Shrnutí

ATIC155-8L-B2 je čip integrovaného obvodu (IC) vyvinutý společností Texas Instruments (TI), významným hráčem v polovodičovém průmyslu. Společnost Texas Instruments má za sebou bohatou historii inovací, která se vyznačuje zejména vynálezem prvního integrovaného obvodu Jackem S. Kilbym v roce 1958, což byl průlomový objev, který odstartoval počítačový věk a katalyzoval "druhou průmyslovou revoluci".

. ATIC155-8L-B2 pokračuje v tomto odkazu a vyznačuje se pokročilými funkcemi a specifikacemi, díky nimž je vhodný pro širokou škálu aplikací, od spotřební elektroniky až po průmyslovou automatizaci. Technická zdatnost ATIC155-8L-B2 je patrná z jeho komplexních specifikací. Obsahuje podrobné schéma vývodů, maximální provozní frekvenci, úrovně vstupního/výstupního napětí, teplotní limity pro skladování a hodnoty střední doby mezi poruchami (MTBF) . Tyto specifikace zajišťují, že čip může spolehlivě fungovat v různých prostředích a aplikacích, což z něj činí univerzální součástku v moderním elektronickém designu. Robustní elektrické vlastnosti čipu a možnosti připojení poskytují inženýrům flexibilitu při realizaci inovativních a efektivních řešení. V širším kontextu je čip ATIC155-8L-B2 součástí větší rodiny integrovaných obvodů, která zahrnuje analogové i digitální typy. Analogové integrované obvody jsou nezbytné pro aplikace vyžadující nepřetržitý rozsah operací, například v letectví a vesmírné technice, zatímco digitální integrované obvody jsou základem digitálních systémů, jako jsou počítače a mobilní zařízení. Snaha společnosti Texas Instruments integrovat do svých integrovaných obvodů další technologie, jako jsou mechanická zařízení, optika a senzory, dále zvyšuje jejich funkčnost a význam na trhu . Do budoucna společnost Texas Instruments intenzivně investuje do rozvoje vestavěných technologií zpracování dat s cílem vytvořit bezpečnější, propojenější a inteligentnější svět. Společnost plánuje významné investice do výrobních kapacit, včetně výstavby nových továren, aby uspokojila rostoucí poptávku po analogových a vestavěných procesorových čipech. Tento strategický krok podtrhuje závazek společnosti TI k udržitelnosti a inovacím a zajišťuje jí vedoucí pozici v polovodičovém průmyslu pro nadcházející roky .

Historie

K jednomu z nejdůležitějších objevů společnosti Texas Instruments došlo v roce 1958, kdy nově přijatý zaměstnanec Jack S. Kilby přišel s nápadem na první integrovaný obvod.

. Kilby zaznamenal své první nápady týkající se integrovaného obvodu v červenci 1958 a 12. září 1958 úspěšně předvedl první funkční integrovaný obvod na světě. Tento vynález byl klíčový, protože byl vyroben z jediného polovodičového materiálu, což odstranilo nutnost pájet součástky dohromady, a umožnilo tak vytvořit kompaktnější obvody a vměstnat obrovské množství součástek na jediný čip. Šest měsíců po Kilbyho demonstraci vyvinul Robert Noyce ze společnosti Fairchild Semiconductor nezávisle integrovaný obvod s integrovaným propojením a je rovněž považován za vynálezce integrovaného obvodu. Kilbyho vynález využíval germanium, zatímco Noyceova verze, která byla vyrobena ve společnosti Fairchild, používala křemík. Navzdory Noyceovu významnému přínosu byla jeho nominace na související ocenění kontroverzní vzhledem k jeho roli generálního ředitele společnosti Fairchild, což znamenalo, že se přímo nepodílel na vytvoření prvního integrovaného obvodu. Kilby i Noyce byli v říjnu 1966 oceněni Ballantinovou medailí Franklinova institutu za významný a zásadní přínos k vývoji integrovaných obvodů. Vynález integrovaného obvodu byl uznán za katalyzátor "druhé průmyslové revoluce", který odstartoval počítačový věk a urychlil technologické a ekonomické transformace po celém světě. V roce 1969 byla Kilbymu udělena Národní medaile za vědu a v roce 1982 byl uveden do Národní síně slávy vynálezců. Kilby také získal v roce 2000 Nobelovu cenu za fyziku za podíl na vynálezu integrovaného obvodu. V roce 2008 pojmenovala společnost Texas Instruments svou novou vývojovou laboratoř "Kilby Labs" po Jacku Kilbym na počest jeho přínosu.

