ما هي استخدامات الدوائر المتكاملة؟

- Mar 04, 2019-

إن استخدامات الدوائر المتكاملة اعتبارًا من عام 2011 واسعة الانتشار نظرًا للمزايا الفريدة التي توفرها على الدوائر الإلكترونية التقليدية. توجد في كل جهاز إلكتروني يحتوي على نوع من التحكم في المعالجات الدقيقة ، من الهواتف المحمولة ومشغلات الموسيقى المحمولة إلى أنظمة الألعاب ، وأجهزة الكمبيوتر الشخصية ، والأجهزة الرقمية الأخرى. هذا لأن الدارة المتكاملة (IC) أو الرقاقة بمقاييس القرن الواحد والعشرين المعاصرة هي جهاز متطور للغاية ، يحزم لملايين المكونات الإلكترونية مثل الترانزستورات والمقاومات والمكثفات إلى مساحة بضعة سنتيمترات مربعة على رقاقة من السيليكون. . كانت الاستخدامات المبكرة للدارات المتكاملة محدودة إلى حد ما ، ومع ذلك ، عندما تم بناء النماذج الأولى في عامي 1958 و 1959 ، حيث كانت أجهزة بدائية في ذلك الوقت كان من الصعب إنتاجها بكميات كبيرة.

يُنسب إلى جاك كيلبي ، الباحث في شركة Texas Instruments في الولايات المتحدة ، كونه من أوائل الأشخاص الذين يرون الفوائد المحتملة واستخدامات الدوائر المتكاملة. حصل على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2000 لمساهمته في تطوير الدائرة الإلكترونية. على الرغم من أنه يمكن تتبع مفهوم رقاقة IC إلى أبحاث سابقة تعود إلى عام 1949 من قبل المهندسين الألمان ، إلا أن كيلبي وباحث آخر في الولايات المتحدة يدعى روبرت نويس كان أول من قدم براءات اختراع لهذه الفكرة.

ويستند القفزة الهائلة التي أعطتها رقاقة IC لتصميم الدوائر الإلكترونية إلى قيود واجهتها شركات تصنيع الإلكترونيات في أواخر الخمسينات. كان الترانزستور قد استبدل الأنابيب المفرغة ، لكن المكونات الكهربائية الأساسية للدوائر مثل الترانزستورات والمكثفات والمقاومات يمكن أن تكون صغيرة للغاية ، حيث أن احتوائها بملاقط وجعلها على لوحة الدائرة الكهربائية أصبحت أكثر صعوبة عندما أصبحت أصغر وأصغر . إن فكرة حفر وظائف هذه المكونات في رقاقة من السليكون قضت على الحاجة إلى اللحام الفردي للمكونات المحمولة ، وبدأت استخدامات الدوائر المتكاملة في الارتفاع عندما تم تحسين طرق التصنيع في منتصف وأواخر الستينيات.

في حين تمت الإشارة إلى الدوائر المتكاملة الأولى جدًا على أنها دوائر تكاملية صغيرة الحجم (SSI) واحتوت على بضع عشرات من المكونات فقط ، إلا أنها كانت حيوية لمشاريع الفضاء الجوي في ذلك الوقت ، مثل الضوابط الخاصة بنظام الصواريخ الأمريكية Minuteman والحواسيب الرقمية المستخدمة من قبل برنامج بعثة أبولو الولايات المتحدة القمر. مثلت هذه الاستخدامات ، بالإضافة إلى احتياجات البحرية الأمريكية ، الجزء الأكبر من الطلب المبكر على الدوائر المتكاملة اعتبارًا من عام 1962. وبحلول عام 1968 ، بدأت استخدامات الدوائر المتكاملة في الانتشار إلى الإلكترونيات الاستهلاكية ، مع قدرتها على معالجة التردد المعدل (FM) ) الصوت في أجهزة التلفزيون.

مع زيادة عدد المكونات التي يمكن وضعها على الرقاقة ، أصبحت استخدامات الدوائر المتكاملة أكثر انتشارًا. اشتملت نماذج الرقاقة متوسطة الحجم (MSI) على مئات المكونات في نهاية الستينيات ، ويمكن أن يؤدي التكامل على نطاق واسع (LSI) إلى وضع عدة آلاف من المكونات على رقاقة واحدة بعد خمس سنوات. من هناك ، ازداد حجم عدد المكونات التي يمكن تعبئتها في مساحة تبلغ بضعة سنتيمترات مربعة. يسمح الدمج الواسع النطاق للغاية (VLSI) الذي يسمح لمئات الآلاف من المكونات المتصلة في أوائل الثمانينات وتصميم الدوائر المتكاملة ثلاثية الأبعاد (3D-IC) اعتبارًا من عام 2011 بتعبئة ملايين أو مليارات المكونات في شبكة المترابط أفقياً وعمودياً على طبقات متعددة من رقاقة أشباه الموصلات .

اعتبارًا من عام 2011 ، أدت وظائف التحكم المتعدد والمعالجة الرياضية التي يمكن أن تؤديها الدوائر المتكاملة إلى جعلها أجهزة في كل مكان في معظم الإلكترونيات الاستهلاكية من أجهزة الراديو والتلفزيون إلى الآلات الحاسبة والساعات الرقمية. تنتشر استخدامات الدوائر المتكاملة على نطاق واسع في جميع أنحاء المنشآت الصناعية وفي علم الروبوتات ، وكذلك في الضوابط في أنظمة السيارات والطائرات. عندما تصبح أكثر تعقيدا و رخيصة في التصنيع ، فهي موجودة أيضا في المواد التي يمكن التخلص منها مثل بطاقات المعايدة التي تلعب الموسيقى. إن علامات تحديد الترددات الراديوية (RFID) في تغليف المنتجات الاستهلاكية القابل للتصرف التي تستخدمها متاجر البيع بالتجزئة لتتبع المخزون هي أيضًا موقع شائع لرقاقات IC ، مع إضافة علامات RFID إلى منتجات أخرى مثل جوازات السفر وبطاقات الائتمان أيضًا.