الدوائر المتكاملة: ما هي ، الاختلافات مع الدوائر المطبوعة وأكثر من ذلك

الدوائر المتكاملة

الكثير الدوائر المتكاملة ، الرقائق ، الرقائق الدقيقة ، IC (الدوائر المتكاملة) أو CI (الدائرة المتكاملة)، أو أيًا كان ما تريد تسميته ، فهي نوع من الدوائر الإلكترونية التي جعلت من الممكن تقدم التكنولوجيا إلى المستويات الحالية. بدون هذا الاختراع ، ربما لن تكون الحوسبة والاتصالات على ما هي عليه ، وستكون الأجهزة الإلكترونية والكهربائية مختلفة تمامًا.

على الرغم من صغر حجمها ، وأنها موجودة في كل مكان ، فإن هذه الدوائر المتكاملة تختبئ مفاجآت كبيرة لاكتشافها. هنا يمكنك معرفة المزيد عن هؤلاء مكونات الكترونية...

ما هي الدوائر المتكاملة؟

الدوائر المتكاملة

الكثير الدوائر المتكاملة هي منصات من أشباه الموصلات مغلفة وتحتوي على دائرة إلكترونية مسجلة. اعتمادًا على عائلة المنطق التي تنتمي إليها ، ستتكون هذه الدوائر من مكونات إلكترونية مصغرة مختلفة. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون الثنائيات ، الترانزستورات ، المقاومات ، المكثفات ، إلخ.

بفضلهم كان من الممكن تطويره الإلكترونيات الحديثة وبدء حقبة جديدة في ضوء التكامل الرائع الذي تسمح به. في الواقع ، يمكن لبعض الرقائق الأكثر تقدمًا اليوم أن تدمج ما يصل إلى بلايين من الترانزستورات في قالب لا يتجاوز حجمه بضعة ملليمترات مربعة.

تاريخ الرقائق

في البداية ، بدأت الإلكترونيات في استخدام المواد الخام صمامات التفريغ على غرار المصابيح التقليدية. كانت هذه الصمامات كبيرة ، وغير فعالة للغاية ، وكانت ساخنة جدًا ، وتنكسر بسهولة ، لذلك كان من الضروري استبدال الصمامات المنفوخة حتى تستمر أجهزة الكمبيوتر وغيرها من المعدات التي كانت بها في العمل.

En جاء عام 1947 لاختراع الترانزستور، قطعة من شأنها أن تحل محل الصمامات القديمة والتي من شأنها أن تحدث ثورة في الإلكترونيات. بفضله كان من الممكن الحصول على جهاز صلب أكثر مقاومة وكفاءة وأسرع من الصمامات. ومع ذلك ، اعتقد البعض أنه يمكنهم دمج العديد من هذه العناصر في شريحة سيليكون واحدة. هذه هي الطريقة التي تم بها إنشاء الدوائر المتكاملة الأولى في التاريخ.

بمرور الوقت ، تطورت إلكترونيات الحالة الصلبة وقللت من حجم المكونات ، فضلاً عن خفض التكاليف. في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي ، تم تسمية مخترع من شركة Texas Instruments جاك كيلبيخطر بباله أن يصنع شريحة أشباه الموصلات وبعض الأسلاك التي تشابك الأجزاء المختلفة. أصبحت هذه أول شريحة في التاريخ ، وسيستمر في الفوز بجائزة نوبل عنها.

بالتوازي تقريبًا ، روبرت نويسفي ذلك الوقت ، كان موظفًا في Fairchild Semiconductor (لاحقًا أحد مؤسسي Intel) ، طور أيضًا جهازًا مشابهًا ، ولكن مع مزايا كبيرة مقارنة بـ Kilby. ابتكر نويس الفكرة التي من شأنها أن تفسح المجال للدوائر المتكاملة اليوم. كانت تسمى هذه التقنية مستوية ، وكان لها مزايا على تقنية ميسا في كيلبي.

منذ ذلك الحين ، لم تتوقف تطور وتحسين هذه المكونات. انخفضت التكاليف ، وكذلك الاقتصاد في الوقود والحجم ، بينما تحسن الأداء والأداء بشكل كبير. لم يتطور أي قطاع آخر كثيرًا ، ولم يكن لأي قطاع آخر مثل هذا التأثير الكبير على الإنسانية ...

كيف يتم صنعهم؟

إجراء تصنيع الدوائر المتكاملة إنه معقد للغاية. ومع ذلك ، كما هو موضح في الفيديو ، يمكن تلخيصه في بضع خطوات أبسط حتى يتمكن الأشخاص من فهم كيفية القيام بذلك.

