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Integrierte Schaltungsbaugruppe: Der ultimative FAQ-Leitfaden

Ich weiß, dass Sie wahrscheinlich nach weiteren Informationen über die Montage integrierter Schaltkreise suchen.

Ein Grund, warum dieser Leitfaden alle Ihre Fragen zur Montage integrierter Schaltkreise beantwortet – lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.

Was ist eine integrierte Schaltungsbaugruppe?

Eine integrierte Schaltungsbaugruppe ist eine elektronische Baugruppe aus einer Einheit, die aus miniaturisierten aktiven und passiven Bauelementen besteht.

Einige der aktiven Geräte umfassen Transistoren und Dioden, während passive Geräte aus Kondensatoren und Widerständen bestehen.

Diese Vorrichtungen haben Verbindungen, die auf einem dünnen Halbleitersubstrat ausgebildet sind, was zu einem kompakten Chip führt.

Sie finden, dass dieser Chip dank der winzigen Einzelkomponenten sogar im Bereich von Quadratmillimetern sehr klein sein kann.

Eine integrierte Schaltungsanordnung

Eine integrierte Schaltungsanordnung

Ist ein Mikroprozessor eine integrierte Schaltung?

Ja.

Ein Mikroprozessor kombiniert die Funktionalität einer CPU in einem einzelnen integrierten Schaltungschip. Es führt logische und rechnerische Operationen in einem Computersystem aus, damit andere externe Schaltungen ihre erwarteten Zwecke erfüllen können.

Wo finden Sie Verwendung von Integrierte Schaltungsbaugruppen?

Eine integrierte Schaltungsanordnung umfasst elektrische Komponenten wie Dioden, Transistoren und Widerstände, die miteinander verbunden sind, um eine Vielzahl von Aktivitäten auszuführen. Sie finden integrierte Schaltungsbaugruppen in verschiedenen elektronischen Geräten, darunter:

  • Computer und ihre Peripheriegeräte wie Tastaturen und Mäuse, aufgrund ihrer Vielseitigkeit.
  • Digitalkameras, Videospielkonsolen und Controller.
  • Encoder und Decoder für Hochfrequenz.
  • Kopfhörer, Mikrofone und Lautsprecher, einschließlich intelligenter Lautsprecher wie Amazon Echo und Google Home.
  • Speichergeräte und Logikinstrumente.
  • Prozessoren und Verstärker für Video bzw. Audio.
  • Smartwatches und andere Wearables.
  • Fernseher, Computer, Tablets und Smartphones.

Eine integrierte Schaltungsanordnung in einem Laptop

Eine integrierte Schaltungsbaugruppe in einem Laptop

Wie führen Sie die Montage integrierter Schaltungen durch?

Sie stellen mehrere integrierte Schaltkreise gleichzeitig auf einem einzigen Siliziumstück her, bevor Sie die IC-Chips einzeln trennen.

Sie führen die Montage integrierter Schaltkreise in einer sauberen, streng kontrollierten Umgebung durch, in der die Luft frei von Fremdpartikeln ist.

Der Prozess der Montage integrierter Schaltungen folgt dem folgenden Prozess:

Vorbereitung des Siliziumwafers

Der Prozess beginnt mit dem Schmelzen eines zylindrischen Silizium-Ingots in einer Vakuumkammer in vertikaler Position.

Durch das Schmelzen werden Verunreinigungen beseitigt, die sich am Boden des Barrens ansammeln, den Sie abschneiden und den reinen Teil zurücklassen.

Anschließend schneiden Sie aus dem Ingot runde Siliziumwafer in gewünschter Größe, auf denen Sie die integrierten Schaltkreise ausstatten. Anschließend polieren Sie die Oberflächen, bevor Sie Siliziumdioxid als Beschichtung auftragen, um Oxidation zu verhindern.

Integrierte Schaltungen auf Silizium

Integrierte Schaltungen auf Silizium

Masking

Das Maskieren während der Montage integrierter Schaltungen beinhaltet das Aufbringen von Schichtdesigns für die Bestandteile des Siliziumwafers.

Das Maskieren beinhaltet typischerweise eine Bildübertragung durch optische Reduktion unter Verwendung von klaren und undurchsichtigen Masken.

Doping

Bei der Montage integrierter Schaltungen können Sie zwei Dotierungsansätze anwenden: Atomdiffusion oder Ionenimplantation. Bei der Atomdiffusion erzeugen Sie P- oder N-Bereiche durch Hochtemperatur-Waferbacken in Gegenwart eines Inertgases.

