Интегральная схема первого уровня что это
Перейти к содержимому

Интегральная схема первого уровня что это

  • автор:

1.Терминология

В соответствии с ГОСТ17021-88 «Микросхемы интегральные. Термины и определения».

Интегральная микросхема (ИС) – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов) и (или) кристаллов, которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое.

Полупроводниковая интегральная микросхема – интегральная микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Пленочная интегральная микросхема – интегральная микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в виде пленок (частным случаем, пленочных ИС являются толстопленочные и тонкопленочные ИС).

Гибридная интегральная микросхема – интегральная микросхема, содержащая кроме элементов компоненты и (или) кристаллы (частным случаем гибридной ИС является многокристальная ИС).

Тонкопленочная технология – основные материалы:

— Подложка — для нанесения и создания рисунка схемы (ситалл, керамика);

— проводящая пленка – медь, алюминий, золото;

— Резистивный материал – металлы и их сплавы, оксид олова, диэлектрики, смеси.

Толстопленочные – в основном качестве коммутационных, плат.

В настоящее время существуют интегральные микросхемы 6-ти степеней интеграции (таблица 1).

Малая интегральная микросхема (МИС) — ИС, содержащая до 100 элементов и (или) компонентов включительно (1..2 степень).

Средняя интегральная микросхема (СИС) — ИС, содержащая свыше 100 до 1000 элементов и (или) компонентов для цифровых ИС и свыше 100 до 500 – для аналоговых (2..3 степень).

Большая интегральная микросхема (БИС) — ИС, содержащая свыше 1000 элементов и (или) компонентов для цифровых ИС и свыше 500 – для аналоговых ИС (3..4 степень).

Сверхбольшая интегральная микросхема (СБИС) — ИС, содержащая свыше 100000 элементов и (или) компонентов для цифровых ИС с регулярной структурой построения, свыше 50000 – для цифровых ИС с нерегулярной структурой построения, и свыше 10000 – для аналоговых ИС (5..7 степень).

Примечание: К цифровым ИС с регулярной структурой построения относят схемы запоминающих устройств и схемы на основе базовых матричных сигналов, с нерегулярной структурой построения схемы вычислительных средств.

Сверхскоростная интегральная микросхема (ССИС) – цифровая ИС, функциональное быстродействие которой не менее 1*10 13 Гц/см 3 на один логический элемент.

Под функциональным быстродействием понимают произведение рабочей частоты логического элемента, равно обратному учетверенному значению максимальному среднего времени задержки распространения сигнала на число логических элементов, приходящихся на 1 квадратный сантиметр площади кристалла.

3 Классификация интегральных схем по уровням интеграции.

Таблица 1 — Классификация ИС по уровням интеграции

Сте- Уровень Число элементов и компонентов в одной микросхеме

пень интег- Цифровые микросхемы Аналоговые

интег- рации на МОП- на биполярных микросхемы

рации транзисторах транзисторах

1..2 МИС

3..4 БИС > 1000 500 500

4..5 СБИС > 100000 > 50000 > 10000

Аналоговая интегральная микросхема — интегральная микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов по закону непрерывной функции (частным случаем аналоговой ИС являются микросхема с линейной характеристикой — линейная ИС).

Цифровая ИС — интегральная микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции (частным случаем цифровой ИС является логическая микросхема)

Степень интеграции интегральной микросхемы – показатель степени сложности микросхемы, характеризуемый числом содержащихся в ней элементов и компонентов.

Определяется по формуле: k=lgN,

где k – коэффициент, определяющий степень интеграции, округляемый до ближайшего большего целого числа.

N – число элементов и компонентов, входящих в интегральную микросхему.

Серия интегральных микросхем — совокупность типов интегральных микросхем, которые могут выполнять различные функции, имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного применения.