Technické specifikace

Čip TI ATIC155-8L-B2 se vyznačuje řadou technických specifikací, které mají zásadní význam pro jeho použití a celkový výkon v různých prostředích.

Úvod

V úvodní části je uveden přehled integrovaných obvodů na vysoké úrovni včetně jejich:

• Název a logo výrobce
• Číslo dílu nebo kód produktu
• Komerční/průmyslový teplotní rozsah
• Stručný popis funkce
• Blokové schéma znázorňující hlavní vnitřní součásti Číslo dílu obsahuje podstatné údaje, jako je předpona výrobce, typ zařízení a varianta balení. Teplotní rozsah udává jmenovité provozní podmínky, které jsou často průmyslové (-40 °C až +85 °C) nebo komerční (0 °C až +70 °C) v závislosti na kritičnosti. Pochopení celkové funkce a subsystémů z blokového schématu nabízí kontext předtím, než se začnete zabývat specifikacemi jednotlivých komponent. Tento úvod stanoví kontext předtím, než se pustíme do technických podrobností.

Schéma vývodů

Vývody jsou fyzické body připojení na pouzdru integrovaného obvodu, které umožňují jeho propojení s vnější deskou plošných spojů nebo systémem. Schéma vývodů přehledně mapuje celkový počet vývodů na variantě pouzdra.

.

Maximální pracovní frekvence (fMAX)

Maximální pracovní frekvence je kritickým omezením rychlosti mikrokontrolérů, FPGA a podobných integrovaných obvodů taktovaných v reálném čase. Tato specifikace závisí na technologii procesu, rychlostním stupni křemíku a teplotě. Obvykle se maximální pracovní frekvence snižuje se zvyšující se teplotou v důsledku vlivu pohyblivosti nosičů.

. Režijní zpoždění návrhu způsobené přístupem ke sběrnici/periferiím a stabilitou oscilátoru ovlivňují schopnost spolehlivě pracovat na hranici specifikace. Pečlivé rozpočtování zabraňuje nestabilitě způsobené závodními podmínkami v blízkosti mezí fMAX a snižování napětí zohledňuje kolísání teploty/napětí.

Úrovně vstupního/výstupního napětí

Kompatibilita na logické úrovni je základem spolehlivého propojení.

• Vstupní prahová napětí HIGH/LOW (VIH, VIL)
• Výstupní úrovně HIGH/LOW (VOH, VOL) při zatěžovacím proudu
• Vstupní proud (II) musí rovněž zůstat v rámci jmenovitých hodnot.
• Je nutné zabránit překročení jmenovitých hodnot VI při přechodech nebo spojování hluku. Je třeba věnovat pozornost typům I/O, jako jsou CMOS a TTL, a jejich rozdílům v napěťových/proudových pohonech, aby bylo zajištěno, že všechny propojovací komponenty splňují elektrické specifikace.

Teplota skladování

Dlouhodobá spolehlivost vyžaduje kontrolu teploty čipu. Diskrétní jmenovitá hodnota TSMAX 150 °C je standardním průmyslovým maximem. Trvalá provozní teplota spoje TJ(MAX) je obvykle nižší, často mezi 100-125 °C. Krátkodobá TSTG od -65°C do 150°C umožňuje omezené výkyvy.

. Nad rámec těchto specifikací dojde v průběhu času ke zrychlenému stárnutí a zhoršení výkonu, proto je nutné správné řízení teploty a snížení výkonu, aby se zohlednily nejhorší okolní teploty, při kterých se předpokládá, že zařízení vydrží po celou dobu životnosti.

Střední doba mezi poruchami (MTBF)

Střední doba mezi poruchami (MTBF) je pravděpodobnostní předpověď bezporuchového provozu. Tato specifikace se obvykle uvádí u vojenských a průmyslových integrovaných obvodů v jednotkách tisíc hodin. MTBF je ovlivněna provozními podmínkami, kvalitou výroby a technologií křemíku. Překročení jmenovitých hodnot může drasticky snížit skutečnou MTBF pod publikovanou hodnotu, přičemž časné poruchy se řídí exponenciálním rozdělením, ale opotřebení se řídí normálním rozdělením.