Die Ionenimplantation besteht aus der Ionisierung eines Dotierungsgases wie Phosphin. Dabei bildet sich ein Strahl aus hochenergetischen Dotierstoff-Ionen, den Sie auf bestimmte Bereiche des Wafers schießen.

Bildung aufeinanderfolgender Schichten

Sie wiederholen die Maskierungs-, Ätz- und Dotierungsprozesse für nachfolgende Schichten, die für Ihre integrierte Schaltungsanordnung erforderlich sind.

Als letzte Schicht tragen Sie eine Siliziumdioxidschicht durch chemische Gasphasenabscheidung auf, bevor Sie eine Aluminiumschicht für Kontakte abscheiden.

Bildung individueller IC-Chips

Die zahlreichen Späne trennen Sie über ritzende Trennlinien auf der Siliziumplatte, bevor Sie einen Diamantschneider einsetzen.

Um die Wafer zu trennen, müssen Sie sie möglicherweise entlang der Schnittlinien abbrechen, bevor Sie sie einer Inspektion unterziehen.

Storage

Nach erfolgreicher Inspektion versiegeln Sie die Chips mit integrierten Schaltkreisen in speziellen Plastikbeuteln ohne statische Aufladung. Sie können die Paketchips lagern oder versenden.

Integrierte Schaltkreise in einer Aufbewahrungsbox

Integrierte Schaltkreise in einer Aufbewahrungsbox

Was sind die Eigenschaften einer integrierten Schaltungsbaugruppe?

Der integrierte Schaltkreis ist ein komplexes Gerät, das aus Siliziumwafern besteht, auf denen mikroskopisch kleine Muster eingraviert sind. In diesen Designs finden Sie mehrere tausend Transistoren, Widerstände und andere elektronische Komponenten.

Zu den Merkmalen einer integrierten Schaltungsanordnung gehören:

Dichte

Sie finden integrierte Schaltungsbaugruppen mit Transistorabmessungen im Nanometerbereich. Auf diese Weise können Sie Millionen von Transistoren auf einer einzigen integrierten Schaltungsbaugruppe unterbringen und so die Funktionalität erhöhen.

Integration

Sie können einzelne Chips verwenden, um diskrete Geräte wie Leuchtdioden herzustellen.

Integrierte Schaltungsanordnungen leiten ihren Namen von der Tatsache ab, dass sie mehrere Bauelemente auf einem einzigen Chip vereinen.

Integrierte Schaltungsbaugruppen haben winzige Transistoren, die Unterfunktionen ermöglichen, die früher mehrere Chips mit nur einem möglich machten.

Materialien

Sie verwenden halbleitende Materialien in der Montage integrierter Schaltkreise. Halbleitermaterialien sind Materialien, die zwischen guten Leitern und Isolatoren liegen.

Der beliebteste Halbleiter, der für die Montage integrierter Schaltungen verwendet wird, ist Silizium. Um elektronische Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen, mischt man hochreines Silizium mit minimalen Mengen anderer Elemente.

Verpackung

Aufgrund der Größe und Empfindlichkeit des integrierten Schaltungschips ist eine direkte Handhabung unmöglich. Sie schließen jeden Chip in flache Kunststoff- oder Keramikblöcke ein, die mit einem Satz mikroskopisch kleiner Aluminium- oder Golddrähte verbunden sind.

Externe Metallstifte am Block sind mit den internen Drähten verbunden und bieten eine sichere mechanische und elektrische Verbindung zu den Systemkomponenten.

IC-Chip Der Schutz erfolgt durch den Kunststoffblock, auf den Sie den Namen des Herstellers und die Teilenummer drucken, und hilft beim Kühlen.

Größe

Eine integrierte Schaltungsanordnung kann so klein wie 1 mm² bis so groß wie 200 mm² sein. Ein Chipgehäuse ist groß genug, um die integrierte Schaltungsanordnung mit einer Dicke im Bereich von einigen Millimetern aufzunehmen.

Welche Komponenten finden Sie auf integrierten Schaltungsbaugruppen?

Eine integrierte Schaltungsanordnung besteht aus verschiedenen passiven und aktiven Bauelementen, die auf einem einzigen Wafer ausgebildet sind. Einige der gebräuchlichen elektronischen Komponenten, die Sie auf integrierten Schaltungsbaugruppen finden, sind:

Kondensatoren

Ein Kondensator ist ein zweipoliger passiver elektrischer Energiespeicher, der in einem elektrischen Feld arbeitet.

Die Kapazität beschreibt die Wirkung eines Kondensators, und ein Kondensator existiert, um einer integrierten Schaltungsanordnung Kapazität hinzuzufügen.

