芯片的显著特点就是小,我们手机里面的芯片和指甲盖儿大小相差无异,台式电脑里面使用的intel芯片的大小也超不过瓶盖儿。
目的
而国外一家公司把一个芯片的比手机还要大(如下图),这颗芯片的组成就是用分立的晶体管与铜皮。他们做这个芯片的目的并不是出于商业化目的。更多的是为了科普与教育。
为了让人们充分了解其工作原理,使参观他们摊位的人能够看到电路的每一个组成部分,了解它们的功能,并将其与芯片的宏观实物联系起来。所以造了这样一个芯片。
芯片原型
这个芯片的原型是仙童μL914,如下图所示
它是一个双输入或非门,原理图如下,原理图很简单,学过数电的一看就懂。
但是做出来就需要下一番功夫了。
只有在1、2(或者下方的黄色按钮)引脚同时为低电平时,7脚才会输出高电平。(3、5、6脚道理一样),这些都是构成芯片的最少单元。
接下来,我们来看看国外这家公司是怎么做的吧。
电路原理图
首先我们来看一下它的电路原理图,总共用到了10个电子元器件。
有的小伙伴就问了,里面的电阻可以不加吗?
肯定不行的,因为去掉电阻之后流经晶体管的电流会变大,这样功耗可能会上升几十倍、几百倍,再一个原因是电流过大会损坏晶体管!
首先看一下仙童μL914的芯片内部。
注意观察它的物理结构与走线。
然后对这个芯片进行CAD建模
同时,他们设计了一个印刷电路板模块,用于与保持IC相同结构的分立组件一起使用。
这种特殊芯片具有教育意义的原因之一是:它的模上有一些未使用的组件。
有两个未使用的晶体管:一个是未连接的,另一个是直接短路的。
也有一些未使用的电阻(电阻是狗骨形状)。未连接和未使用的组件更容易看到,并提供了一个可视化的示例,有助于理解连接组件在金属层下的外观。
想象一下其他电路可以用不同的连接方式做成什么样子也很有趣。不是吗?
下一步的工作是给透明层加上走线,即芯片中的铜皮,对比一下上面仙童芯片。
把这个铜皮放在上面做好的3D结构上,芯片的雏形就出现了。
到现在芯片就已经完成了,但是还差一点。
那就是芯片的引脚,有了引脚,我们就可以直接拿来使用了,然后,焊接引脚。
引脚焊接完毕。
当你从上向下看这个模型时,看到的和显微镜下的结构是无二异的。
bom对照表
上述半导体结构对应的物质如下
当然上述的半导体结构只是一个结构,并不具有真的逻辑功能。
为了让大家看到更真实的半导体,他们还把这个半导体结构做成了具有逻辑功能的模组。
第一步在电路板上布上铜皮,然后加上和仙童μL914原理图一样的电子元器件,如电阻、晶体管。
到此为止芯片的搭建就结束了,这个逻辑芯片是做简单的那一类了,但是搭建起来却一点都不容易。