Гик порн 3: Как «открыть» микросхему и что у неё внутри? Советские Z80, TTL логика, FPGA Altera Cyclone I и другие

Продолжаем ковырять внутренности микросхем. Для тех кто пропустил первые 2 серии — вот раз, вот два.

К553УД1А — один из первых советских интегральных операционных усилителей.
Этот экземпляр был произведен в марте 1978.

Функциональный аналог µa709. Тем не менее, чип не являлся послойной копией:

7555 — это КМОП версия популярного таймера 555.

На чипе несколько интересных моментов. Видите «неиспользуемые» via на сложенном змейкой резисторе сверху чипа, и в центре? Они нужны чтобы подстраивать сопротивление изменяя только маску последнего металла. Также бросаются в глаза огромные многопальцевые «силовые» транзисторы.

Помните мы говорили, что самая простая микросхема — это 74AHC00? Мы ошибались.
Самая простая микросхема — её 1-гейтовая версия, SN74AHC1G00 производства Texas Instruments. Размер кристалла — 520×420 µm.

После травления 2(!) слоев металлизации, мы видим, что площадь практически полностью занята падами, защитой входов и транзисторами выхода. Веселенькая раскраска под падами — результат частично протравленного диэлектрика, маскированного тем, что осталось от золотой проволоки.

MC33152 — сдвоенный драйвер силовых полевых транзисторов. Букавально половина кристалла занята мощными транзисторами (2 pull-up, 2 pull-down), на 1.5А с 14нс фронтами. Примечательно как изменяется ширина дорожек вдоль силовых транзисторов, чтобы соответствовать протекающему току в данной точке.

Размер кристалла — 1765×1470 µm.

Ti MAX3232 — RS232 приемопередатчик с генератором двухполярного питания на внешних конденсаторах.
Размер кристалла — 3113×1955 µm.

Toshiba TB6560AHQ — один из широко использующихся драйверов шаговых двигателей.
Сразу бросаются в глаза сдвоенные соединения к силовым выходам. Для улучшения отвода тепла кристалл припаян к медному тепло-распределителю толщиной 2мм.

Размер кристалла — 5338×4828 µm.

Т34ВМ1 — Z80-совместимый процессор, производившийся на Ангстреме с 1991 года.
Размер кристалла 4513×4251 µm.

Надпись на кристалле «U880/5» подсказывает, что он вероятно был произведен из комплекта масок, полученных от восточно-германской компании VEB Mikroelektronik «Karl Marx» in Erfurt (MME).

Есть подозрение, что Т34ВМ1, произведенные на разных заводах могли иметь разные кристаллы.
А вот сам Т34ВМ1 в прекрасном белоснежном корпусе:

Altera Cyclone EP1C3 — самая маленькая FPGA первого поколения от Altera.
На кристалле 2910 LE, 1 PLL и 58.5 кибибит памяти (13 блоков M4K, каждый по 128×36 бит).

На уровне поликремния — видим, что каждый блок памяти M4K разделен на 2 половинки (итого 26 «прямоугольничков» в двух вертикальных рядах). Структура массива логических элементов — не симметричная, в правой части массива — прямо по середине воткнута PLL.

Половину площади кристалла занимает периферия, что не удивительно учитывая все буйство поддерживаемых стандартов ввода-вывода.

Zilog Z80: После фотографий аналогов Z80 из ГДР и СССР, наконец очередь дошла и до оригинала. Код даты производства — 9012.

Из заметных отличий — периферия оригинального Z80 нарисована существенно компактнее, в центре кристалла — надпись DC (на аналогах — в этом месте дырка, но надписи нет).

Размер кристалла — 3545×3350 µm, по площади в 1.6 раза меньше Т34ВМ1.

Power Integrations TNY264 — высокоинтегрированная микросхема для ACDC преобразователей со встроенным 700В MOSFET-ом.
Размер кристалла — 2457×1306 µm.

Fairchild 74VHC595 — микросхема стандартной логики, 8-и битный счетчик. Можно сравнить с OnSemi 74HC595.

Размер кристалла — 800×690 µm. Технология 800нм.

NXP 74HC595 — еще один стандартный сдвиговой регистр. Сравните с Fairchild 74VHC595 и OnSemi 74HC595.

Размер кристалла — 953×866 µm, технология изготовления 2мкм.

Уровень поликремния:

Fairchild 74F109PC — сдвоенный JK триггер из самой быстрой биполярной 7400 TTL серии — F.

Размер кристалла — 1436×1255 µm.

UTC LM2940L-5.0 — 1A линейный стабилизатор напряжения с малым падением напряжения.
Примечательны 5 контактов справа внизу — видимо использовались для подстройки выходного напряжения пережиганием перемычек между ними.

КР1858ВМ1 — серийный Z80-совместимый процессор, производившийся в СССР. Надпись на кристалле «U880/6» подсказывает, что разрабатывался он также в восточной Германии в VEB Mikroelektronik «Karl Marx» in Erfurt (MME). По сравнению с Т34ВМ1 — площадь кристалла уменьшена в 1.6 раза, немного переработана периферия.

Также можно сравнить с MME Z80A и Zilog Z80.

Размер кристалла — 3601×3409 µm.

КР1858ВМ3 — последний советский Z80. Этот экземпляр произведен на Белорусском заводе Транзистор в 1995 году.

В отличии от предыдущих советских вариантов Z80 — тут КМОП 2мкм, однако из-за довольно «свободной» топологии (в дополнение к естественной меньшей плотности КМОП логики) размер кристалла получился даже больше, чем у 4мкм NMOS КР1858ВМ1.

Размер кристалла — 5050×4657 µm.

Надеюсь было интересно, на этом пока все — на новые фотографии можно подписаться в rss-подписке.
Фотографии распространяются под лицензией Creative Commons Attribution 3.0 Unported.