Kondensatoren

Kondensatoren

Dioden

Eine Diode ist eine elektrische Komponente mit einer Anschlusspaarung, die in der integrierten Schaltungsanordnung hauptsächlich einen unidirektionalen Stromfluss aufweist. Mit einer Diode haben Sie in einer Richtung wenig Widerstand und in der anderen einen hohen Widerstand.

Dioden

Dioden

Widerstände

Ein Widerstand ist eine passive elektrische Komponente mit einem Anschlusspaar, das einen elektrischen Widerstand in einer integrierten Schaltungsanordnung implementiert. Mit Widerständen können Sie den Stromfluss reduzieren, Spannungen teilen, Signalpegel anpassen und Übertragungsleitungen in einem Stromkreis beenden.

Widerstände sind Teil der integrierten Schaltung

Widerstände sind Teil einer integrierten Schaltung

Transistor

Ein Transistor ist ein Halbleiterbauelement, das elektrische Signale in einer integrierten Schaltungsanordnung verstärkt oder schaltet. Ein Transistor besitzt normalerweise eine Dreifachanschlusskonfiguration zum Anschließen an eine elektronische Schaltung.

Wie können Sie eine integrierte Schaltungsbaugruppe basierend auf dem Fertigungsansatz klassifizieren?

Sie können integrierte Schaltungsbaugruppen basierend auf der von Ihnen verwendeten Herstellungstechnik in drei Kategorien einteilen:

Dünne und dicke integrierte Schaltungsbaugruppe

In diesen IC-Typen setzen Sie passive Bauelemente wie Widerstände und Kondensatoren ein.

Allerdings schalten Sie die Transistoren und Dioden im Schaltungsdesign separat an.

Sie stellen diese integrierten Schaltungsbaugruppen her, indem Sie Filme aus leitendem Material auf der Glasoberfläche oder auf einem Keramikständer abscheiden.

Monolithische integrierte Schaltungsanordnung

Monolithische integrierte Schaltung

Monolithische integrierte Schaltungsanordnung

Mit diesem IC-Bestückungstyp können Sie Einzelchip-Verbindungen aus aktiven, passiven und sogar diskreten Komponenten bilden. Monolithische integrierte Schaltungsanordnungen sind aufgrund ihrer geringen Kosten und Zuverlässigkeit weit verbreitet.

Hybrid-/Multi-Chip-Baugruppe für integrierte Schaltungen

Eine Multi-Chip-IC-Baugruppe besteht aus mehr als einem miteinander verbundenen Chip, wobei sowohl aktive als auch passive Komponenten auf einem einzelnen Chip enthalten sind.

Sie finden solche IC-Baugruppen in Hochleistungsverstärkeranwendungen im Bereich von 5 W bis 50 W, wobei ihre Leistung monolithische IC-Baugruppen übertrifft.

Welche Rohstoffe verwenden Sie bei der Montage integrierter Schaltkreise?

Sie finden die meisten integrierten Schaltungsanordnungen aus reinem Silizium, das chemisch dotiert ist, um die N- und P-Regionen zu ergeben.

Silizium dient als Substrat des Chips, während Sie Siliziumdioxid als Isolator von Kondensatoren und als dielektrisches Material verwenden.

Beim Dotieren sind Phosphor und Arsen zwei übliche Dotierstoffe vom N-Typ, während Dotierstoffe vom P-Typ Bor und Gallium umfassen.

Verbindungsstücke zwischen den verschiedenen Komponenten in der IC-Baugruppe finden Sie häufig aus Aluminium.

Dünne Aluminium- oder Golddrähte verbinden die integrierte Schaltungsanordnung mit dem Montagegehäuse. Beim Aufbau des Montagepakets können Keramik- oder Kunststoffmaterialien verwendet werden.

Was sind die Vor- und Nachteile der Verwendung einer integrierten Schaltungsbaugruppe?

Eine IC-Baugruppe ist ein kompakter Siliziumwafer, den Sie als Oszillator, Zähler, Verstärker, Computerspeicher, Mikroprozessor oder Timer verwenden können. Sie finden die folgenden Vor- und Nachteile von integrierten Schaltungsbaugruppen:

Vorteile

  • IC-Baugruppen sind unglaublich klein und zuverlässiger bei geringem Stromverbrauch.
  • Sie können eine IC-Baugruppe im Falle eines Ausfalls einfach ersetzen.
  • Diese Chips sind ideal für den Betrieb winziger Signale mit erhöhter Kapazität für den Betrieb in Hochtemperaturumgebungen.
  • Wo parasitäre und kapazitive Effekte fehlen, erhöhen Sie die Betriebsgeschwindigkeit der IC-Baugruppe.
  • Sie profitieren von einer engen Bauteilabstimmung und einem Temperaturkoeffizienten durch Massenfertigung.