На низшем, нулевом уровне конструктивной иерархии ЭВА любого типа и назначения находятся ИС, выполняющие логические, вспомогательные, специальные функции, а также функции запоминания. В настоящее время промышленностью выпускается большое количество интегральных схем, которые можно классифицировать по ряду признаков.

2 Классификация микросхем и условные обозначения

В зависимости от технологии изготовления ИС делятся на 4 разновидности: полупроводниковые; пленочные; гибридные; совмещенные

Элементы электрической схемы полупроводниковых ИС формируют в объеме или на поверхности полупроводникового материала (подложки). Формирование активных и пассивных элементов введением определенным образом концентрации примесей с различным числом монокристаллической пластины.

7. Микросхемы

Интегральная микросхема (ИМС) — микроэлектронное изделие, выполняющее определенное преобразование и обработку сигналов и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов, компонентов и кристаллов. Синонимом термина «интегральная микросхема» является термин «интегральная схема», ила «микросхема».

Элемент интегральной схемы— часть ИС, реализующая функцию простого электронного изделия, например транзистора, резистора, диода. Эта часть выполнена нераздельно от кристалла или подложки ИС. Элемент не может быть отделен от ИС как самостоятельное изделие.

Компонент интегральной схемы— часть ИС, реализующей функцию какого-либо электронного элемента, которая перед монтажом в ИС была самостоятельным комплектующим изделием. Компонент может быть отделен от изготовленной ИС, например бескорпусный транзистор, керамический конденсатор.

Корпус ИС— часть конструкции, предназначенная для ее защиты от внешних воздействий и соединения ее с внешними электрическими цепями; посредством выводов.

Подложка ИС— заготовка, предназначенная для нанесений на нее элементов гибридных и пленочных ИС, межэлементных и межкомпонентных соединений, -а так же контактных площадок.

Плата ИС;— часть подложки, или вся подложка гибридной или пленочной интегральной схемы, на поверхность которой нанесены пленочные элементы ИС, межэлементные и межкомпонентные соединения и контактные площадки.

Контактные площадки— металлизированные участки на плате, подложке или кристалле микросхемы, предназначенные для присоединения выводных контактов, а также контроля электрических параметров и режимов микросхем.

Классификация ИС. В зависимости от технологии изготовления интегральные схемы делятся на полупроводниковые, пленочные и гибридные.

Полупроводниковой интегральной схемойназывается ИС, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в. объеме н на поверхности полупроводника.

Пленочной интегральной схемойназывается ИС, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок. Вариантами технического исполнения пленочных интегральных схем являются тонко- и толстопленочные ИС. К тонкопленочным условно относят ИС с толщиной пленок до 1 мкм, а к толстопленочным — ИС с толщиной пленок свыше 1 мкм. Элементы тонкопленочной ИС наносят на подложку, как правило, с помощью термовакуумного осаждения и катодного распыления, а элементы толстопленочной ИС изготавливают преимущественно методом шелкографии с последующим вжиганием. Гибридной интегральной схемой называется ИС, содержащая кроме элементов, неразрывно связанных с поверхностью подложки, простые и сложные компоненты, например кристаллы полупроводниковых ИС. Гибридные ИС изготовляются по тонко- или толстопленочной технологии с использованием бескорпусных полупроводниковых приборов и керамических конденсаторов. В зависимости от функционального назначения интегральные схемы делятся на две основные группы — аналоговые и цифровые.

К аналоговымотносят ИС, предназначенные для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции.

К цифровымотносят ИС, с помощью которых преобразуются и обрабатываются сигналы, выраженные в двоичном или другом цифровом коде.

Аналоговые и цифровые ИС выпускаются в виде серий, которые содержат совокупность ИС, выполняющих различные функции, но имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных дли совместного применения. Интегральные схемы одной серии, как правило, имеют единые напряжения источников питания, согласованы по входным и выходным сопротивлениям, уровням сигналов.