.

Vlastnosti

Integrované obvody TI ATIC155-8L-B2 nabízejí komplexní sadu funkcí navržených tak, aby vyhovovaly různým aplikačním potřebám, a jsou tak ideální pro řadu inovativních elektronických projektů.

Možnosti připojení

Široká nabídka produktů pro připojení od společnosti Texas Instruments umožňuje konstruktérům vybrat si tu správnou sadu funkcí pro jejich aplikace. Ať už se rozhodujete mezi kabelovým nebo bezdrátovým připojením, velkou šířkou pásma nebo signalizací, krátkým nebo dlouhým dosahem, ATIC155-8L-B2 poskytuje flexibilní možnosti, které pomáhají rozvíjet inovace v připojených aplikacích.

.

Elektrické charakteristiky

Rozhodující číselné parametry provozních podmínek pro ATIC155-8L-B2 jsou shrnuty do přehledných tabulek, které uvádějí minimální a maximální jmenovité hodnoty.

• Napájecí napětí (VCC, VDD): Zajišťuje bezpečný provoz bez překročení limitů čipů nebo rizika poškození.
• Teplota spoje (TJ) a Provozní teplota volného vzduchu (TA): Udržujte výkon v bezpečných tepelných mezích.
• Vstupní napětí (VIN) a Výstupní napětí (VOH, VOL): Kritické pro zachování integrity signálu a správné propojení.
• Proud na pin I/O (IIO) a Rozptyl energie (PD): Důležité pro zajištění spolehlivosti a zamezení vzniku nadproudových stavů.

Informace o aplikaci

Jsou zde znázorněny typické reálné aplikační obvody a uvedeny doporučené hodnoty součástek a techniky propojení založené na průmyslových normách.

• Filtrování dodávek
• Obvody oscilátorů Crystal/RC
• Obnovení/zapnutí obvodů
• Připojení vyrovnávací paměti I/O
• Rozhraní senzorů Tyto návrhy pomáhají nastartovat proces vývoje tím, že poskytují osvědčené konfigurace pro běžné případy použití.

Návrh a dokumentace

Přehledný katalogový list slouží jako jediný zdroj technické pravdy a nabízí ucelenou představu o čipu ATIC155-8L-B2. Obsahuje elektrické charakteristiky a specifikace, mechanické výkresy, postupy testování spolehlivosti a doporučené konstrukční postupy.

. Podrobná dokumentace pomáhá maximalizovat výkon a vyhnout se rizikům kompatibility, což zajišťuje hladký proces vývoje.

Trendy v oblasti vestavěného zpracování

Vestavěná technologie je významným prvkem čipu ATIC155-8L-B2, který slibuje proměnu různých aplikací díky zlepšení energetické účinnosti a ekologičtějšímu využívání elektronických výrobků. Čip je navržen tak, aby poskytoval více inteligence při nižší spotřebě energie, a je podporován intuitivním vestavěným softwarem a nástroji. Díky tomu je čip ATIC155-8L-B2 vhodný pro aplikace, jako je strojové vidění, automatizace továren a skladů a inteligentní zemědělství.

.

Aplikace

Integrované obvody (IC), jako je ATIC155-8L-B2 od společnosti Texas Instruments (TI), nacházejí díky své univerzálnosti a účinnosti četné uplatnění v různých průmyslových odvětvích. Jejich využití sahá do oblasti řízení automobilů, spotřební elektroniky, průmyslové automatizace, zdravotnických zařízení a vojenské techniky.