IC-Baugruppen sind bei Ausfall leicht austauschbar

IC-Baugruppen sind bei Ausfall leicht austauschbar

Nachteile

  • Der Ausfall einer einzelnen Komponente in der integrierten Schaltungsanordnung erfordert einen Austausch der gesamten Schaltung.
  • Das Erreichen eines niedrigen Temperaturkoeffizienten ist schwierig.
  • Eine IC-Baugruppe kann nur mit einer bestimmten Leistung betrieben werden.
  • In IC-Baugruppen können Sie keine Spulen oder Anzeigen erstellen.
  • Es ist schwierig, einen Betrieb mit niedrigem Rauschen und hoher Spannung zu erreichen.
  • Die Verlustleistung darf 10 Watt nicht überschreiten, während der Betrieb bei niedriger Spannung aufrechterhalten wird.
  • Integrierte Schaltungsanordnungen erzeugen eine begrenzte Leistung, was eine Erweiterung erforderlich macht.

Wie bestimmen Sie die Teilenummer einer integrierten Schaltungsbaugruppe?

Das Auslesen der Komponentennummer einer IC-Baugruppe ist ein einfaches Verfahren, mit dem Sie den Hersteller und technische Details ermitteln können.

Integrierte Schaltungsbaugruppen besitzen einzeln eine Seriennummer, die in zwei Teile geteilt ist.

Sie finden die im ersten Teil erfassten Herstellerinformationen mit den im zweiten Teil angegebenen technischen Spezifikationen des Chips.

Wie unterscheidet sich eine integrierte Schaltungsbaugruppe von einer Leiterplatte?

Sie betten eine integrierte Schaltungsbaugruppe über einen Lötprozess auf der Leiterplatte ein. Sie beobachten also, dass die Leiterplatte als Träger der IC-Baugruppe dient.

A Leiterplatte (PCB) stellt eine elektrische Verbindung zu Komponenten her, die eine bestimmte Funktionalität ermöglichen.

Eine integrierte Schaltungsanordnung ist eine geladene Komponente, die so gestaltet ist, dass sie eine bestimmte Funktion erfüllt.

Daher kann man sagen, dass eine integrierte Schaltungsbaugruppe ein einzelner Chip ist, der eine Allzweckschaltung enthält. Es ist ein komplettes Paket, das versagt, wenn es intern beschädigt wird. Im Gegensatz dazu können Sie verschiedene Komponenten an eine Leiterplatte anschließen und sie sogar ersetzen, wenn sie kaputt sind.

Welche Logikgatter können Sie mit einer integrierten Schaltungsbaugruppe verwenden?

Ein elektronisches Gerät, das logische Prozesse ausführt, definiert ein Logikgatter mit den Ein- und Ausgängen in binärer Form (0,1). Sie können Logikgatter in drei Kategorien einteilen: Basisgatter, universelle Gatter und exklusive Gatter.

Grundlegende Tore

Enthält NICHT-, ODER- und UND-Gatter und Sie verwenden sie für grundlegende Funktionen.

Exklusives Tor

Die X-OR- und X-NOR-Gatter sind die beiden Arten von exklusiven Gattern, die in IC-Anordnungen zu finden sind.

Universelle Tore

Die NAND- und NOR-Gatter sind die zwei Arten von universellen Gattern, die Sie in integrierten Schaltungsbaugruppen verwenden. Sie sind „universal“, weil Sie diese Tore verwenden können, um beliebige Tore zu bauen, ob einfach oder exklusiv.

Welche Arten von integrierten Schaltungsbaugruppen haben wir?

Es gibt mehrere Arten von integrierten Schaltungsanordnungen. Sie können IC-Baugruppen basierend auf ihren beabsichtigten Anwendungen wie folgt klassifizieren:

Digitale IC-Baugruppen

Digitale IC-Baugruppen sind solche, die nur mit begrenzten unterschiedlichen Pegeln arbeiten, anstatt mit zahlreichen Signalamplitudenpegeln zu arbeiten.

Sie erstellen sie mit einer großen Anzahl digitaler Logikgatter, die binäre oder digitale Daten als Eingaben akzeptieren.

Digitale integrierte Schaltung

Eine digitale integrierte Schaltung

Analoge IC-Baugruppen

Diese IC-Anordnungen funktionieren über ein kontinuierliches Signalspektrum und umfassen lineare und Hochfrequenz-IC-Anordnungen. Über einen großen kontinuierlichen analogen Signalbereich ist der Zusammenhang zwischen Spannung und Strom nichtlinear.