Обозначение типа интегральных схем состоит из нескольких элементов Первый элемент обозначает конструктнвно-технологическую группу ИС: полупроводниковые ИС — 1, 5, 7 (цифра 7 относится к бескорпусным интегральным схемам) гибридные ИС — 2, 4, 6, 8, прочие ИС — 3. Второй элемент — порядковый номер разработки (содержит две-три цифры). Третий элемент — функциональное назначение интегральной схемы (подгруппа и вид). Четвертый элемент — порядковый номер разработки ИС в данной серия, в которой может быть несколько одинаковых по функциональному признаку ИС. Он состоит из одной или нескольких цифр.

Иногда в конце условного обозначения добавляется буква, определяющая технологический разброс электрических параметров.

Интегральные схемы имеют входные и выходные параметры аналогично любому электронному прибору. Для каждого типа микросхем устанавливается свой набор таких параметров.

Конструктивно ИС представляют собой корпус с выводами, на корпусе почти всегда имеется отметка или элемент, указывающие на первый по счету вывод (рис. 1).

Разные по назначению ИС выполняют разные функции (усилители, компараторы, генераторы, микропроцессоры, выпрямители-стабилизаторы и т.д.). В их состав входят десятки, сотни и тысячи электронных элементов. Как правило, это диоды, тиристоры, стабилитроны, транзисторы, резисторы. Очень редко в состав ИС включают конденсаторы (очень маленькой емкости) и индуктивности. Эти элементы, как правило, выносят за пределы ИС.

Для каждой ИС имеется ее принципиальная электрическая схема и стандартная схема включения (рис. 2).

Для питания этой ИС используется двухполярное питание, выводы №2 и №3 используются для контроля параметров микросхемы.

Обычно на принципиальных электрических схемах усилители обозначаются треугольником, как это показано на рис. 2. Практически для всех остальных микросхем с целью их обозначения используются прямоугольники и квадраты. Микросхемы обозначаются буквами А или DA, после которых ставится порядковый номер ИС на схема (DA1,DA2 и т.д.).

Если использовать ИС в виде одного корпуса неудобно (принципиальная схема очень сложна), то используются несколько ее изображений (корпус как бы разбивается на две и более части), а каждая часть корпуса имеет ступенчатое обозначение – DA1.1,DA1.2, ……DA3.1, DA3.2и т.д.

Контрольные вопросы

  1. Что такое «интегральная схема», и какие названия для нее используют?
  2. Какие типы микросхем Вы знаете?
  3. Какие функции выполняют ИС?

Появился первый «полностью российский чип»

«Микрон» получил подтверждение признания микросхем, разработанных для банковских карт «Мир», отечественными интегральными схемами первого уровня. Это первое известное подтверждение соответствия такого уровня от Минпромторга.

Продукция «Микрона» признана российской

В распоряжении CNews оказался ответ Министерства промышленности и торговли на обращение зеленоградского микроэлектронного производителя «Микрон». В нем министерство в лице департамента международного сотрудничества подтверждает, что производимые заводом микросхемы К5016ВГ1 (MIK51SC72D) являются интегральными схемами первого уровня, произведенными в России. Данные микросхемы используются при создании банковских карт отечественной платежной системы «Мир».

Разница между российской продукцией первого и второго уровня

Обращение «Микрона» было вызвано тем, что летом Правительство России утвердило критерии отнесения отечественной продукции к интегральным схемам первого и второго уровней.

Для признания продукции интегральной схемой второго уровня необходимо, что его производителем было предприятие из Евразийского экономического союза, владеющее правами на конструкторскую и технологическую документацию, включая используемые сложнофункциональные блоки, не являющиеся предметом собственной разработки.

Такая документация должна позволять предприятию производить данную продукцию в течение не менее пяти лет. Кроме того, предприятие должно осуществлять на территории России проектирование, разработку и испытание интегральных схем.