. Integrované obvody jsou nedílnou součástí zařízení, jako jsou digitální hodinky, vědecké kalkulačky, televizory, počítače, mikrovlnné trouby, notebooky, přehrávače MP3, přehrávací stanice, fotoaparáty a mobilní telefony. V automobilovém průmyslu jsou integrované obvody klíčové pro provoz elektromobilů, které vyžadují třikrát více čipů než automobily s benzinovým motorem. Automatizace továren se také ve velké míře spoléhá na integrované obvody, které řídí průmyslové procesy, zvyšují efektivitu a konektivitu. Například TAS3204 je vysoce integrovaný audio systém na čipu (SoC) od TI, který se používá v různých audio aplikacích a poskytuje funkce, jako je ekvalizace reproduktorů, ovládání hlasitosti a míchání signálu. Kromě toho umožňují integrované obvody pokroky v lékařské technice, jako jsou kochleární implantáty, které pomáhají neslyšícím slyšet, a rohovkové implantáty, které pomáhají nevidomým vidět. V oblasti spotřební elektroniky jsou základními součástkami osobních počítačů, mobilních telefonů a digitálních fotoaparátů. Kromě toho hrají integrované obvody zásadní roli při řízení spotřeby energie a prodlužování životnosti baterií v přenosných zařízeních. V průmyslových aplikacích usnadňují integrované obvody procesy od komunikace mezi senzory a cloudem a řízení spotřeby až po řešení konektivity pro nové technologie, jako je 5G a Wi-Fi 6. Společnost Analog Devices Inc. (ADI) a další významní dodavatelé se starají o širokou škálu aplikací, včetně automobilového průmyslu, komunikací a spotřební elektroniky, což ukazuje široký rozsah a zásadní význam integrovaných obvodů v moderních technologiích.

Výroba

Výrobní proces integrovaných obvodů TI ATIC155-8L-B2 zahrnuje několik sofistikovaných a vysoce specializovaných kroků. Nejprve probíhá zpracování waferů, známé také jako front end. To zahrnuje mokré čištění a další nezbytné postupy

. Každý plátek obsahuje několik integrovaných obvodů, tzv. die. Tyto součástky jsou odděleny procesem zvaným die singulation nebo wafer dicing . Tyto jednotlivé součástky jsou poté podrobeny dalším procesům montáže a balení. K balení matric mohou být použity plastové nebo keramické materiály. Die se osadí a k propojení die/bond padů s vývody obalu se použijí malé spojovací dráty. Původně se tyto drátky připojovaly ručně, ale moderní metody využívají specializované stroje. Historicky se tyto dráty skládaly ze zlata, což vedlo k vytvoření olověného rámečku z mědi potažené pájkou. Vzhledem k toxické povaze olova však nyní směrnice o omezení nebezpečných látek (RoHS) nařizuje používat "olověné rámečky" bez olova . Zatímco tradičně jsou lepicí plošky umístěny na okrajích matrice, u flip-chip balení lze využít umístění lepicích plošek po celém povrchu matrice. Kovové vodiče v dřívějších fázích výroby byly převážně z hliníku, často legovaného mědí, aby se zabránilo rekrystalizaci. Při subtraktivním přístupu k hliníku se nejprve nanesou blanketové vrstvy hliníku, vzorovají se a poté se vyleptají, aby zůstaly izolované dráty, na které se nanese dielektrický materiál. Pro propojení mezi různými kovovými vrstvami se do izolačního materiálu vyleptají průchodky a vyplní se wolframem pomocí techniky chemického napařování (CVD). Celý výrobní proces probíhá v závodech na výrobu polovodičů, známých také jako slévárny nebo "faby". Tyto provozy jsou vybaveny "čistými místnostmi", které udržují vysoké standardy čistoty nezbytné pro výrobu polovodičů. Výroba pokročilých polovodičových zařízení, jako jsou například zařízení na uzlech 14/10/7 nm, může trvat až 15 týdnů, přičemž průměrná doba výroby je 11-13 týdnů . Výroba ve vyspělých zařízeních je vysoce automatizovaná, s automatizovanými systémy pro manipulaci s materiálem, které přesouvají destičky od stroje ke stroji, což minimalizuje lidské zásahy a možnou kontaminaci . V roce 1998 společnost Applied Materials způsobila revoluci v polovodičovém průmyslu, když představila zařízení Producer, klastrový nástroj s komorami seskupenými do dvojic pro zpracování destiček. Tento nástroj poskytoval vyšší produktivitu bez snížení kvality díky izolované konstrukci komor . Bezpečnost pracovníků je při výrobním procesu prvořadá vzhledem k přítomnosti jedovatých sloučenin, jako je arsin a fosfin při dopování iontovou implantací, a vysoce reaktivních kapalin používaných při leptání a čištění. Vysoký stupeň automatizace v průmyslu výroby integrovaných obvodů pomáhá snižovat rizika expozice. Většina výrobních zařízení také používá systémy řízení výfukových plynů, jako jsou mokré skrubery a spalovací zařízení, které tato rizika kontrolují .