هنا سأحاول تلخيص خطوات التصميم أفضل ما يمكن ، دون التعمق ، لأنه سيعطي آلاف المقالات:

  1. كن جزءًا من حاجة ، تطبيق تحتاج إلى إنشاء دائرة إلكترونية من أجله.
  2. يتولى فريق التصميم مسؤولية تحديد الخصائص والمواصفات التي يجب أن تتمتع بها الشريحة.
  3. بعد ذلك ، سيبدأ التصميم في استخدام البوابات المنطقية وعناصر الذاكرة الأخرى ، وما إلى ذلك ، حتى يتم الوصول إلى تصميم منطقي يطور الوظيفة التي تم تصميم هذه الشريحة من أجلها.
  4. بعد ذلك ، سوف تمر عبر سلسلة من الخطوات التي يتم إجراء الاختبارات والمحاكاة بينها لتحديد أنها تعمل بشكل صحيح على المستوى المنطقي ، وحتى يتم تصنيع رقائق الاختبار لمعرفة ما إذا كانت تقوم بذلك جسديًا.
  5. بمجرد اكتمال مرحلة التصميم ، يتم إنشاء سلسلة من الأقنعة للتصنيع من تخطيط الدائرة المصممة. نقش عليها نقش بحيث يمكن نقشها على السيليكون.
  6. يستخدم المسبك أو المصنع هذا النمط لإنشاء دوائر متكاملة في رقاقة أشباه الموصلات. تحتوي هذه الرقائق عادة على ما يصل إلى 200 أو 300 رقاقة في بعض الحالات.

هذا أبعد ما يكون عن مرحلة التصميم ، من جانب التصنيع، لدينا:

  1. يتم الحصول على معدن السيليكون من الرمل أو الكوارتز.
  2. بمجرد تكريره ليكون شديد النقاء ، أو EGS (سيليكون من الدرجة الإلكترونية) ، بمستوى نقاء أعلى من السيليكون المستخدم في الصناعات الأخرى.
  3. يصل هذا EGS في شكل قطع إلى المسبك ، حيث يتم صهره في بوتقة وعن طريق بلورة البذور يتم تصنيعه للنمو باستخدام طريقة Czochralski. لكي يتم فهمها بسهولة ، فإن الأمر مشابه لكيفية صنع حلوى القطن النموذجية في المعارض ، حيث تقوم بإدخال العصا (بلورة البذور) والقطن (السيليكون المصهور) ويزيد حجمها.
  4. في نهاية تلك الخطوة ، تكون النتيجة سبيكة ، قطعة كبيرة من بلورة السيليكون أحادية البلورة على شكل أسطوانة. يتم تقطيع هذا الشريط إلى رقائق رقيقة جدًا.
  5. تمر هذه الرقائق بسلسلة من العمليات لتلميع السطح بحيث تظل غير ملوثة لبدء الإنتاج.
  6. بعد ذلك ، سوف تمر هذه الرقائق بعدة عمليات متكررة لإنشاء الرقائق عليها. هذه العمليات من نوع فيزيائي-كيميائي ، مثل الطباعة الحجرية الضوئية ، والحفر أو النقش ، والنمو فوق المحور ، والأكسدة ، وغرس الأيونات ، إلخ.
  7. الفكرة النهائية هي إنشاء مكونات إلكترونية ، ترانزستورات بشكل عام ، على ركيزة الرقاقة ، ثم إضافة طبقات لربط المكونات المذكورة لتشكيل بوابات منطقية في الطبقة الدنيا ، ثم في الطبقات التالية ، يتم توصيل هذه البوابات لتشكيل وحدات أولية (adders ، السجلات ، ...) ، في الوحدات الوظيفية للطبقات التالية (الذاكرة ، ALU ، FPU ، ...) ، وأخيراً جميعها مترابطة لإنشاء دائرة كاملة ، على سبيل المثال ، وحدة المعالجة المركزية. على شريحة متقدمة يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 20 طبقة.
  8. بعد كل هذه العمليات ، التي قد تستغرق عدة أشهر حتى تكتمل ، سيتم الحصول على مئات الدوائر المتساوية لكل رقاقة. والشيء التالي هو اختبارها وتقطيعها ، أي تقسيمها إلى شرائح سيليكون فردية.
  9. الآن بعد أن أصبحت قوالب فضفاضة ، ننتقل إلى تغليف (DIP ، SOIC ، PGA ، QFP ، ...) حيث تكون الشريحة محمية ويتم توصيل الوسادات ، وهي مسارات موصلة على السطح ، مع دبابيس الدائرة المتكاملة .

من الواضح ، ليست كل الدوائر المتكاملة هي نفسها. لقد تحدثت هنا عن الوحدات الوظيفية وأشياء أكثر تعقيدًا مثل وحدة المعالجة المركزية ، ولكن هناك أيضًا دوائر بسيطة جدًا مثل مؤقت 555 أو IC مع 4 بوابات منطقية بسيطة للغاية. سيكون لديهم بضع عشرات فقط من المكونات وسيتم ربطهم بطبقة واحدة أو بضع طبقات من الوصلات المعدنية ...