IC-Baugruppen für gemischte Signale

Sie erstellen gemischte IC-Baugruppen, indem Sie analoge und digitale integrierte Schaltungsbaugruppen auf einem einzigen Chip kombinieren.

Was sind die Generationen der integrierten Schaltungsbaugruppe?

Wir haben von Anfang an verschiedene Generationen von IC-Baugruppen durchlaufen, jede mit einer Reihe von Transistoren und Logikgattern. Das Folgende ist eine Liste der IC-Baugruppen-Generationen und ihrer Kapazitäten.

  • ISS: Small-Scale-Integration verwendet Logikgatter im Bereich von 1 bis 12 mit einigen Transistoren (Zehner) auf einem Chip.
  • MSI: Mittlere Integration besteht aus Hunderten von Transistoren auf einem IC-Chip und zwischen 13 und 99 Logikgattern.
  • LSI: Large-Scale Integration umfasste Transistoren in Tausenden (500 bis 20,000) auf einem Chip zu etwa den gleichen Kosten wie MSI. Logikgatter reichen von 100 bis 9,999.
  • VLSI: Sehr große Integration verwendete Transistoren im Bereich von 20,000 bis 1,000,000 und Logikgatter im Bereich von 10,000 bis 99,999.
  • ULSI: Ultragroße Integration zählt 1,000,000 Transistoren und 100,000 Logikgatter.

Welche Pakete können Sie mit einer integrierten Schaltungsbaugruppe verwenden?

Bei IC-Baugruppen finden Sie die Anwendung von zwei Gehäusetypen:

Durchsteckmontage

Diese haben Anschlussstifte, die auf einer Seite gelötet und auf der Rückseite der Platine befestigt sind. Diese Gehäuse sind groß und werden hauptsächlich verwendet, um Platz auf der Platine und Kostenbeschränkungen auszugleichen.

Durchkontaktierte integrierte Schaltung

Durchsteckmontage im IC

Oberflächenmontage

Dieser Verpackungstyp nutzt die Montagetechnologie unter Verwendung kleiner IC-Baugruppen. Sie befestigen die ICs auf der Oberfläche der Platine über spezielle Platinenbereiche, die Lötpads genannt werden.

Integrierte Schaltungen mit Surface-Mount-Technologie

Integrierte Schaltungen mit Surface-Mount-Technologie

Wie funktioniert eine integrierte Schaltungsbaugruppe?

Eine integrierte Schaltungsanordnung funktioniert ähnlich wie ein Zeitgeber, Oszillator oder Mikroprozessor.

Die Hunderte von Komponenten auf einer IC-Baugruppe führen verschiedene Funktionen aus, um einen definierten Prozess auszuführen.

Logikgatter, die in binärer Form arbeiten, finden Verwendung in IC-Baugruppen. Ein niedriges Signal, das über eine digitale IC-Baugruppe an eine Komponente gesendet wird, erzeugt einen „Null“-Wert, während ein hohes Signal einen „Eins“-Wert erzeugt.

Analoge und lineare IC-Baugruppen haben dauerhafte Werte. Folglich kann eine elektronische Komponente, die mit einem linearen IC verbunden ist, einen beliebigen Wert verwenden und einen anderen Wert ausgeben.

Was ist Metrologie während der Montage integrierter Schaltkreise?

Metrologie bezieht sich auf einen Prozess des Messens von Zahlen und Volumina, hauptsächlich durch den Einsatz von Metrologiegeräten.

Bei der IC-Montage messen Sie die Muster der ersten und zweiten Schicht, die übereinander auf einen Wafer aufgebracht werden, um die Genauigkeit sicherzustellen.

Warum ist die Inspektion einer integrierten Schaltungsbaugruppe notwendig?

Mit der Inspektion können Sie anhand bestimmter Kriterien die Konformität oder Nichtkonformität einer IC-Baugruppe, einschließlich Anomalien oder Ungeeignetheit, prüfen.

Die Inspektion ermöglicht es Ihnen, auf einem Wafer vorhandene Partikel oder Fehler sowie deren Positionskoordinaten zu erkennen.

Welche Ätzsysteme verwenden Sie für die Montage integrierter Schaltkreise?

Ein Ätzsystem ermöglicht es Ihnen, bevorzugte Designs auf einem IC-Dünnfilm unter Verwendung von flüssigen oder ionischen chemischen Reaktionen und Gasen zu formen.

Sie können Nass- oder Trockenätzsysteme verwenden, ersteres mit Säure oder Lauge, letzteres mit Hochvakuumplasma.

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