Dopad na trh

Trh s polovodiči prošel v posledních několika desetiletích významnými změnami, které byly způsobeny rychlým technologickým pokrokem a změnami ve struktuře trhu. V 90. letech 20. století se na trhu prosadil "horizontální" obchodní model, kdy se společnosti specializovaly na určité segmenty dodavatelského řetězce polovodičů, jako je návrh, výroba nebo testování, namísto vertikální integrace všech procesů v rámci jedné společnosti.

. Během finanční krize v letech 2007-2008 čelil polovodičový průmysl značným problémům, protože poptávka prudce klesla, což vedlo k poklesu trhu. Toto období však také urychlilo některé inovace a strategické změny. Oblibu si například získala koncepce "megafabrik", protože společnosti usilovaly o úspory z rozsahu, aby zmírnily rizika a snížily náklady. Společnost Texas Instruments (TI), významný hráč na trhu polovodičů, zažívala v těchto obdobích kolísavý osud. Na konci 70. let čelila společnost TI výzvám ze strany levného asijského dovozu a snažila se využít svou technologii LCD, přestože vlastnila základní patent. To vedlo k poklesu prodeje digitálních hodinek a nakonec k odchodu z trhu. Nicméně inovace společnosti TI, jako například vzdělávací zařízení Speak & Spell a domácí počítače na konci 70. a začátku 80. let, prokázaly její schopnost zaujmout vedoucí postavení v nových technologických odvětvích, i když s různou mírou úspěchu na trhu. Konkurenční prostředí na trhu polovodičů bylo dále ovlivněno strategiemi společností v oblasti cen a vstupu na trh. Zkušenosti společnosti TI s cenotvorbou kalkulaček na počátku 70. let, kdy vedla cenovou válku se společností Bowmar Instruments, ilustrují problémy cenových strategií typu "učící se křivka" a následnou dynamiku trhu, která může vést k významným finančním ztrátám. Kromě toho se v průběhu času vyvíjelo zaměření odvětví na zapojení zákazníků do vývoje technologií, přičemž společnosti jako IBM a jednotlivci jako Sunlin Chou a Hans Stork diskutovali o budoucnosti fotoniky, optických propojení a bezmaskové litografie E-beam pro malosériovou výrobu polovodičů. Tyto diskuse zdůrazňují neustálý tlak průmyslu na inovace a předvídání budoucích technologických potřeb. Příkladem toho, jak moderní polovodičový pokrok ovlivňuje spotřební elektroniku, je v posledních letech řada Google Pixel s čipovou sadou Tensor G3. Díky integraci funkcí umělé inteligence a dlouhodobým závazkům k aktualizacím se řada Pixel stala konkurenceschopným hráčem na trhu chytrých telefonů, což ilustruje trvalý vliv polovodičových technologií na vývoj spotřebitelských produktů a jejich umístění na trhu.

Širší rodina a kontext

ATIC155-8L-B2 patří do širší rodiny integrovaných obvodů (IC) vyvinutých společností Texas Instruments (TI), přední společností v polovodičovém průmyslu. Integrované obvody lze obecně rozdělit na analogové a digitální integrované obvody, přičemž každý z nich slouží v elektronických systémech k odlišným účelům.

Analogové integrované obvody

Analogové integrované obvody, známé také jako lineární integrované obvody, pracují se spojitým rozsahem hodnot, což umožňuje nekonečný počet provozních stavů. Tyto integrované obvody jsou základními součástkami složitých elektronických obvodů a nacházejí uplatnění v různých vysoce náročných prostředích, jako jsou letadla, kosmické lodě a radary. Navzdory tomu, že obsahují méně tranzistorů než jejich digitální protějšky, představuje návrh lineárních integrovaných obvodů značné výzvy vzhledem k jejich nepřetržitému rozsahu provozních stavů.

.