أنواع المرحلية

شريحة RISC-V

لا يوجد نوع واحد فقط ، بل عدة أنواع أنواع الدوائر المتكاملة. أبرزها يمكنك العثور عليها:

  • الدوائر الرقمية المتكاملة: تحظى بشعبية كبيرة ، وتستخدم في العديد من الأجهزة الحديثة ، من أجهزة الكمبيوتر ، إلى الأجهزة المحمولة ، وأجهزة التلفزيون الذكية ، وما إلى ذلك. وتتميز بأنها تعمل على أساس النظام الرقمي ، أي مع 0 و 1 ، حيث يمثل 0 إشارة جهد منخفض و 1 إشارة عالية. هذه هي الطريقة التي يشفرون بها المعلومات ويعملون. يمكن أن تكون الأمثلة على ذلك هي PLCs و FPGAs والذكريات ووحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات ووحدة MCU وما إلى ذلك.
  • التناظرية: بدلاً من أن تكون مبنية على إشارات ثنائية ، فهي في هذه الحالة إشارات مستمرة المتغيرات في الجهد. بفضل هذا ، يمكنهم تحقيق مهام مثل التصفية ، وتوسيع الإشارة ، وإزالة التشكيل ، والتشكيل ، إلخ. بالطبع ، تعمل العديد من الأنظمة مع الدوائر التناظرية والرقمية على حد سواء ، مع الاستفادة من محولات AD / DA. يمكن تقسيمها إلى مجموعتين كبيرتين ، الدوائر المتكاملة الخطية وتردد الراديو (RF). يمكن أن تكون الأمثلة عبارة عن شريحة لترشيح الصوت ، أو مكبرات الصوت ، أو أنظمة البث أو الاستقبال للموجات الكهرومغناطيسية ، وأجهزة الاستشعار ، وما إلى ذلك.
  • مختلط إشارة المرحلية: كما يوحي الاسم ، فهما مزيج من الاثنين. يمكن أن تكون بعض الأمثلة هي المحولات التناظرية الرقمية أو الرقمية التناظرية نفسها ، وبعض الرقائق للساعات ، وأجهزة ضبط الوقت ، وأجهزة التشفير / أجهزة فك التشفير ، وما إلى ذلك.

الاختلافات مع الدوائر المطبوعة

الدوائر المطبوعة PCB

يجب عدم الخلط بين الدوائر المتكاملة والدوائر المطبوعة. كلاهما أشياء مختلفة. بينما يشير الأول إلى الرقائق الدقيقة ، كما رأيتم ، الدوائر المطبوعة، أو ثنائي الفينيل متعدد الكلورإنها نوع آخر من الدوائر الإلكترونية المطبوعة على لوحات أكبر.

ال الخلافات أبرزها:

  • الدوائر المطبوعة: تتكون من لوحة بها نمط من الخطوط الموصلة ، مثل المسارات النحاسية لربط المكونات المختلفة المدرجة (المكثفات ، الترانزستورات ، المقاومات ، الرقائق الدقيقة ، ...) ، ملحومة بواسطة لحام القصدير ، بالإضافة إلى عازل كهربائي مادة (ركيزة) تفصل طبقات الترابط المتصل. كما أنها عادةً ما تحتوي على ثقوب ، أو فتحات ، لمكونات التركيب غير السطحي (SMD). من ناحية أخرى ، عادة ما يكون لديهم وسيلة إيضاح وسلسلة من العلامات والحروف والأرقام لتحديد المكونات وتسهيل الصيانة. لحماية النحاس ، الذي يتأكسد بسهولة ، عادة ما يكون لديهم معالجة سطحية. وعلى عكس الدوائر المتكاملة ، يمكن إصلاحها واستبدال المكونات التالفة أو استعادة الوصلات البينية.
  • دوائر متكاملةإنها صغيرة الحجم للغاية ، وحالة صلبة ، ولها تكلفة منخفضة للإنتاج الضخم. على عكس ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، لا يمكن إصلاحها لأن مكوناتها ووصلاتها صغيرة جدًا لدرجة تجعلها مستحيلة.

لا تعد الدوائر المتكاملة بدائل للدوائر المطبوعة ولا العكس. كلاهما له استخداماتهما وفي معظم الحالات يسيران معًا في تطبيقات عملية ...

الدوائر المتكاملة الأكثر شهرة

الرقائق الدقيقة والدوائر المتكاملة

أخيرًا ، هناك العديد من دوائر متكاملة تحظى بشعبية كبيرة موظفًا لمشروعات الإلكترونيات ، مثل تلك الخاصة بـ بوابات المنطق، بوابات منطقية. إنها رخيصة الثمن ويمكن العثور عليها بسهولة في متاجر مثل أمازون أو الإلكترونيات المتخصصة. على سبيل المثال ، فيما يلي بعض أكثرها شيوعًا:


كن أول من يعلق

اترك تعليقك

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها ب *

*

*

  1. المسؤول عن البيانات: ميغيل أنخيل جاتون
  2. الغرض من البيانات: التحكم في الرسائل الاقتحامية ، وإدارة التعليقات.
  3. الشرعية: موافقتك
  4. توصيل البيانات: لن يتم إرسال البيانات إلى أطراف ثالثة إلا بموجب التزام قانوني.
  5. تخزين البيانات: قاعدة البيانات التي تستضيفها شركة Occentus Networks (الاتحاد الأوروبي)
  6. الحقوق: يمكنك في أي وقت تقييد معلوماتك واستعادتها وحذفها.