Чип, разработанный на «Микроне» для карт «Мир», стал первой отечественной интегральной схемой первого уровня

Для признания же продукции интегральными схемами первого уровня, помимо названных требований, производитель также должен осуществлять в России следующие операции: разработку структуры, логической и электрической принципиальной схемы интегральных схем, топологии интегральных схем; разработку программного обеспечения для интегральных схем; изготовление пластин по полному циклу (за исключением фотошаблонов) с кристаллами и их измерение; сборку кристаллов в корпусе; измерение и испытание интегральных схем.

Кроме того, для интегральных схем первого уровня не допускается использование при их проектировании и разработке готовых схемотехнических решений иностранного производства.

Почему данный чип используется в картах «Мир»

От санкций выиграли вендоры и проиграли интеграторы
CNews Analytics

В «Микроне» пояснили CNews, что интегральная микросхема К5016ВГ1 представляет собой специализированный контроллер с двумя типами интерфейса, изготовляемый по КМОП-технологии. Он предназначен для использования в защищенных системах в качестве идентификационных документов, банковских карт, системы защищенного доступа, системы цифровой подписи и передачи. Микросхема обеспечивает высокую степень защиты от мошеннических действий, в связи с чем она и используется в картах «Мир».

Этот же чип производства «Микрон» используется при создании отечественных электронных ключей (токенов). В этих случаях на чип устанавливается другое ПО.

Экспертизу заявки «Микрона» на признание данных микросхем отечественными осуществляла Торгово-промышленная палата. «Микрон» предоставил для проведения экспертизы всю необходимую информацию, включая: перечень основного оборудования, используемого в производстве микросхемы; спецификацию микросхемы; комплект конструкторской и технологической документации; маршрут на базовую технологию; маршруты изготовления изделия; документы, подтверждающие расходы, связанные с производством конечной промышленной продукции и пр.

Первый на первом уровне

В «Микроне» утверждают, что они стали первым предприятием, кто получил от Минпромторга подтверждение статуса отечественных интегральных микросхем первого уровня.

Ранее сообщалось только о признании продукции интегральными схемами второго уровня – такое подтверждение получил, в частности, отечественный производитель процессоров «Байкал». В пресс-службе Минпромторга к моменту публикации этого материала не ответили на запрос CNews, является ли данная продукция «Микрона» первой, получившей статус интегральных схем первого уровня.

«Если установленные критерии отнесения микросхем к категории товаров отечественного производства будут активно использоваться для создания преференций отечественной продукции при проведении государственных тендеров в рамках реализации принятого правительством плана гарантированных закупок российской микроэлектронной продукции, это защитит и национальный рынок, и национальных производителей, — заявила CNews гендиректор «Микрона» Гульнара Хасьянова. — Новый государственный курс на импортозамещение, придавший качественный импульс развитию отечественной электронной отрасли, будет способствовать дальнейшему развитию российской электроники уже в рамках совершенно новых рыночных трендов – таких, как интернет вещей и индустриальный интернет».

Хасьянова говорит, что «Микрон» уже готовит необходимые документы для получения статуса интегральных схем российского производства первого уровня для своих изделий: микросхем для электронных документов, RFID-чипов и микроконтроллеров.

Классификация интегральных схем

По функциональному назначению ИМС подразделяются на аналоговые и цифровые.

Если микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретных функций , то она называется цифровой (логической). К аналоговым относятся микросхемы, предназначенные для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. В частном случае аналоговые микросхемы для преобразования и обработки сигналов, изменяющегося линейно, называют линейными.

По функциональному назначению ИМС подразделяются на подгруппы и виды. Например: подгруппа – логические элементы Наиболее характерный признак подгруппы и вида включается в условное обозначение ИМС.