Digitální integrované obvody

Digitální integrované obvody, často označované jako logické integrované obvody, jsou určeny ke zpracování základních logických operací se signály, které mají pouze dva možné stavy: vysoký (1/pravda) nebo nízký (0/nepravda). Tyto integrované obvody mají zásadní význam pro funkčnost digitálních systémů, jako jsou počítače, mobilní zařízení a mnoho dalších elektronických zařízení. Slouží jako páteř pro zpracování a logické operace v moderních technologiích.

.

Vývoj a integrace

Zpočátku byly integrované obvody výhradně elektronickými zařízeními. Úspěch integrovaných obvodů v podobě kompaktních a cenově výhodných řešení vedl postupem času k integraci dalších technologií, jako jsou mechanická zařízení, optika a senzory, do integrovaných obvodů. Cílem této integrace je využít výhod malých rozměrů a nízkých nákladů a zároveň rozšířit možnosti integrovaných obvodů. Například zařízení s nábojovou vazbou a senzory s aktivními pixely se staly nedílnou součástí moderní elektroniky, což zvyšuje její funkčnost a účinnost.

.

Trh a technologický pokrok

Polovodičový průmysl se po mnoho let řídil Mezinárodním technologickým plánem pro polovodiče (ITRS), který předpovídal očekávané zmenšování rozměrů prvků a pokrok v souvisejících oblastech. Přestože konečná verze ITRS byla vydána v roce 2016, její nahrazení Mezinárodní cestovní mapou pro zařízení a systémy je i nadále hnací silou inovací a určuje měřítka technologického pokroku v oblasti integrovaných obvodů a souvisejících oblastí

.

Vyhlídky do budoucna

Společnost Texas Instruments (TI) intenzivně investuje do vývoje technologií pro vestavěné systémy a neustále inovuje řadu řešení pro vestavěné systémy, včetně levných univerzálních mikrokontrolérů (MCU) a procesorů, jakož i účelových řešení pro umělou inteligenci a řízení v reálném čase. Tyto technologie umožňují inženýrům vyvíjet řešení zaměřená na vytváření bezpečnějšího, propojenějšího a inteligentnějšího světa.

. Vášeň společnosti TI pro průkopnický pokrok v oblasti integrovaných obvodů (IC) odráží závazek učinit elektroniku cenově dostupnější a přístupnější. Tato neúnavná snaha o inovace vedla k vývoji menších, účinnějších, spolehlivějších a nákladově efektivnějších technologií, čímž se rozšířil dosah a využití polovodičů na různých trzích. Díky silným interním výrobním kapacitám a důrazu na spolehlivost a dlouhou životnost výrobků má společnost TI dobré předpoklady pro podporu budoucího růstu a pokroku v polovodičovém průmyslu. Významným prvkem budoucí vize společnosti TI je plánovaná investice ve výši $30 miliard EUR do výstavby čtyř nových továren, které podpoří rostoucí poptávku po analogových a vestavěných procesorových čipech. Očekává se, že tyto továrny vytvoří až 3 000 přímých pracovních míst a budou vyrábět desítky milionů čipů denně, což podtrhuje roli TI v hospodářském rozvoji regionů, jako je Sherman, kde budou investice umístěny. Cílem tohoto závazku je nejen uspokojit rostoucí poptávku trhu, ale také zdůraznit oddanost společnosti udržitelným výrobním postupům. Kromě toho se TI zaměřuje na vývoj polovodičových technologií, jak předpovídají cestovní mapy, jako je Mezinárodní technologický plán pro polovodiče (ITRS) a jeho nástupce, Mezinárodní plán pro zařízení a systémy. Tyto plány předpovídají pokrok ve velikosti prvků a souvisejících oblastech, což naznačuje budoucnost, kdy integrované obvody (IC) budou nadále integrovat různé technologie, jako jsou mechanická zařízení, optika a senzory. Tato integrace usnadňuje výrobu univerzálnějších a schopnějších elektronických zařízení. Společnost Texas Instruments se také nadále zapojuje do průmyslových akcí a platforem, na kterých diskutuje a prezentuje své inovace. Například generální manažer TI pro síťovou infrastrukturu Henrik Mannesson se zúčastní panelu na veletrhu CES 2024, kde bude diskutovat o polovodičových inovacích na trhu s elektromobily, přičemž bude klást důraz na obousměrné nabíjení a systémy pro přenos z vozidla do sítě. To odráží závazek společnosti TI zůstat v čele technologických trendů a potřeb trhu.