Entegre Nedir? Ne İşe Yarar, Çeşitleri ve Kılıfları

Entegre, çok sayıda transistör, direnç ve diğer devre elemanının tek bir yarı iletken yonga üzerinde üretilip bir kılıfa yerleştirildiği hazır devredir. Entegre devre, tümleşik devre, çip ya da İngilizce kısaltmasıyla IC (integrated circuit) olarak da anılır. Kart üzerinde tek bir parça gibi görünür, ama içinde birkaç transistörden milyarlarca transistöre kadar uzanan eksiksiz bir devre bulunur.

Entegre ne işe yarar?

Entegre, tek tek elemanlarla kurulması çok yer kaplayacak bir işlevi küçük bir parçada toplar. Kart üzerinde en sık şu işleri yapar:

• Hesaplama ve kontrol: Mikrodenetleyiciler ve işlemciler programı çalıştırır, karar verir ve diğer parçaları yönetir.
• Bilgi saklama: Bellek entegreleri programı ve verileri tutar.
• Sinyal yükseltme: İşlemsel yükselteçler (op-amp), sensörden gelen küçük sinyalleri ölçülebilir seviyeye çıkarır.
• Gerilim düzenleme: Regülatör entegreleri, değişken bir girişten sabit bir besleme gerilimi üretir.
• Dönüştürme: ADC ve DAC entegreleri analog sinyal ile dijital veri arasında çeviri yapar.
• Yük sürme: Sürücü entegreleri motor, LED şeridi ve röle gibi yükleri çalıştırır.
• Haberleşme: Arayüz entegreleri, kartların birbirleriyle ve bilgisayarla konuşmasını sağlar.

Entegre nasıl çalışır ve neyden yapılır?

Entegrenin temeli saf silikondan üretilen ince dilimlerdir (wafer). Bu dilimlerin yüzeyinde ışıkla desen aktarma, katkılama ve metal kaplama işlemleri defalarca tekrarlanır. Böylece transistörler, dirençler ve onları birleştiren çok ince iletken yollar aynı yüzeyde oluşur. Dilim küçük yongalara kesilir, her yonga ince tellerle ya da lehim toplarıyla bacaklara bağlanır ve koruyucu bir kılıfın içine kapatılır.

Elemanların tamamı aynı yonga üzerinde olduğu için bağlantılar çok kısadır. Bu sayede entegreler ayrık parçalarla kurulan devrelere göre daha küçük, daha hızlı ve yüksek adetlerde daha ucuzdur. Transistör entegrenin temel yapı taşıdır; tek bir işlemcinin içinde milyarlarcası bulunabilir. Entegre devre fikri 1958 ve 1959’da Jack Kilby ile Robert Noyce tarafından birbirinden bağımsız olarak geliştirilmiştir.

Entegre çeşitleri

Entegre kılıfları: DIP, SOIC, QFN ve BGA

Aynı yonga farklı kılıflarla satılabilir. Kılıf; kartın boyutunu, lehimleme yöntemini ve ısının nasıl atılacağını belirler.

Kılıfların ölçülerini SMD kılıf boyutları tablomuzda bulabilirsiniz.

Entegrede pin 1 nasıl bulunur?

Entegreyi ters takmak çoğu zaman onu ve bazen kartı bozar. Bu yüzden ilk iş 1 numaralı bacağı bulmaktır:

1. İşareti arayın: Gövdede bir kenarda yarım daire çentik ya da bir köşede küçük bir nokta bulunur.
2. Entegreyi üstten görecek şekilde tutun: Çentik solda olacak şekilde çevirin. Pin 1, sol alttaki bacaktır.
3. Saat yönünün tersine sayın: Numaralar alt sıra boyunca sağa gider, üst sıradan sola doğru döner. 8 bacaklı bir DIP’te pin 8, pin 1’in tam karşısındadır.
4. Kartla karşılaştırın: Kart üzerindeki baskıda aynı çentik ya da nokta işareti bulunur. İkisi aynı yöne bakmalıdır.

BGA ve bazı QFN kılıflarda çentik yerine köşedeki nokta ya da üçgen işaret kullanılır. Pin düzenini her zaman veri sayfasından doğrulayın.

Entegre kodu nasıl okunur?

Gövdedeki yazılar genellikle üretici logosu, parça numarası ve tarih ya da üretim partisi kodundan oluşur. Parça numarası da kendi içinde bilgi taşır:

• Ana kod işlevi gösterir: 74HC00 içinde “74” mantık serisini, “HC” teknoloji ailesini, “00” ise dört adet NAND kapısını belirtir.
• Son ekler kılıfı ve sıcaklık aralığını gösterir: NE555P ile NE555D aynı işlevi yapar, fakat kılıfları farklıdır. Son ekler üreticiye göre değiştiği için bu bilgi veri sayfasından okunur.
• Küçük kılıflarda kısaltma kullanılır: SOT-23 gibi küçük kılıflara tam parça numarası sığmaz, üstünde birkaç karakterlik bir işaret kodu bulunur. Kodun karşılığı üreticinin veri sayfasında verilir.

Veri sayfasında nelere bakılır?

Her entegrenin üreticisi tarafından yayımlanan bir veri sayfası (datasheet) vardır. Seçim ve tasarım için şu bölümler yeterli bir başlangıçtır:

• Pin düzeni: Her bacağın görevi ve seçtiğiniz kılıftaki numarası.
• Besleme gerilimi aralığı: Entegrenin çalışacağı minimum ve maksimum gerilim.
• Mutlak maksimum değerler: Aşıldığında kalıcı hasar oluşabilecek sınırlar. Bunlar çalışma değerleri değildir, tasarım bu sınırların altında kalmalıdır.
• Giriş ve çıkış seviyeleri: 3,3 V ve 5 V’luk devreleri birleştirirken mantık seviyelerinin uyumu kontrol edilmelidir.
• Isıl değerler: Kılıfın ne kadar gücü atabileceğini gösterir.
• Uygulama devresi: Üreticinin önerdiği bağlantı ve çevre elemanları.

Entegre kullanırken dikkat edilecekler

• Dekuplaj kondansatörü: Her besleme pininin hemen yanına genellikle 100 nF’lık seramik kondansatör konur. Atlanırsa devre kararsız çalışabilir.
• Boşta kalan girişler: Özellikle CMOS entegrelerde kullanılmayan girişler boşta bırakılmamalı, veri sayfasındaki öneriye göre bağlanmalıdır. Gerekirse direnç ile sabit bir seviyeye çekilir.
• Statik elektrik: Entegreler ESD ile gözle görülmeyen hasar alabilir. Antistatik ambalajda saklayın, tutmadan önce kendinizi topraklayın.
• Ters besleme: Besleme uçlarının ters bağlanması entegreyi anında bozabilir. Girişe seri bir diyot gibi bir koruma düşünülebilir.
• Isı: Güç entegrelerinde kılıfın atabileceği güç hesaplanmalı, gerekiyorsa soğutucu ya da kart üzerinde geniş bakır alan kullanılmalıdır.

Örnek: 7805 regülatörde ısı hesabı

7805, girişindeki daha yüksek gerilimden sabit 5 V üreten yaygın bir doğrusal regülatördür. 12 V girişten 0,5 A çeken bir devreyi beslemek istediğimizi düşünelim. Değerler örnektir; kullandığınız parçanın veri sayfasına bakın.

1. Üzerine düşen gerilimi bulun: 12 V − 5 V = 7 V.
2. Gücü hesaplayın: P = 7 V × 0,5 A = 3,5 W. Bu güç tamamen ısıya dönüşür.
3. Sıcaklık artışını tahmin edin: TO-220 kılıfta soğutucusuz ısıl direnç yaklaşık 50 °C/W’tır. 3,5 W × 50 °C/W = 175 °C artış, yani kabul edilemez bir sıcaklık.
4. Çözümü seçin: Uygun bir soğutucu eklenir, giriş gerilimi düşürülür ya da verimi çok daha yüksek bir anahtarlamalı regülatöre geçilir.

Gerilim, akım ve güç hesaplarını Ohm kanunu hesaplayıcımızla yapabilirsiniz.

Entegre bozuk mu, nasıl anlaşılır?

Bir direnç ya da diyot gibi multimetreyle kesin sonuç almak çoğu entegrede mümkün değildir. Yine de şu adımlar arızayı daraltır:

1. Görsel kontrol: Yanık izi, çatlak gövde, kabarma ya da ters takılma olup olmadığına bakın.
2. Isı: Devreye enerji verdikten kısa süre sonra normalden çok ısınan entegre şüphelidir.
3. Enerji yokken kısa devre: Süreklilik kademesinde besleme ile toprak pinleri arasını ölçün. Sıfıra yakın değer kısa devreye işaret eder, ancak aynı hattaki başka bir parçadan da kaynaklanabilir.
4. Besleme gerilimi: Enerji varken besleme pinlerinde doğru gerilim olup olmadığını ölçün. Besleme yoksa sorun entegrede olmayabilir.
5. Çıkış: Regülatörlerde çıkış gerilimi multimetreyle, sinyal entegrelerinde çıkış sinyali osiloskopla kontrol edilir.
6. Karşılaştırma: Soketli entegreler bilinen sağlam bir parçayla değiştirilerek denenebilir.

Sık sorulan sorular

Entegre ne demek?

Entegre, “bütünleşmiş” anlamına gelir. Elektronikte ise çok sayıda devre elemanının tek bir yongada birleştirildiği parçayı ifade eder. Entegre devre ifadesinin kısa hâlidir.

Entegre ile çip aynı şey mi?

Günlük kullanımda aynı anlamda kullanılır. Teknik olarak çip, kılıfın içindeki silikon yongadır; entegre ise yongayı, bağlantılarını ve kılıfını kapsayan parçanın tamamıdır.

Transistör ile entegre arasındaki fark nedir?

Transistör tek bir yarı iletken elemandır. Entegre ise çok sayıda transistör ve diğer elemanların aynı yonga üzerinde birleştirildiği hazır bir devredir.

Muadil entegre kullanılabilir mi?

Kullanılabilir, ancak yalnızca işlevin aynı olması yetmez. Pin düzeni, kılıf, besleme aralığı, mantık seviyeleri ve hız gibi özellikler de karşılaştırılmalıdır. Aynı numaralı parçanın farklı üreticilerdeki sürümleri arasında bile küçük farklar olabilir.

Kartınızdaki entegreler ve dizgi

Entegreler çoğunlukla kartın en pahalı ve en hassas parçalarıdır. Bu yüzden dizgiye göndermeden önce birkaç noktayı kontrol etmek gerekir. BOM listesinde kılıfı belirleyen son ek dahil tam parça numarası yazılmalı, kart baskısında ve yerleşim dosyasında pin 1 yönü net olmalıdır. Sık bacaklı QFP, QFN ve BGA kılıflar için pad ölçüleri veri sayfasındaki önerilere göre çizilmelidir. Bu kılıflar SMD dizgi hattında yerleştirilir; lehimi görünmeyen BGA’larda X-Ray kontrolü yapılır. Sık karşılaşılan sorunları SMD lehim hataları yazımızda anlattık. Bulunması zor entegreler için komponent tedariği hizmetimizle muadil çalışması da yapıyoruz. Kartınız için PCB dizgi teklifi alabilir, devre hesapları için ücretsiz elektronik hesaplama araçlarımızı kullanabilirsiniz.