ไอซี วงจรรวมมหัศจรรย์

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

วงจรรวม

โพสโดย ผู้ดูแลระบบ
 สุวัฒน์  หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก
   
วงจรรวม หรือ วงจรเบ็ดเสร็จ (integrated circuit ; IC) หมายถึง วงจรที่นำเอาไดโอด, ทรานซิสเตอร์, ตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุ และองค์ประกอบวงจรต่าง ๆ มาประกอบรวมกันบนแผ่นวงจรขนาดเล็ก ในปัจจุบันแผ่นวงจรนี้จะทำด้วยแผ่นซิลิคอน บางทีอาจเรียก ชิป (Chip) และสร้างองค์ประกอบวงจรต่าง ๆ ฝังอยู่บนแผ่นผลึกนี้ ส่วนใหญ่เป็นชนิดที่เรียกว่า Monolithic การสร้างองค์ประกอบวงจรบนผิวผลึกนี้ จะใช้กรรมวิธีทางด้านการถ่ายภาพอย่างละเอียด ผสมกับขบวนการทางเคมีทำให้ลายวงจรมีความละเอียดสูงมาก สามารถบรรจุองค์ประกอบวงจรได้จำนวนมาก ภายในไอซี จะมีส่วนของลอจิกมากมาย ในบรรดาวงจรเบ็ดเสร็จที่ซับซ้อนสูง เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งใช่ทำงานควบคุม คอมพิวเตอร์ จนถึงโทรศัพท์มือถือ แม้กระทั่งเตาอบไมโครเวฟแบบดิจิทัล สำหรับชิปหน่วยความจำ (RAM) เป็นอีกประเภทหนึ่งของวงจรเบ็ดเสร็จ ที่มีความสำคัญมากในยุคปัจจุบัน



  ประวัติไอซี
ไอซี กำเนิดขึ้นโดย Geoffrey W.A. Dummer นักวิทยาศาสตร์เรดาร์จากอังกฤษต่อมาได้ย้ายไปทำการค้นคว้าต่อที่สหรัฐอเมริกา โดยสามารถสร้างไอซีจากเซรามิกส์ตัวแรกได้ในปี ค.ศ.1956 แต่ยังไม่ประสบผลสำเร็จนัก ต่อมาในปี ค.ศ.1957 กองทัพสหรัฐอเมริกานำโดย Jack Kilby ได้ทำการค้นคว้าทดลองต่อ ในวันที่ 6 กุมภาพันธ์ ค.ศ.1959 Kilby ได้จดสิทธิบัตรไอซีที่ทำจากเจอร์มาเนียม และในพัฒนาการสุดท้ายของไอซี Robert Noyce ได้จดสิทธิบัตร ไอซีที่ทำจากซิลิคอน ในวันที่ 25 เมษายน ค.ศ.1961


  ประเภทของไอซีแบ่งตามจำนวนเกท
จำนวนของเกทต่อไอซีจะกำหนดประเภทของไอซี(IC) 1 เกท เท่ากับ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ 1 ชิ้น

- ขนาด SSI (Small Scale Integration) จะมีตั้งแต่ 1 ถึง 10 เกท

- ขนาด MSI (medium scale integration) จะมีตั้งแต่ 10 ถึง 100 เกท

- ขนาด LSI (large scale integration) จะมีตั้งแต่ 100 ถึง 10,000 เกท

- ขนาด VLSI (Very large scale integration ) จะมีตั้งแต่ 100,000 ถึง 10,000,000 เกท

- ขนาด ULSI (Ultra-Large Scale Integration) จะมีตั้งแต่ 1,000,000 เกทขึ้นไป

ส่วนมากใช้เรียกไอซีที่มีจำนวนเกทสูงมากในประเทศญี่ปุ่น

   กระบวนการผลิต IC (มีขา)
DC 
Dicing คือกระบวนการนำแผ่น Wafer มาตัดออกเป็นตัว Chip
DB 
Die bond คือกระบวนการที่นำตัวชิป ไปติดลงบนลีดเฟรมด้วยกาว
WB 
Wire bond คือกระบวนการเชื่อมลวดทองคำ จากวงจรบนชิปไปสู่ขานองลีดเฟรม
MP 
Mold คือกระบวนการห่อหุ้มตัวชิปด้วย Resin หลังจากที่ได้ผ่านการเชื่อมลวดทองเรียบร้อยแล้ว