В зависимости от назначения производятся ИМС широкого применения, представляющие собой различные

    • логические элементы , вид – элемент «И-ИЛИ»;
    • подгруппа – триггеры, вид – типа j-K.
    • переключатели,
    • линейные схемы и
    • т.д., обладающие определённой универсальностью, и

ИМС специального назначения, представляющие собой отдельные устройства РЭА и предназначенные для конкретных видов в РЭА Условное обозначение ИМС состоит из четырех элементов: Х ХХХ ХХ ХПервый элемент — цифра, соответствующая классификации по конструктивно-технологическим признакам: полупроводниковые-1, 5, 7; гибридные — 2, 4, 6; прочие (пленочные, керамические, вакуумные) — 3. Второй элемент — две (три) цифры, присвоенные данной серии ИМС как порядковый номер разработки серии. Таким образом, первые два элемента в виде набора трех (четырех) цифр составляют полный номер серии ИМС. Третий элемент — две буквы, обозначающие подгруппу и вид ИМС — функциональное назначение ИМС . Четвертый элемент — порядковый номер разработки конкретной ИМС в данной серии, в которой может быть несколько одинаковых по функциональным признакам ИМС. Первый и второй элементы вместе — серия ИМС. Показатель сложности микросхемы является степень интеграцииK, которая характеризует число содержащихся в ней элементов и компонентов N: () где ^ K округляется до ближайшего большего целого числа. По степени интеграции микросхемы делятся на: малые интегральные схемы(МИС) – это схемы 1…2 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько видов функциональных аналоговых или логических элементов (логические элементы И, ИЛИ, НЕ, триггеры, усилители, фильтры и т.д.); средние интегральные схемы(СИС) – схемы 2…3 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько одинаковых функциональных узлов электронных устройств (регистр, дешифратор, счетчик, постоянно запоминающие устройство); большие интегральные схемы(БИС) схемы 3…4 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько функциональных устройств (арифметико–логическое устройство, оперативное запоминающие устройство и т.д.) сверхбольшие интегральные схемы(СБИС) – это интегральные схемы 5…7 степени интеграции, представляющие собой законченные микроэлектронные изделия, способные выполнять функции аппаратуры (однокристальные ЭВМ, микропроцессоры). Табл. 1.Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции

Уровень интеграции число элементов и компонентов в одной микросхеме
Цифровые микросхемы Аналоговые микросхемы
на МДП транзисторах на биполярных транзисторах
МИС 100 100 30
СИС 100…1000 100…500 30…100
БИС 1000…10 000 500…2000 100…300
СБИС 10 000 2000 300
  1. полупроводниковые микросхемы, затем
  2. тонкопленочные и, наконец
  3. толстопленочные и
  4. гибридными.
  • быстродействие (задержка переключения);
  • потребляемая мощность,
  • произведение мощности на время задержки,
  • запас помехоустойчивости,
  • коэффициент разветвления по выходу,
  • требования к напряжению питания,
  • диапазон рабочих температур,
  • плотность размещения элементов на кристалле,
  • степень интеграции,
  • стоимость и др.
Параметр Биполярные МДП
ТТЛ ТТЛШ ЭСЛ И 2 Л p-МДП n-МДП КМДП
СДиапазон рабочих температур для общепромышленных серий, 0…70 0…70 0…75 0…70 0…70 0…70 –40… 85
Напряжение питания для общепромышленных серий, В 5 5 –5,2 1,5 –10 5 3…15
Запас помехоустойчивости (наихудший), В 0,5 0,3 0,17 0,1 Зависит от процесса производства 0,3U
Коэффициент разветвления по выходу 10 10 25 1 20 25 50
Потребляемая мощность на логический элемент, мВт 10 20 25…50 50 мкВт 0,5 0,1… 1,0 50 нВт, статическая, зависит от частоты
Задержка переключения на логический элемент, нс 10 3 0,5… 2,0 10 100 1…10 10…50
Произведение мощность–задержка, пДж 100 60 25 0,5 50 0,7… 10 Зависит от частоты
Интегральная плотность логических элементов, мм 2 15 15 15 100 100 150 70
Число ЭРЭ в логическом элементе на два выхода 9…12 14 10…12 3…4 3 3 4

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *