात.

येथे अनेक प्रकारचे पॅकेजेस वापरले जाऊ शकतात.त्या सर्वांमध्ये अद्वितीय माउंटिंग प्रकार, अद्वितीय परिमाणे आणि पिन संख्या आहेत.हे कसे कार्य करते यावर एक नजर टाकूया.

पिन मोजणी

सर्व इंटिग्रेटेड सर्किट्स ध्रुवीकृत आहेत आणि प्रत्येक पिन फंक्शन आणि स्थान या दोन्ही दृष्टीने भिन्न आहे.याचा अर्थ पॅकेजला सर्व पिन एकमेकांपासून सूचित करणे आणि वेगळे करणे आवश्यक आहे.बहुतेक IC प्रथम पिन दर्शविण्यासाठी एकतर बिंदू किंवा खाच वापरतात.

एकदा तुम्ही पहिल्या पिनचे स्थान ओळखले की, तुम्ही सर्किटभोवती घड्याळाच्या उलट दिशेने जाताना उर्वरित पिन क्रमांक एका क्रमाने वाढतात.

आरोहित

माउंटिंग हे पॅकेज प्रकारातील अद्वितीय वैशिष्ट्यांपैकी एक आहे.सर्व पॅकेजेस दोन माउंटिंग श्रेणींपैकी एकानुसार वर्गीकृत केले जाऊ शकतात: पृष्ठभाग-माउंट (SMD किंवा SMT) किंवा थ्रू-होल (PTH).थ्रू-होल पॅकेजेस मोठ्या असल्याने त्यांच्यासोबत काम करणे खूप सोपे आहे.ते सर्किटच्या एका बाजूला निश्चित करण्यासाठी आणि दुसऱ्या बाजूला सोल्डर करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत.

सरफेस-माउंट पॅकेजेस वेगवेगळ्या आकारात येतात, लहान ते वजा.ते बॉक्सच्या एका बाजूला निश्चित केले जातात आणि पृष्ठभागावर सोल्डर केले जातात.या पॅकेजच्या पिन एकतर चिपला लंब असतात, बाजूला पिळून काढल्या जातात किंवा काहीवेळा चिपच्या पायावर मॅट्रिक्समध्ये सेट केल्या जातात.पृष्ठभाग-माऊंटच्या रूपात असलेल्या एकात्मिक सर्किट्सना एकत्रित करण्यासाठी विशेष साधने देखील आवश्यक असतात.

ड्युअल इन-लाइन

ड्युअल इन-लाइन पॅकेज (डीआयपी) हे सर्वात सामान्य पॅकेजपैकी एक आहे.हा एक प्रकारचा थ्रू-होल आयसी पॅकेज आहे.या लहान चिप्समध्ये काळ्या, प्लास्टिक, आयताकृती घरांच्या बाहेर उभ्या विस्तारलेल्या पिनच्या दोन समांतर पंक्ती असतात.

पिनमध्ये त्यांच्यामध्ये सुमारे 2.54 मिमी अंतर असते - ब्रेडबोर्ड आणि काही इतर प्रोटोटाइपिंग बोर्डमध्ये बसण्यासाठी एक मानक परिपूर्ण.पिनच्या संख्येवर अवलंबून, DIP पॅकेजचे एकूण परिमाण 4 ते 64 पर्यंत बदलू शकतात.

DIP IC ला ब्रेडबोर्डच्या मध्यभागी ओव्हरलॅप करण्यास सक्षम करण्यासाठी पिनच्या प्रत्येक पंक्तीमधील प्रदेश अंतरावर आहे.हे सुनिश्चित करते की पिनची स्वतःची पंक्ती आहे आणि ती लहान नाही.

लहान-रूपरेषा

स्मॉल-आउटलाइन इंटिग्रेटेड सर्किट पॅकेजेस किंवा SOIC पृष्ठभाग-माऊंटसारखेच असतात.डीआयपीवर सर्व पिन वाकवून आणि खाली आकुंचन करून ते तयार केले जाते.तुम्ही ही पॅकेजेस स्थिर हाताने आणि अगदी बंद डोळ्यांनी एकत्र करू शकता – हे खूप सोपे आहे!

क्वाड फ्लॅट

क्वाड फ्लॅट पॅकेजेस चारही दिशांना पिन दाखवतात.क्वाड फ्लॅट IC मधील पिनची एकूण संख्या एका बाजूला असलेल्या आठ पिनपासून (एकूण 32) एका बाजूला सत्तर पिन (एकूण 300+) पर्यंत कुठेही बदलू शकते.या पिनमध्ये सुमारे 0.4 मिमी ते 1 मिमी अंतर असते.क्वाड फ्लॅट पॅकेजच्या छोट्या प्रकारांमध्ये लो-प्रोफाइल (LQFP), पातळ (TQFP), आणि अतिशय पातळ (VQFP) पॅकेजेस असतात.

बॉल ग्रिड ॲरे

बॉल ग्रिड ॲरे किंवा बीजीए ही आजूबाजूची सर्वात प्रगत IC पॅकेजेस आहेत.हे आश्चर्यकारकपणे क्लिष्ट, लहान पॅकेजेस आहेत जेथे एकात्मिक सर्किटच्या पायावर द्विमितीय ग्रिडमध्ये सोल्डरचे लहान गोळे सेट केले जातात.काहीवेळा तज्ञ सोल्डर बॉल थेट डायला जोडतात!

Raspberry Pi किंवा pcDuino सारख्या प्रगत मायक्रोप्रोसेसरसाठी बॉल ग्रिड ॲरे पॅकेजेसचा वापर केला जातो.