   กระบวนการผลิต IC (ไม่มีมีขา)

Die bond คือกระบวนการที่นำตัวชิป ไปติดลงบนลีดเฟรมด้วยกาว epoxy
WB 
Wire bond คือกระบวนการเชื่อมลวดทองคำ จากวงจรบนชิปไปสู่ลีดเฟรม
MO 
Mold คือกระบวนการห่อหุ้มตัวชิปด้วยพลาสติก หลังจากที่ได้ผ่านการเชื่อมลวดทองเรียบร้อยแล้ว



ขอขอบคุณ อาจารย์จรัส บุณยธรรมา มา ณ ที่นี้ ที่ได้ให้ผมได้ตั้งกระทู้ได้ครับ

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

Integrated Circuit หมายถึง วงจรรวม โดยการนำเอา ไดโอด , ทรานซิสเตอร์ ,ตัวต้านทาน , ตัวเก็บประจุ และองค์ประกอบวงจรต่าง ๆ มาประกอบรวมกันบนแผ่นวงจรขนาดเล็ก ในปัจจุบันแผ่นวงจรนี้จะทำด้วยแผ่นซิลิคอน บางทีอาจเรียก ชิพ (Chip) และสร้างองค์ประกอบวงจรต่าง ๆ ฝังอยู่บนแผ่นผลึกนี้ ส่วนใหญ่เป็นชนิดที่เรียกว่า Monolithic การสร้างองค์ประกอบวงจรบนผิวผลึกนี้ จะใช้กรรมวิธีทางด้านการถ่ายภาพอย่างละเอียด ผสมกับขบวนการทางเคมีทำให้ลายวงจรมีความละเอียดมากๆ สามารถบรรจุองค์ประกอบวงจรได้จำนวนมาก ความหนาแน่นขององค์ประกอบวงจร ที่บรรจุลงใน IC นี้ มีตั้งแต่หลายสิบตัวซึ่งเรียกว่า SSI (Small Scale Integrated) จนกระทั่งถึงหลายสิบล้านตัว ซึ่งเรียกว่า ULSI (Ultra Large Scale Integrated)


ข้อดีของ IC คือ ไอซีจะรวมวงจรที่ซับซ้อนเข้ามาเป็นวงจรเดียวกัน ทำให้มีขนาดเล็กลง ซึ่งจะทำให้เครื่องอิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กและเบาลงมาก วงจรในเครื่องจะถูกแบ่งเป็นบล็อกที่มีหน้าที่หลักเฉพาะ วงจรในแต่ละบล็อกจะถูกทำเป็น IC ทำให้การประกอบวงจรทั้งหมดทำได้ง่าย โดยเพียงต่อ บล็อกหรือ IC เหล่านี้เข้าด้วยกันเท่านั้น จึงทำให้การต่อสายน้อยลง จุดบัดกรีน้อยลง และจุดเสียที่จะเกิดก็น้อยลงด้วย

       การผลิต IC ชนิด Monolithic ซึ่งสร้างองค์ประกอบวงจรทั้งหมดลงบนแผ่นผลึกแผ่นเดียว ก็สามารถทำได้พร้อมกันหลายร้อยหลายพันตัวบนแผ่นผลึก เวเฟอร์ (Wafer) แผ่นเดียว โดยการสร้างแบบ IC ที่เหมือน ๆ กันลงบนแผ่นเวเฟอร์ทีเดียว แล้วจึงตัดแบ่งเป็น IC แต่ละตัวในภายหลัง ทำให้สามารถ ผลิต IC ได้เป็นจำนวนมากในเวลาเดียวกันและราคาของ IC ก็จะถูกลงมาก IC อาจจะยังไม่สามารถรวมเอาองค์ประกอบวงจร ทุกชนิดเข้ามาในตัวมัน ได้หมด วงจรที่มีองค์ประกอบของวงจรขนาดใหญ่ เช่น คอยล์ หรือ ทรานซิสเตอร์ตัวใหญ่ที่ใช้ในการขับกระแสขนาดใหญ่ก็ยังต้องนำมาต่อที่ด้านนอก ของ IC อีกครั้งเพื่อให้วงจรทั้งหมดทำงานได้อย่างถูกต้อง


       IC แต่ละตัวจะมีพื้นที่ในการสร้างวงจรประมาณ 20-200 ตารางมิลลิเมตร บน IC นี้จะรวมเอา ไดโอด , ทรานซิสเตอร์ , ตัวต้านทาน , ตัวเก็บประจุ บีบ รวม กันบนพื้นที่ขนาดเล็ก ๆ จำนวนองค์ประกอบของวงจรจะเพิ่มขึ้นตามการพัฒนาของเทคโนโลยี ถ้าจำนวนของวงจรมีจำนวนตั้งแต่ 1,000 ถึง 100,000 ตัว ก็เป็น LSI ถ้าจำนวนตั้งแต่ 100,000 ถึง 10,000,000 ตัวก็เป็น VLSI ซึ่งเป็นได้แก่หน่วยความจำที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ถ้าจำนวนมากกว่า 10 ล้านตัวก็เป็น ULSI  IC หน่วยความจำชนิด D-RAM ขนาด 16 M bit จะมีจำนวนองค์ประกอบของวงจรประมาณ 3.5 ล้านตัว และชนิด D-RAM ขนาด 64 M bit ซึ่งมีความ หนาแน่นที่สุดในปัจจุบัน จะมีจำนวนองค์ประกอบประมาณ 140 ล้านตัว

สำหรับโทรศัพท์มือถือ IC ที่ประกอบในโทรศัพท์มือถือเราเรียกว่า BGA/CSP หรือ BGA  Ball Grid Array/Chip Scale Packaging (BGA/CSP) หรือที่เรียกกันง่ายๆว่า IC บอล เวลาทำขาใหม่เราจะเรียกกันว่า การบอลขา ซึ่งลักษณะของ IC จะมีขาอยู่ด้านล่างของตัว IC มีลักษณะของขาคล้ายลูกฟุตบอลครึ่งลูกเวลาถอดออกจากแผงวงจรต้องใช้ลมร้อนเป่าออกไม่สามารถใช้หัวแร้งถอดออกได้เพราะขา IC จะอยู่ด้านล่าง

แฟลช FLASH
โทรศัพท์มือถือจะมีหน่วยความจำอยู่ในเครื่องทุกเครื่อง ตัวอุปกรณ์อีเลคทรอนิคส์ที่ทำหน้าที่เป็นหน่วยความจำ ที่บรรจุข้อมูลเอาไว้นั้น เราเรียกว่า " ไอซี แฟลช " การที่นำเอาอุปกรณ์ประเภท " แฟลช " มาใช้นั้นเนื่องจากว่าอุปกรณ์ประเภท Micro Processor IC ถูกออกแบบให้มีความสามารถสูงมากขึ้น และมีความสามารถในการเข้าถึงข้อมูลมากขึ้น จึงต้องการเวลาในการเข้าถึงข้อมูลที่ต่ำ ( Access Time) คือใช้เวลาในการเข้าหาข้อมูลที่รวดเร็ว ซึ่งในโทรศัพท์มีอุปกรณ์ที่เกี่ยวกับการทำงานที่รวดเร็ว จึงจำเป็นต้องนำ " แฟลช " มาใช้ในการเก็บข้อมูลมากขึ้น

ข้อมูลเกี่ยวกับ FLASH
1. เป็น ไอซี ความจำประเภทหนึ่ง ( IC Memory)

2. ทำหน้าที่เก็บข้อมูลที่เป็นสัญญาณไฟฟ้าไว้ในตัวมันเองได้

3. เป็นลูกผสมระหว่าง EEPROM กับ Nonvolatile

       3.1 EEPROM ( Electrically Erasable Programable Read Only Memory )

เป็น IC ที่มีลักษณะเด่นคือรวม ROM กับ RAM เข้าด้วยกัน
เป็น IC ที่บันทึกและลบ แล้วบันทึกใหม่ได้โดยสัญญาณไฟฟ้า
สามารถลบและเขียนข้อมูลใหม่ได้ประมาณ 10,000 ครั้ง
ขนาดความจุ 2-32 KB
เบอร์ของ EEPROM ขึ้นต้นด้วย 28 ตัวเลข 2-3 หลักท้ายเบอร์จะเป็นเลขบอกขนาดความจุ
       3.2 Nonvolatile

เป็น ไอซี ความจำที่สามารถอ่านหรือเขียนข้อมูลทับได้ตลอดเวลา
สามารถรักษาข้อมูลให้คงที่ไม่เปลี่ยนแปลงจนกว่าจะเขียนข้อมูลใหม่ทับเข้าไป
แม้ไม่มีไฟเลี้ยงอุปกรณ์ ก็ยังสามารถเก็บรักษาข้อมูลไว้ได้ เพราะว่าภายใน Nonvolatile IC จะมีแบตเตอรี่ LI-ON จะเป็นตัวป้อนไฟเลี้ยงอยู่ ทำให้อุปกรณ์มีไฟเลี้ยงอยู่ตลอดเวลาแม้ปิดเครื่องโทรศัพท์
ไฟสำรองเลี้ยงวงจร LI-ON ในตัว IC มีแรงดันไฟ +3V มีอายุการใช้งานนาน 10 ปี
4. เป็น IC ที่มีความจำคงที่ไม่เปลี่ยนแปลงจนกว่าจะมีการเขียนข้อมูลใหม่เข้าไป

5. การลบและเขียนข้อมูลใหม่จะต้องเป็นไปตามกำหนดในรูปแบบของ อัลกอริทึ่ม Algolithm

6. สามารถลบและเขียนข้อมูลได้เป็นบล๊อกบางส่วนหรือทั้งหมด ขึ้นอยู่กับการจัดการของผู้ใช้งาน

7. เป็นหน่วยความจำที่มีค่าเวลาในการเข้าถึงข้อมูล (Access Time) น้อยมาก ทำให้นำไปใช้งานได้ความเร็วที่สูง

8. ไม่จำเป็นต้องมีการ Refresh

9. ค่าความจุของ แฟลช จะมีค่าเริ่มต้นที่ 32 - 256 KB

10. หมายเลขชื่อเบอร์จะขึ้นต้นด้วย 28F
 

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

อินติเกรดเต็ดเซอร์กิต ( Integrated Circuit ) หรือเรียกสั้น ๆ ว่า ไอซี ( IC ) เป็นสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดใหม่ ถูกพัฒนาขึ้นมาด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัย ช่วยทำให้อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำเปลี่ยนรูปแบบไป ตลอดจนทำให้ขนาดของอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำเล็กกะทัดรัดลง เพิ่มคุณภาพและประสิทธิภาพในการใช้งานได้มากขึ้น ไอซี เป็นสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำที่รวมเอาชิ้นส่วนของอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำหลายชนิดไว้ในตัว พร้อมกับการต่อวงจรตามต้องการ โดยอุปกรณ์และวงจรจะถูกสร้างขึ้นบนฐานของสารกึ่งตัวนำชนิดเดียวกัน ภายในส่วนประกอบของไอซีจะประกอบด้วยอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่เป็นทั้งตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตัวไดโอด ตัวทรานซิสเตอร์ ตัวเฟส และอื่น ๆ อีกมากมาย และมีจำนวนมาก ๆ

