Scale di integrazione

A. Costantini | (la videolezione) I circuiti logici sono stati i primi a subire il processo di integrazione su un unico chip (integrati monolitici) e sono attualmente i circuiti su cui la miniaturizzazione ha raggiunto i limiti più avanzati. Un circuito integrato monolitico è formato dunque da una sottile piastrina di silicio monocristallino o substrato detto comunemente chip, nel quale, con opportuni processi produttivi, vengono ricavati e interconnessi tra loro migliaia di componenti elettronici, quali resistenze, transistor, capacità, diodi etc…con la possibilità di utilizzarli per qualsiasi tipo di funzioni digitali o binarie, sia in forma di circuiti combinatori o sequenziali. Rispetto ad un circuito a componenti discreti si hanno i seguenti vantaggi:
- riduzione di costi;
- maggiore affidabilità dovuta al minor numero di connessioni che si devono realizzare a parità di prestazioni;
- riduzione delle dimensioni e, pertanto, degli ingombri circuitali; - possibilità di soluzioni circuitali non esistenti nella circuitistica discreta
- minore consumo di potenza e minori problemi legati allo smaltimento del calore (la potenza assorbita va da pochi µW a qualche centinaio di mW).
La più grossa limitazione al disporre di un elevato numero di componenti elementari entro un singolo integrato sta nella necessità di portare all'esterno i collegamenti elettrici. I circuiti integrati sono realizzati per elaborare segnali sia analogici che digitali . I microcircuiti digitali possono contenere un elevato numeri di componenti , in quanto ogni transistor può trovarsi solo due condizioni di funzionamento: conduzione (0) o interdizione (1). Nei microcircuiti analogici il segnale può assumere valori variabili nel tempo, per cui viene amplificato con transistori non tutti identici (negli stadi finali occorrono transistori di potenza). Questi integrati possono quindi contenere un numero di componenti elettronici più basso rispetto a quelli digitali.   

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La figura mostra alcuni integrati nel loro classico contenitore DIP (Dual In Line Package) o DIL, plastico contraddistinto dalla lettera N o P, e ceramico contraddistinto con la lettera J Su un’unica piastrina di silicio (chip) trovano sistemazione tutti i componenti del circuito. La piastrina viene saldata su di un supporto collocato all’interno del contenitore provvisto di terminali (pin o piedini).effettuati i collegamenti fra chip e terminali , la piastrina viene annegata in resina epossidica e incapsulata ermeticamente nel contenitore. Altri tipi di contenitore sono: SIL = Single In Line (con i piedini su di un solo lato) PLLC =Plastic Leaded Chip Carrier) (con i piedini su tutti e quattro i lati) FLAT = piatto SOP = Small Outline Package (per montaggio superficiale) I primi circuiti integrati sono stati prodotti intorno al 1960 e da allora si sono sviluppate diverse famiglie logiche alcune delle quali sono state ormai abbandonate. LE SCALE DI INTEGRAZIONE Il livello di integrazione dei circuiti cresce con la complessità della funzione logica e caratterizza la cosiddetta scala di integrazione. In base al livello di integrazione si ricorda la seguente suddivisione: SSI – (Small Scale Integration = integrazione su piccola scala) comprende gli integrati che contengono fino a una decina di porte digitali e sono normalmente gli operatori fondamentali: OR, AND, NOT, AND,FLIP,FLOP, BUFFER ecc realizzati con poche decine di transistor MSI – (Medium Scale Integration = integrazione su scala media ) comprende gli integrati che che contengono alcune decine di da 12 a 100 porte logiche e sono normalmente contatori, decodificatori, registri, multiplexer ecc. realizzati con alcune centinaia di transistor LSI - (Large Scale Integration = integrazione su grande scala ) Dal centinaio a qualche migliaio di porte elementari e realizza in genere una singola funzione logica di notevole complessità realizzati con migliaia di transistor VLSI - (Very Large Scale Integration = integrazione su grandissima scala) Con un numero di molte migliaia di porte elementari ; in questa scala si realizzano i microprocessori e le unita' di I/O ed altri apparati accessori ai µp. VHSI - (Very High Scale Integration= scala di integrazione estremamente elevata) µp a 32 bit e circuiti di grande complessità. La LSI e la VLSI sono generalmente in tecnologia CMOS perché è l'unica che li rende attuabili.