ธาตุที่นำมาผลิต ไอซี คือธาตุซิลิคอน ขนาดของสารกึ่งตัวนำที่สร้างเป็น ไอซี บางตัวมีขนาดเล็กถึง 0.05 x 0.05 นิ้ว ซึ่งขนาดของสารกึ่งตัวนำที่ทำเป็น ไอซี จะมีขนาดใหญ่เล็กขึ้นอยู่กับปริมาณของอุปกรณ์ที่ใส่ลงไป สาเหตุที่อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำถูกพัฒนาไปในลักษณะของ ไอซี เพราะ ไอซี มีข้อดีกว่าอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำเป็นตัว ๆ หลายประการด้วยกัน ดังนี้

1.มีความเชื่อถือในการทำงานสูง

2.มีอายุการใช้งานยาวนานและทนทาน

3.มีประสิทธิภาพในการทำงานสูง ทำงานได้รวดเร็ว

4.ราคาถูกกว่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำเป็นตัว ๆ

5.มีขนาดเล็กกะทัดรัด น้ำหนักเบา

6.ใช้กำลังงานน้อย ไม่มีส่วนที่ทำให้เกิดความร้อนสูง

7.การนำไปใช้งานได้ง่ายและรวดเร็ว



จากวงจรไอซีได้มีการพัฒนาวงจรรวมความจุสูงหรือแอลเอสไอ (Large Scale Integrated Circuit : LSI) ขึ้นมาใหม่ในปี พ.ศ.2513 ทำให้สามารถบรรจุวงจรทรานซิสเตอร์จำนวนหลายพันตัวลงบนแผ่นซิลิคอนขนาด 1/6 ตารางนิ้ว

 นับเป็นการเริ่มยุคที่สี่ของคอมพิวเตอร์ซึ่งอยู่ระหว่าง พ.ศ.2513 – 2532 และในปี พ.ศ. 2518 สามารถเพิ่มปริมาณวงจรหลายหมื่นวงจรลงบนซิลิคอนขนาดเท่าเดิม เรียกว่า วงจรรวมความจุสูงมากหรือวีแอลเอสไอ (Very Large Scale Integrated Circuit : VLSI) จากการประดิษฐ์วีแอลเอสไอสามารถนำมาสร้างเป็นไมโครโพรเซสเซอร์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นหน่วยประมวลผลกลางหรือซีพียู (Central Processing Unit : CPU) ของคอมพิวเตอร์ และสามารถลดขนาดของคอมพิวเตอร์ให้เล็กลงจนสามารถตั้งบนโต๊ะทำงานในสำนักงาน หรือพกพาไปในที่ต่างๆ เหมือนกระเป๋าหิ้วได้ เรียกเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เกิดในยุคนี้ว่าไมโครคอมพิวเตอร์ (microcomputer) นอกจากนี้ ยังสามารถนำวงจรวีแอลเอสไอมาสร้างเป็นหน่วยความจำรองที่สามารถเก็บข้อมูลในระหว่างที่เครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานได้ ทำให้ได้หน่วยความจำที่มีความจุมากขึ้น ประสิทธิภาพในการทำงานของคอมพิวเตอร์ยุคนี้จะมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว จนคอมพิวเตอร์นอกจากช่วยงานคำนวณแล้วยังสามารถทำงานเฉพาะทางอื่นๆ ได้มากกว่าช่วยงานคำนวณ เช่น การนำเสนอข้อมูลแบบสื่อประสม


จากภาพ
วงจรวีแอลเอสไอที่รวมทรานซิสเตอร์ได้นับพันตัวไว้บนแผ่นซิลิคอนที่มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับมือคน

และ
ไมโครโพรเซสเซอร์และหน่วยความจำในเครื่องคอมพิวเตอร์

ที่มา

http://pirun.ku.ac.th/~b4555233/new_page_1.htm

 

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

เข้าไปอ่านเพิ่มเติมที่

http://www.kingsolder.com/electronics/ic/


ไฟล์เกี่ยวกับไอซี คลิกเพื่อดาวน์โหลด

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

ไฟล์ เนื้อหาเกี่ยวกับไอซี